Protolüütiline teooria

Protolüütiline teooria (inglise keeles Brønsted-Lowry theory) on keemias kasutatav happe-aluse reaktsiooni teooria, mis ilmus 1923. aastal. Selle teooria pakkusid välja füsikokeemikud Johannes Nicolaus Brønsted Taanist ja Thomas Martin Lowry Inglismaalt ning see kannabki nende nime (Eestis on kasutusel nimetus "Protolüütiline teooria"). Nad väitsid, et iga ühend, mis suudab prootonid mis tahes muule ühendile üle kanda, on hape ning ühend, mis prootonit vastu võtab, on alus. Prooton on ühikulise positiivse elektrilaenguga tuumaosake. Seda tähistab sümbol $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$, kuna see moodustab vesinikuaatomi tuuma.

Ajalugu

Protolüütilise teooria välja kujunemisel kasutati Arrheniuse teooriat. Arrheniuse teoorias on happed defineeritud kui ained, mis dissotsieeruvad vesilahuses, moodustades vesinikioone ($\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$), alused aga kui ained, mis dissotsieeruvad vesilahuses, moodustades hüdroksiidioonid ($\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}$).

Protolüütilise teooria järgi happed ja alused on määratletud nii, kuidas nad üksteisega reageerivad. Definitsioon on väljendatud tasakaaluavaldisega ehk happed on molekulid või ioonid, mis teatud reaktsiooni käigus eemaldavad prootoneid. Selle teooria järgi liigituvad alusteks need ained, molekulid või ioonid, mis lisavad prootoneid. Happed ja alused on ühiselt tuntud kui protoliidid. Seega võib reaktsiooni happelise aine (nt vesinikkloriidhape) ja aluselise aine (nt ammoniaagi) vahel esitada võrrandiga $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{L}+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}^{-}$. Võrrandis on ammooniumioon ($\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{+}$) happekonjugaat aluselise ammoniaagiga ja kloriidion ($\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}^{-}$) on aluse konjugaat vesinikkloriidhappega.

Protolüütiline teooria ei lähe kuidagi Arrheniuse teooriaga vastuollu, sest tegelikult protolüütiline teooria on Arrheniuse teooria üldistus.

Alused ja happed

Prootoni annetamine happega on pöörduv protsess ning sellest tekkiv happejääk võib uuesti prootoniga kinnituda ja seega saada aluseks. Seetõttu iga hape, mis kaotab prootoni, konjugeeritakse alusega, millesse see läheb.

Hape		Prooton		Alus
$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$	$\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}$	$\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$	$+$	$\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}^{-}$
$\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{+}$	$\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}$	$\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$	$+$	$\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3$
$\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}$	$\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}$	$\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$	$+$	$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Teooria kohaselt seisnevad kõik happe-aluse reaktsioonid prootoni pöörduvas ülekandmises happest alusele. Sellise protsessi tulemusena tekib paar uut osakest, millest üks on võimeline prootonit loovutama, teine aga vastu võtma. Seega on hape tasakaalus konjugeeritud alusega ja alus on tasakaalus konjugeeritud happega.

$\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$	$+$	$\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}$	$\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}$	$\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{-}$	$+$	$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$
HAPE		ALUS		KONJUGEERITUD ALUS		KONJUGEERITUD HAPE