پروتولیز

پروتولیز (از پروتون و یونان باستان λύσις lýsis « محلول، انحلال، خاتمه») (یا واکنش اولیه ) یک واکنش شیمیایی است که در آن یک پروتون ( یون H + ) بین دو واکنش دهنده منتقل می شود. با این حال، اصطلاح protolysis اساساً به معنای جداسازی پروتون ها است. به دلیل این شباهت مفهومی گیج کننده به هیدرولیز یا فوتولیز ، IUPAC توصیه می کند از عبارت اجتناب شود ، در عوض بهتر است از انتقال پروتون صحبت شود .

بر اساس تئوری اسید-باز مهم برونستد، پروتولیز فرآیندی حیاتی است . سپس یک اسید یک پروتون (H + ) را به یک واکنش دهنده منتقل می کند. ترکیبی به نام اسید به عنوان دهنده پروتون عمل می کند ( پرتون دهنده )، باز (اغلب آب ) پروتون ها را می پذیرد و بنابراین گیرنده پروتون نامیده می شود . یک تعادل شیمیایی بین واکنش دهنده ها برقرار می شود .

واکنش های پروتولیتیک

اگر گاز هیدروژن کلرید (HCl) به آب وارد شود، اسید کلریدریک تحت پروتولیز تشکیل می شود . در این واکنش تعادلی ، مولکول HCl و یون H 3 O + دهنده پروتون هستند، یعنی اسیدها طبق برونستد . H 2 O و Cl- به عنوان گیرنده پروتون عمل می کنند، بنابراین طبق برونستد آنها باز هستند .

اچ2O + اچسیل ⇌ اچ3O+ + سیل-.

برای مثال، اگر اسید استیک خالص (H3C – COOH) به آب اضافه شود، H3O + و آنیون استات (H3C – COO- ) تحت پروتولیز تشکیل می‌شوند . در اینجا CH3COOH و H3O + دهنده پروتون هستند، در حالی که H3C – COO- و H2O پذیرنده پروتون هستند.

اچ3سی-سیOOاچ + اچ2O ⇌ اچ3سی-سیOO- + اچ3O+

پروتولیز ترکیب دیپروتیک اسید سولفوریک در آب:

اچ2اسO4 + 2 اچ2O ⇌ اچ3O+ + اچ2O + اچاسO4-⇌ 2 اچ3O+ + اسO42-

در این معادله واکنش، مولکول‌های H 2 SO 4 و یون H 3 O + دهنده پروتون هستند، یعنی اسیدها طبق برونستد . H 2 O و SO 4 2- به عنوان گیرنده پروتون عمل می کنند، بنابراین طبق برونستد آنها باز هستند . HSO4- نقش ویژه ای ایفا می کند ، زیرا بسته به جهت واکنش می تواند به عنوان گیرنده پروتون یا دهنده پروتون واکنش نشان دهد . موادی با چنین خواصی آمفولیت نامیده می شوند .

اگر گاز آمونیاک (NH 3 ) به آب وارد شود، یون های آمونیوم (NH 4 + ) و یون های هیدروکسید (OH – ) تشکیل می شوند . اهداکنندگان پروتون در اینجا NH 4 + و H 2 O هستند، در حالی که OH- و NH 3 گیرنده پروتون هستند.

ناچ3 + اچ2O⇌ ناچ4+ + Oاچ-

اتوپروتولیز

آب خالص در معرض چیزی است که به عنوان اتوپروتولیز (همچنین تجزیه خودکار ) شناخته می شود. این یون اکسونیوم (H 3 O + ) و یون هیدروکسید (OH – ) تولید می کند. H 2 O می تواند به عنوان دهنده پروتون (به عنوان اسید) یا به عنوان گیرنده پروتون (به عنوان یک باز) واکنش نشان دهد. بنابراین به آن آمفولیت نیز می گویند .

2 اچ2O ⇌ اچ3O+ + Oاچ-

تعادل بسیار در کنار آب است. محصول یونی این واکنش تقریباً 10-14 mol  2 l  – 2 در 298 K (25 درجه سانتیگراد) است . خودپروتولیز آب دلیل این است که حتی آب خالص شیمیایی حداقل رسانایی الکتریکی پایینی دارد . کاربرد اتوپروتولیز برای جداسازی بار الکتریکی را می توان در ژنراتور کلوین زمانی که با آب خالص شیمیایی کار می کند، یافت.

اتوپروتولیز (و بنابراین مقدار pH ) به شدت به دما وابسته است. محصولات یونی آب (در مول 2 لیتر -2 ) عبارتند از :

درجه حرارت _	K w /10 −14 M 2 [3] [4]	pK w [3] [4]	PH خنثی
0 درجه سانتی گراد	0.11	14.94	7.47
درجه سانتی گراد	0.29	14.53	7.27
درجه سانتی گراد	0.68	14.17	7.09
درجه سانتی گراد	1.01	ساعت 14.00	7.00
درجه سانتی گراد	1.47	13.83	6.92
درجه سانتی گراد	2.92	13.53	6.77
درجه سانتی گراد	5.47	13.26	6.63
درجه سانتی گراد	9.6	13.02	6.51
درجه سانتی گراد	16	12.80	6.40
درجه سانتی گراد	25	12.60	6.30
درجه سانتی گراد	37	12.43	6.22
100 درجه سانتی گراد	54	12.27	6.14

مدل اتوپروتولیز آب

اتوپروتولیز آب به شکل زیر در نظر گرفته می شود:

اچ2O ⇌ اچ+ + Oاچ-

واکنش رو به جلو، یعنی تفکیک ، به طور رسمی منجر به واکنش درجه صفر می شود . واکنش معکوس به طور رسمی یک واکنش مرتبه دوم است .

اتوپروتولیز در محلول های غیر آبی

در واکنش‌های اسید-باز برونستد، علاوه بر آب، حلال‌های قطبی دیگر نیز می‌توانند به عنوان واکنش‌دهنده عمل کنند، برای مثال متانول یا اتانول . یک مثال خوب، اتوپروتولیز آمونیاک مایع است . یون های آمونیوم و آمید تشکیل می شوند.

2 ناچ3 ⇌ ناچ4+ + ناچ2-

محصول یون = 10-32

واکنش های مشابه در اسید سولفوریک غلیظ نیز شناخته شده است:

2 اچ2اسO4 ⇌ اچ3اسO4+ + اچاسO4-

محصول یونی = 10-4

به همین ترتیب برای هیدروژن فلوراید:

3 اچاف ⇌ اچ2اف+ + اچاف2-

محصول یون = 10-10.7 (0 درجه سانتیگراد)

(نمونه های بیشتر در زیر آمفولیت# نمونه هایی از آمفولیت ها .)