Часть 2: Нитроглицерин по-пацански

Приветствую всех снова, с вами Семён. Обсуждение сегодня коснётся нитрующей смеси, кислорода, донорно-акцепторного механизма, и того, как диссоциируют кислоты в растворе. Будет коротко обо всём и, надеюсь, понятно.

Мы уже определились с тем, что делает кислота в растворе, она отдаёт протон, но как мы знаем из курса школьной физики за 9-ый класс, протон — это нуклон, и было бы странно, если бы в нашем с вами растворе присутствовали свободные протоны, они, скорее всего, разлетелись бы прочь. На самом же деле они присоединяются к молекулам воды по донорно-акцепторному механизму, теперь давайте поймём, как он осуществляется.
Ну, во-первых, мы помним, что каждый электрон имеет способность спариваться с другим электроном, будь то связь водород-водород,

или неподелённые пары электронов на орбиталях азота и кислорода в аммиаке и воде.

Так вот, на орбитали у водорода в молекуле воды электроны ориентированы в сторону кислорода, оставляя противоположную сторону водорода, «заднюю», если угодно, заряженной положительно, т.к. один протон отвечает заряду (1+).
В этом случае азот молекулы аммиака может пожертвовать один электрон на орбиталь водорода, оставляя себе второй. В итоге мы имеем электрон на орбитали водорода, электрон на орбитали азота, которые, в свою очередь, вступают в связь, образуя одну цельную молекулу нашатырного спирта,

которая диссоциирует на ион аммония и гидроксид — ион. Именно по такому принципу образуются соли аммония. Но к протону с двух противоположных сторон присоединено по электрону с общим зарядом (2-), поэтому соединение нашатырного спирта довольно неустойчиво и разлагается само по-себе(потому и пишут NH3 * H2O).
Но почему же соли аммония (донорно-акцепторные соединения аммиака и кислот) отличаются чрезвычайной, по сравнению с NH4OH, стойкостью? Об этом мы с вами поговорим, обсуждая такое понятие, как Индуктивный эффект, поэтому, не всё сразу. Логично будет считать, что и кислород может присоединять протон на неподелённые электронные пары (далее НЭП), собственно, это он и делает, когда происходит диссоциация кислот.

Как вы могли заметить, я пририсовал НЭП ко всем атомам. В ходе диссоциации образовался ион гидроксония H3O+, некоторые начинающие химики сразу начинают так писать в уравнениях, вместо H+, что и породило мем на нашей странице ВК.

Но шутки — шутками. Кстати, вот вам пища для размышлений, как вы думаете, возможно ли на практике получить ион H4O (2+)? То есть, чтобы протон присоединился ко второй орбитали кислорода. Интересно будет почитать ваше мнение в комментариях.

Возвращаясь к первой части, где я объяснял, почему кислоты,что слабее, проявляют основные свойства по отношению к сильным, то есть присоединяют к себе протон, а более сильные его отдают, я теперь могу использовать при вас термин «протонирование» и сказать, что (H+) крепится к молекуле более слабой кислоты по такому же, донорно — акцепторному механизму, что и в случае с диссоциацией. То есть более сильная кислота протонирует слабую. На этом основана чудеснейшая вещь, так называемая «нитрующая смесь».

Нитрующая смесь — смесь серной и азотной кислот, используемая для присоединения нитрогруппы к органическим соединениям.

Я собираюсь поведать вам механизм, по которому она работает, в качестве примера протонирования на практике, так как это пригодится нам всем в 10-11 классах, вы станете на голову выше ваших одноклассников в понимании химии. Но это неточно.

Итак, сегодня мы стали умнее, поэтому, я надеюсь, что вы усвоили сегодняшнюю тему хорошо, пробежимся быстренько.

Всё начинается с того, что кислоты медленно и аккуратно смешивают, так как никто не хочет, чтобы всё вышло из под контроля и раствор закипел, или ещё чего хуже, начал испускать ядовитые газы. Далее происходит следующая реакция: Серная кислота протонирует кислород в OH группе азотной кислоты,отсоединяя от неё воду, оставляя ион нитрония (NO2+), а от самой серной кислоты остаётся ион (HSO4-), вода уходит в раствор. Полученный гидросульфат нитрония чаще всего заменяет водород в нитросоединениях. Возвращая его назад в серную кислоту. Примером такой реакции служит образование нитроглицерина, где водород из спирта меняется местами с (NO2+). Для понимающих о чём речь, скажу, что нитроглицерин является не нитросоединением, а эфиром азотной кислоты.

Всем спасибо за прочтение статьи, для вас старался Семён.