Protolýza

Protolýza (protolytická reakce) je výměna jednoho protonu (iont H⁺) mezi dvěma částicemi při chemické reakci. Tento děj probíhá mezi kyselinou a zásadou. Podle teorie, kterou vypracoval chemik Johannes Nicolaus Brønsted je kyselina částice, která může odštěpovat proton a naopak zásada je schopna proton vázat. Sloučenina nazývaná kyselina tedy působí jako dárce protonu, zásada (často voda) působí jako akceptor protonu. Mezi reakčními látkami dojde k chemické rovnováze, která je vyjádřena iontovým součinem.

Při výměně protonu mezi totožnými částicemi dochází k autoprotolýze. Nejznámější je autoprotolýza (autoionizace) vody. Je to chemická reakce, během níž se dvě molekuly vody přemění na hydroxoniový kation H₃O⁺ a hydroxidový anion OH⁻:

2 H₂O (aq) ⇌ H₃O⁺ (aq) + OH⁻ (aq)

Tento stav je popsán iontovým součinem vody, tedy veličinou vystihující rovnovážný stav vody. Stejně lze popsat i další polární rozpouštědla, ve kterých probíhá autoprotolýza.

Protolytické reakce

Příkladem protolytické reakce je zavádění chlorovodíku (HCl) do vody, kdy dojde ke vzniku kyseliny chlorovodíkové.

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\rightleftharpoons }{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\mathrm{-}}$

V této rovnovážné reakci jsou molekula HCl a iont H₃O⁺ protonoví dárci (kyseliny), H₂O a Cl⁻ působí jako protonové akceptory (zásady).

Dalším příkladem je čistá kyselina octová (H₃C–COOH) rozpuštěná ve vodě. ${\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\rightleftharpoons }{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{O}{\mathrm{O}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}$

https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fb03385d004b0dad29fc6ae38f716e64384f2248

V této rovnovážné reakci jsou molekula H₃C–COOH a iont H₃O⁺ protonoví dárci (kyseliny), H₃C–COO⁻ a H₂O působí jako protonové akceptory (zásady).

Stejně lze popsat rozpouštění kyseliny sírové ve vodě. Protože kyselina sírová obsahuje dva protony, dojde k reakci se dvěma molekulami vody:

${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\rightleftharpoons }{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{-}}\mathrm{\rightleftharpoons }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}$

V této rovnovážné reakci jsou molekula H₂SO₄ a ionty H₃O⁺ protonoví dárci (kyseliny), SO₄²⁻ a H₂O působí jako protonové akceptory (zásady).

Při zavádění plynného amoniaku NH₃ do vody se vytvoří ionty amonné NH₄⁺ a ionty hydroxidové OH⁻.

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\rightleftharpoons }\mathrm{N}{H}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}$

Dárci protonu jsou NH₄⁺ _a H₂O (kyseliny), zatímco NH₃ a OH⁻ jsou protonové akceptory (zásady).

Autoprotolytické reakce

Při výměně protonu mezi totožnými částicemi dochází k autoprotolýze. Příkladem je čistá voda, která může reagovat jako kyselina i jako zásada, neboť podléhá autoprotolýze podle rovnice:

$\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\rightleftharpoons }{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}$

V této rovnovážné reakci jsou ionty H₃O⁺ protonoví dárci (kyseliny), hydroxidové ionty OH⁻ působí jako protonové akceptory (zásady). Autoprotolýza vody je důvodem, proč i chemicky čistá voda má alespoň nízkou elektrickou vodivost. Autoprotolýza vody je rovnovážná reakce, která je určena iontovým produktem vody a hodnotou pH. Při 25 °C má voda hodnotu pH = 7.

Autoprotolýze podléhají i jiné sloučeniny, například:

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\rightleftharpoons }\mathrm{N}{H}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{N}{H}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{-}}$

$\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{\rightleftharpoons }{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{-}}$

$\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{F}\mathrm{\rightleftharpoons }{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{F}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{H}{F}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{-}}$

Související články

• Autoprotolýza
• Neutralizace