Tabla de Contenidos
โปรตอนเป็นปฏิกิริยาเคมีของกรด-เบส ซึ่งกรดเบรินสเตด-ลาวรีให้โปรตอนหรือไอออน H +แก่เบสของเบรินสเตด-โลว์รี กล่าวอีกนัยหนึ่งมันคือกระบวนการที่อะตอม ไอออน หรือโมเลกุลจับไอออน H + ผ่านอิเล็กตรอนอิสระ คู่หนึ่งที่มีอยู่ในโครงสร้าง
โปรตอนสอดคล้องกับไอออนบวกเพียงชนิดเดียวที่สามารถสร้างอะตอมไฮโดรเจนได้ เนื่องจากอะตอมของไฮโดรเจนประกอบด้วยโปรตอนที่ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนเท่านั้น เมื่อสูญเสียอิเล็กตรอนไป สิ่งที่เหลืออยู่จึงเป็นโปรตอนที่เปลือยเปล่า จึงเป็นที่มาของชื่อ
ปฏิกิริยาโปรตอนมีความสำคัญอย่างยิ่งในวิชาเคมี นอกจากเป็นตัวแทนของปฏิกิริยากรด-เบสแล้ว ยังมีปฏิกิริยาเคมีอีกมากมายที่เกิดขึ้นในหลายขั้นตอน ซึ่งหนึ่งหรือหลายขั้นตอนเหล่านี้สอดคล้องกับกระบวนการโปรตอนของสปีชีส์ต่างๆ
โปรตอนเกิดขึ้นได้อย่างไร?
แนวคิดของการโปรตอนนี้เข้ากันได้กับทฤษฎีกรด-เบสของลิวอิส เนื่องจากโปรตอนแสดงถึงสปีชีส์ที่ขาดอิเล็กตรอน (ซึ่งทำหน้าที่เป็นกรดลิวอิส) ในขณะที่สปีชีส์ที่จะโปรตอนคือลิวอิสเบสที่อุดมด้วยอิเล็กตรอนและมี อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวที่สามารถแบ่งปันได้
ตัวอย่างทั่วไปของปฏิกิริยาโปรตอนคือปฏิกิริยาระหว่างกรดซัลฟิวริกกับน้ำ ดังแสดงด้านล่าง:
รูปด้านล่างแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นได้อย่างไร กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการโจมตีของออกซิเจนจากน้ำบนหนึ่งในสองไฮโดรเจนในกรดซัลฟิวริกให้กลายเป็นไฮโดรเนียมไอออน
ลูกศรสีน้ำเงินแสดงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากเบสลิวอิส (น้ำ) ไปยังกรดลิวอิส อย่างไรก็ตาม กระบวนการโปรตอนเช่นนี้ ซึ่งก็คือการเคลื่อนที่ของไฮโดรเจนไอออนนั้นเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม ในขณะที่น้ำเป็นตัวที่โจมตีกรดด้วยอิเล็กตรอนคู่ของมัน ซึ่งทำหน้าที่เป็นเบส เราอาจกล่าวได้ว่ากรดซัลฟิวริกสร้างโมเลกุลของน้ำ เนื่องจากกรดเป็นตัวที่ให้โปรตอน ในกรณีนี้ ไฮโดรเนียมไอออนเรียกว่าสปีชีส์ที่มีโปรตอน
ลักษณะของการโปรตอน
โปรตอนมักจะเป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้และรวดเร็วอย่างน่าทึ่ง (กล่าวคือ เข้าสู่สมดุลในเวลาอันสั้น) นอกจากนี้ ปฏิกิริยาเหล่านี้ยังมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนสารตั้งต้นให้กลายเป็นสปีชีส์ที่ขาดอิเล็กตรอน ซึ่งจะทำให้พวกมันมีอิเล็กโทรไฟล์ที่ดี สามารถทำปฏิกิริยาประเภทต่างๆ ได้
ในแง่นี้ กระบวนการเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดจำนวนมากเริ่มต้นด้วยการโปรตอนของหนึ่งในสารตั้งต้น หลังจากนั้นสปีชีส์ที่ถูกโปรตอนจะทำปฏิกิริยาได้ง่ายขึ้นเพื่อเป็นผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างทั่วไปคือการคายน้ำด้วยกรดของแอลกอฮอล์เพื่อสร้างอัลคีน กลไกการเกิดปฏิกิริยาแสดงไว้ด้านล่าง:
โปรตอนกับไฮโดรจิเนชัน
โปรตอนมักจะสับสนกับแนวคิดของไฮโดรจิเนชัน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าในทั้งสองกรณี อะตอม โมเลกุล หรือไอออนจะสร้างพันธะใหม่กับไฮโดรเจน แต่ก็ไม่เหมือนกัน ความแตกต่างหลักเกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้า
ระหว่างการโปรตอน เนื่องจากเบสได้รับโปรตอนซึ่งมีประจุบวก +1 ปฏิกิริยาแสดงว่าเบสผ่านการเปลี่ยนแปลงของประจุไฟฟ้าทั้งหมด ในความเป็นจริง ค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น +1
ในทางกลับกัน ปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันประกอบด้วยปฏิกิริยาการเติมประเภทหนึ่งซึ่งโมเลกุลของไฮโดรเจนที่เป็นกลาง (H 2 ) ถูกเติมเข้าไปในอีกโมเลกุลหนึ่ง โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุลที่สองสอดคล้องกับสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่อิ่มตัวซึ่งสามารถใช้พันธะ pi ของมัน เพื่อสร้างพันธะกับไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการเพิ่มโมเลกุลที่เป็นกลางเข้าไปในสปีชีส์อื่น ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันจึงไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงประจุโดยรวม
เพื่อให้เรื่องซับซ้อนยิ่งขึ้น กลไกการเกิดปฏิกิริยาของปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันบางส่วนเกี่ยวข้องกับขั้นตอนโปรตอนอย่างน้อยหนึ่งขั้นตอน
ตัวอย่างของปฏิกิริยาโปรตอน
การทำปฏิกิริยาอัตโนมัติของน้ำ
ในปฏิกิริยานี้ น้ำเป็นทั้งสปีชีส์ที่เป็นกรดและสปีชีส์ที่ถูกโปรตอนในเวลาเดียวกัน
โปรตอนของกรดไนตริกด้วยกรดซัลฟิวริก
แม้ว่าสารทั้งสองจะเป็นกรดแก่ แต่กรดซัลฟิวริกนั้นแรงกว่ากรดไนตริกและสามารถทำให้เกิดโปรตอนได้ โดยบังคับให้มันทำหน้าที่เป็นเบส
โปรตอนของแอลกอฮอล์
ปฏิกิริยาโปรตอนเหล่านี้พบได้บ่อยในปฏิกิริยาทางเคมีของแอลกอฮอล์ โดยทั่วไปแล้ว กรดที่ค่อนข้างแรงจำเป็นต่อการสร้างแอลกอฮอล์ เนื่องจากกรดเหล่านี้เป็นเบสที่อ่อนแอมาก
โปรตอนของไฮดรอกไซด์ไอออน
เราสามารถดูปฏิกิริยาสะเทินระหว่างไฮดรอกไซด์ไอออนกับโปรตอนได้ว่าเป็นปฏิกิริยาโปรตอนของไฮดรอกไซด์ไอออนเพื่อสร้างน้ำ คุณสามารถเห็นการเปลี่ยนแปลงของประจุไฟฟ้าจาก -1 ในกรณีของไฮดรอกไซด์เป็นค่ากลางในกรณีของน้ำ
โปรตอนของสารประกอบคาร์บอนิล:
สารประกอบคาร์บอนิลสามารถเกิดโปรตอนได้อย่างง่ายดายเนื่องจากการก่อตัวของโครงสร้างเรโซแนนซ์ที่ทำให้สปีชีส์โปรตอนเสถียร
อ้างอิง
Ashenhurst, J. (2020, 16 ตุลาคม). Protonation และ Deprotonation ส่งผลต่อการเกิดปฏิกิริยาอย่างไร เคมีอินทรีย์มหาบัณฑิต https://www.masterorganicchemistry.com/2012/05/30/acid-base-reactions-whats-the-point/
แครี่ เอฟ. (2021). เคมีอินทรีย์ ( ฉบับ ที่ 9 ) MCGRAW HILL การศึกษา
ช้าง ร. (2564). เคมี ( ฉบับ ที่ 11 ) MCGRAW HILL การศึกษา
PROTONATION หมายถึงอะไร? (น). คำจำกัดความ https://www.definitions.net/definition/PROTONATION
