Автопротоліз

А́втопрото́ліз — зворотний процес взаємодії двох молекул амфотерного протонного розчинника, в якому одна з молекул передає протон (виступає кислотою Бренстеда), а друга приймає його (виступає основою). Для протонних розчинників автопротоліз є випадком автоіонізації.

Загальний опис

Внаслідок реакції між двома молекулами розчинника (HSolv) утворюються позитивно і негативно заряджені частинки і встановлюється рівновага:

HSolv + HSolv ${\displaystyle \rightleftarrows }$ H₂Solv⁺ + Solv^-

Найпоширенішим прикладом автопротолізу є взаємодія молекул води:

H₂O + H₂O ${\displaystyle \rightleftarrows }$ H₃O⁺ + OH^-

У реакції автопротолізу беруть участь рідкі розчинники, що мають у своєму складі кислотний атом Гідрогену та неподілену електронну пару для прийому протону H⁺, зокрема неорганічні кислоти (наприклад, флуоридна, сульфатна), рідкий аміак, велика кількість органічних сполук:

HF + HF ${\displaystyle \rightleftarrows }$ H₂F⁺ + F^-

H₂SO₄ + H₂SO₄ ${\displaystyle \rightleftarrows }$ H₃SO₄⁺ + HSO₄^-

NH₃ + NH₃ ${\displaystyle \rightleftarrows }$ NH₄⁺ + NH₂^-

CH₃OH + CH₃OH ${\displaystyle \rightleftarrows }$ CH₃OH₂⁺ + CH₃O^-

CH₃CN + CH₃CN ${\displaystyle \rightleftarrows }$ CH₃CNH⁺ + CH₂CN^-

Катіон, що утворюється в ході такої взаємодії, має назву ліоній, а аніон — ліат.

Константа автопротолізу

Значення pK^a для деяких розчинників

Сульфатна кислота	3,33
Мурашина кислота	6,2
Фтороводень	12,5
Вода	14,00
Оцтова кислота	14,45
Метанол	17,20
Етанол	18,88
Аміак	32,5

Чисельно процес автопротолізу описується константою рівноваги (інша назва іонний добуток):

${\displaystyle \mathrm {K_{HSolv}^{a}={\frac {[H_{2}Solv^{+}][Solv^{-}]}{[HSolv]^{2}}}} }$

У чистому розчиннику та сильнорозведених розчинах [HSolv] = 1, тому рівняння, наприклад, для води прийме вигляд

${\displaystyle \mathrm {K_{H_{2}O}^{a}=[H_{3}O^{+}][OH^{-}]} }$

Оскільки рівноважні концентрації та активності іонів у розчинах є надто малими, на практиці частіше послуговуються від'ємними логарифмами значень:

${\displaystyle \mathrm {pK_{HSolv}^{a}=-lgK_{HSolv}^{a}=pH+pSolv} }$

Див. також

• Іонний добуток води
• Теорії кислот і основ
• Протоліз

Примітки

1. Izutsu, K. Electrochemistry in Nonaqueous Solutions. — 2nd edition. — Weinheim : WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2009. — P. 189. — . (англ.)
2. Якщо не зазначено інше, значення наведені для температури 25 °C.
3. При температурі 0 °C.
4. При температурі -33 °C.

Джерела

• Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — .
• Turk, A., Meislich, H., Brescia, F., Arents, J. Introduction to Chemistry. — New York : Academic Press, 1968. — 592 p. — . (англ.)
• Янсон Э. Ю. Теоретические основы аналитической химии. — 2-е. — М. : Высшая школа, 1987. — 304 с. (рос.)