Отступления, лирическое и нелирическое

Начну с нелирического отступления, провозгласив тезис: кислота и основание — понятия не статические, а динамические. Это утверждение означает, что свойство химического соединения выступать в роли кислоты либо основания проявляется только во взаимодействии, в динамике.

В самом деле, индивидуальное химическое соединение, например, вода, не является, да и не может являться ни кислотой, ни основанием. Потому что кислотой вода станет лишь в тот миг, когда ее смешают, скажем, с пиридином но если воду смешать с муравьиной кислотой, то вода становится основанием Вспомним, что несколькими страницами ранее было сказано об индивидуальном химическом соединении которое не было и не могло быть ни кислотой, ни основанием. Точно так же не может быть ни кислотой, ни основанием любое другое индивидуальное химическое соединение.

Итак, только химическая динамика, только химическое взаимодействие делает вещество кислотой либо основанием.

Вторым тезисом, который хотелось бы здесь обосновать и который (при желании) может быть определен по ведомству лирических, является утверждение: нет и не может быть плохих либо хороших теорий кислот и оснований, а могут быть лишь правильные и неправильные. Этот тезис необходим хотя бы потому, что химическая литература изобилует примерами нервных (чтобы не сказать жестоких) дискуссий по проблемам теорий кислот и оснований. Большей частью эти дискуссии посвящены сопоставлению различных теорий. При этом в спорах наметился, можно сказать, традиционный шаблон: автор либо поклонник какой-либо концепции обосновывает ее достоинства и укрепляет ее позиции в основном тем, что критикует положения другой теории.

По шаблону, большей частью, и завершаются эти дискуссии: проходит несколько десятилетий и выясняется, что в общем каждый из дискуссантов был... прав. И все же необходимо остановиться на некоторых аргументах препирающихся сторон. Хотя бы для того, чтобы извлечь из этих споров мораль, которая может оказаться полезной и сегодня, причем в дискуссиях, касающихся не только проблем кислот и оснований.

Учтем, что каждая обоснованная теория, каждое научное положение претендуют на описание строго определенного, строго

очерченного круга явлений, процессов, событий. И уже хотя бы поэтому никакая теория не может описывать все, никакая система классификации не может охватывать всего.

Учтем и то, что к настоящему периоду развития химии накопилось столько теорий кислот и оснований, что их многообразие уже само нуждается в классификации. В основу этого классифицирования можно положить признаки, на которых базируется каждая из теорий:

по химической природе компонентов системы, в которой протекает кислотно-основное взаимодействие (например, теория ЖМКО);

по природе ионов, образующихся при автоионизации растворителя (классическая теория Аррениуса, теория сольвосистем и др.);

по продуктам, образующимся в результате кислотно-основного взаимодействия (теория ангидрокислот и ангидрооснований, химическая теория кислот Ганча и др.);

по механизму кислотно-основного взаимодействия (теории Брёнстеда и Усановича).

Теории, основанные на различных классификационных признаках, можно сопоставлять, но никак не противопоставлять. И сколько бы ни ломали копья в стычках сторонники различных теорий, ничего кроме кучи поломанных древок из этой дискуссии они не вынесут. Потому что каждая из теорий учитывает совершенно различные стороны химических процессов. И даже к ки-слотно-основным относит совершенно различные и не сопоставимые по условиям осуществления химические реакции.

Во многих вузовских учебниках по общей либо физической химии можно встретить суровые, граничащие с осуждением, слова в адрес классической теории электролитической диссоциации Аррениуса — Оствальда — Вант-Гоффа. Один из наиболее разящих упреков касается того, что определение понятия «кислотно-основное взаимодействие» в рамках этой теории пригодно только и только к водным растворам.

Но ведь теория Аррениуса и была разработана применительно только к водным растворам. Водным и никаким иным.

Излюбленное критическое замечание по отношению к теории сольвосистем заключалось в том, что она не может описывать кислотно-основные реакции не в «своем растворителе». Так, реакция нейтрализации между хлористым аммонием и амидом натрия в жидком аммиаке в воде попросту невозможна, хотя бы потому, что в водном растворе амид натрия нацело подвергается гидролизу . С другой стороны, реакция между хлористым аммонием и амидом натрия, которая в каком-либо апротонном растворителе, например, пропиленкарбонате, пойдет так же, как и в жидком аммиаке, не может быть отнесена, согласно теории сольвосистем, к кислотно-основной.

Критика, на первый взгляд, серьезная и могла бы сильно скомпрометировать теорию сольвосистем. Но все дело в том, что эта теория никогда — ни ее авторами, ни ее апологетами — не предназначалась для описания процессов кислотно-основного взаимодействия не в «своих» растворителях, для чего разработаны иные теории, к примеру, теория протолитического равновесия.

Впрочем, замахивались критической дубиной и на теорию Брёнстеда. Писали, что кислотно-основные реакции с участием апротонных кислот (например, и т. д.) не попадают под юрисдикцию этой теории. И впрямь не попадают. Такие процессы и не должны описываться теорией, содержанием которой является переход протона. Не укоряют же автоконструктора за то, что его автомобиль не может летать.

Нетрудно установить, как соотносятся друг с другом теории, входящие в одну классификационную группу. Каждая последующая (по времени появления) теория является более общей по отношению к предыдущей, включая ее как частный случай. Так, теория сольвосистем, распространяющаяся на все многообразие растворителей, более общая по отношению к теории Аррениуса, которая описывает лишь водные растворы. По отношению к теории Усановича, причисляющей кислотные свойства любому катиону, является частной теория Брёнстеда, считающая кислотой только донор одного единственного катиона — протона.

Итак, тезис о том, что нет плохих и хороших теорий, а есть теории с различными областями юрисдикции, подтвержден достаточно обстоятельно.

Но неужели нет теорий поплоше, а то и вовсе плохих? Есть, конечно. Это теории неправильные. Но о них вести речь не имеет смысла, во всяком случае, в книге такого плана, как эта. Хотя, нет. Об одной такой теории кислот и оснований поговорить надо. Надо потому, что доверчивые авторы все еще цитируют, и, случается, прибегают к ее образам и положениям.

Речь идет о так называемой электронной теории кислот и оснований, предложенной в 20-х годах Дж. Льюисом. Согласно этой теории, к основаниям относят химические соединения, молекулы которых обладают свободной электронной парой, а к кислотам — соединения, молекулы которых характеризуются дефицитом электронной пары и поэтому могут присоединять электронную пару основания. Так, по Льюису, аммиак — это основание, имеющее электронное строение Хлористый водород — кислота, так как атом водорода в этом соединении, отдав свой электрон хлору, характеризуется дефицитом электрона

Взаимодействие между этими соединениями, по Льюису протекает по схеме:

Здесь многое, чтобы не сказать — все, нехорошо. Прежде всего то, что определения понятий «кислота» и «основание» априорные, т. е. относящиеся к индивидуальному химическому соединению, хотя, как мы видели, такого рода определения методологически неверны. Плохо и то, что водород в приведенной несколькими строками выше схеме двухвалентен в соединении . И, наконец, ориентируясь лишь на электронное строение, можно не учесть многого, а нередко дать и вовсе ошибочный прогноз.

Сопоставим хлориды двух элементов, относящихся к одной и той же подгруппе периодической системы, углерода и олова, и Эти соединения формально характеризуются одинаковым электронным строением (речь идет, конечно, о внешних электронных оболочках атомов):

Согласно Льюису, соединения, молекулы которых имеют такую электронную оболочку, не могут быть ни кислотой, ни основанием. И действительно подтверждает этот вывод. Но ведь (вспомните пример, приводившийся в начале этого раздела) — апротонная кислота, причем кислота сильная.

Вот почему с теорией Льюиса чаще приходится сталкиваться на страницах вузовских учебников, чем в практической деятельности.

Как видим, теории кислот и оснований сами по себе позволили почувствовать своеобразие неводных растворов. Но самое главное их назначение в этой книге — возможность обратиться к природе взаимодействий между компонентами раствора и представить в единой схеме ту совокупность явлений, которая называется