Биология клетки/Часть 1. Клетка как она есть/2/7

← Предыдущая глава	Глава 2.7	Следующая глава →
Ионы. Кислоты и основания

Ио́н (греч. ιόν — «идущий») — одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов атомами или молекулами. Заряд иона кратен заряду электрона.

Понятие и термин ион ввёл в 1834 г Майкл Фарадей, который, изучая действие электрического тока на водные растворы кислот, щелочей и солей, предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена движением ионов.

Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к отрицательному полюсу (катоду), Фарадей назвал катионами, а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному полюсу (аноду) — анионами.

В виде самостоятельных частиц они встречаются во всех агрегатных состояниях вещества — в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и растворах), в кристаллах и в плазме.

Являясь химически активными частицами, ионы вступают в реакции с атомами, молекулами и между собой. В растворах ионы образуются в результате электролитической диссоциации и обусловливают свойства электролитов.

Цвиттер-ион (биполярный ион) (от нем. Zwitter — гибрид, гермафродит) — молекула, которая, являясь в целом электронейтральной, в своей структуре имеет части, несущие как отрицательный, так и положительный заряды, локализованные на разных атомах. Цвиттер-ионы относятся к полярным веществам и, как правило, обладают хорошей растворимостью в воде и слабой — в большинстве органических растворителей. Многие органические молекулы (например, аминокислоты и белки) представляют собой цвиттер-ионы.

Существует 3 теории кислот и оснований — их создали Сванте Аррениус, Й. Н. Брёнстед и Г. Н. Льюис.

Теория Аррениуса

Согласно теории Аррениуса, кислоты- это вещества, при электролитической диссоциации в водном растворе образующие катионы водорода Н⁺ и анионы кислотного остатка. Основания — это вещества, в водном растворе подвергающиеся электролитической диссоциации с образованием катионов металла и гидроксид-анионов ОН^- Эту теорию обычно проходят в школе на уроках химии, хотя она сильно устарела. Для нас такое определение кислоты и основания не подходит хотя бы потому, что многие органические вещества являются основаниями (имеют щелочные свойства), хотя и не содержат никаких катионов металлов.

Теория Бренстеда

Согласно теории Бренстеда, кислота — это соединение, способное отдавать основанию катионы водорода Н⁺ (является донором Н⁺). Основания — это соединения, способные принимать у кислоты катионы водорода Н⁺ (является акцептором Н⁺). Таким образом, в этой теории одно и то же вещество в зависимости от взаимодействия может быть и кислотой, и основанием. Например, вода при взаимодействии с протоном

H₂O + H⁺ = H₃О⁺

является основанием, а реагируя с аммиаком

NH₃ + H₂O = NH₄⁺ + OH^-,

является кислотой.

Эта теория также отчасти устарела, но для целей данного учебника её вполне можно принять. Итак,

кислота — вещество, способное в водных растворах отдавать протоны,

основание — вещество, способное в водных растворах принимать (присоединять) протоны.

Теория кислот и оснований Льюиса

В теории Льюиса было еще более расширено понятие кислоты и основания. Кислота — это молекула, имеющая вакантные электронные орбитали, вследствие чего она способна принимать электронные пары, например BF₃, AlCl₃. Основание — это молекула, способная быть донором электронных пар. Например, основания Льюиса — все анионы, аммиак и амины, вода, спирты, галогены. Именно эта теория лежит в основе современных представлений о свойствах веществ и ходе химических реакций.