Конъюгированная кислота

Кислоты и основания
Кислота Кислотно-основная реакция Кислотно-щелочной гомеостаз Кислотная сила Функция кислотности Амфотеризм Основание Буферные растворы Константа диссоциации Равновесная химия Добыча Функция кислотности Гаммета pH Протонное сродство Самоионизация воды Титрование Кислотный катализ Льюиса Разочарованная пара Льюиса Хиральная кислота Льюиса
Кислотные типы
Brønsted – Lowry Льюис Акцептор Минеральная Органический Окись Сильный Суперкислоты Слабый Твердый
Базовые типы
Brønsted – Lowry Льюис Донор Органический Окись Сильный Супербазы Ненуклеофильный Слабый
v т е

Сопряженная кислота , в теории кислотно-щелочного Бренстеда-Лоури , представляет собой химическое соединение образуется , когда кислота жертвует протон ( Н ⁺ ) к основанию , другими словами, это основание с водородом иона , добавленной к нему, как в обратной реакции он теряет ион водорода. С другой стороны, конъюгированное основание - это то, что остается после того, как кислота отдала протон во время химической реакции. Следовательно, сопряженное основание представляет собой разновидность, образованную при удалении протона из кислоты, так как в обратной реакции оно может получить ион водорода. ^[1] Потому что некоторые кислоты способны высвобождать несколько протонов, сопряженное основание кислоты может само быть кислотным.

Таким образом, это можно представить как следующую химическую реакцию:

Кислота + Основание ⇌ Конъюгат Основа + Конъюгат Кислота

Йоханнес Николаус Бронстед и Мартин Лоури представили теорию Бренстеда – Лоури, согласно которой любое соединение, которое может переносить протон на любое другое соединение, является кислотой, а соединение, которое принимает протон, является основанием. Протон - это ядерная частица с единичным положительным электрическим зарядом; она представлена символом Н ⁺ , потому что он представляет собой ядро из водорода атома , ^[2] то есть катион водорода .

Катион может быть конъюгат кислоты, и анион может быть сопр женным основанием, в зависимости от которой вещество участвует и который кислотно-щелочной теории является точка зрения. Простейшим анионом, который может быть сопряженным основанием, является сольватированный электрон , сопряженная кислота которого представляет собой атомарный водород.

Кислотно-основные реакции [ править ]

В кислотно-основной реакции кислота плюс основание реагирует с образованием конъюгированного основания и конъюгированной кислоты:

Конъюгаты образуются, когда кислота теряет протон водорода или основание приобретает протон водорода. См. Следующий рисунок:

Мы говорим, что молекула воды является сопряженной кислотой гидроксид-иона после того, как последний получил протон водорода, подаренный аммонием . С другой стороны, аммиак является основанием-конъюгатом кислого аммония после того, как аммоний отдал ион водорода в сторону образования молекулы воды. Мы также можем назвать OH- сопряженным основанием H
₂O , поскольку молекула воды отдает протон на производство NH⁺
₄в обратной реакции, которая является преобладающим процессом в природе из-за силы основания NH
₃над гидроксид-ионом. На основании этой информации становится ясно, что термины «кислота», «основание», «конъюгированная кислота» и «конъюгированное основание» не являются фиксированными для определенных химических веществ; но взаимозаменяемы в зависимости от протекающей реакции.

Сила конъюгатов [ править ]

Сила конъюгированной кислоты прямо пропорциональна ее константе диссоциации . Если конъюгированная кислота сильна, ее диссоциация будет иметь более высокую константу равновесия, и продукты реакции будут предпочтительнее. Сила сопряженного основания можно рассматривать как склонность разновидностей «притягивать» протоны водорода к себе. Если основание конъюгата классифицируется как сильное, оно будет «удерживать» протон водорода в растворе, и его кислота не будет диссоциировать.

Если разновидность классифицируется как сильная кислота, его сопряженное основание будет слабым. ^[3] Примером этого случая может быть диссоциация соляной кислоты HCl в воде. Поскольку HCl является сильной кислотой (в значительной степени диссоциирует), ее сопряженное основание ( Cl^-
) будет слабой сопряженной базой. Следовательно, в этой системе большинство H⁺
будет в виде иона гидроксония H
₃О⁺
вместо присоединения к аниону Cl ^- и сопряженное основание будет слабее молекулы воды.

С другой стороны, если вид классифицируется как слабая кислота, его сопряженное основание не обязательно будет сильным основанием. Учтите, что ацетат, сопряженное основание уксусной кислоты, имеет константу диссоциации основания (Kb) приблизительно 5,6х10 ^-10 , что делает его слабым основанием. Для того, чтобы у вида было сильное сопряженное основание, оно должно быть очень слабой кислотой, например, такой как вода.

Идентификация сопряженных кислотно-основных пар [ править ]

Кислота и конъюгат основания, а также основание и конъюгированная кислота известны как пары конъюгатов. При нахождении сопряженной кислоты или основания, важно , чтобы посмотреть на реагентах в химическом уравнении . В этом случае реагентами являются кислоты и основания, а кислота соответствует сопряженному основанию на стороне продукта химического уравнения; как и основание для конъюгированной кислоты на стороне продукта уравнения.

Чтобы идентифицировать конъюгированную кислоту, поищите пару связанных соединений. Кислотно-щелочная реакцию можно рассматривать в до и после смысла. Передняя часть уравнения представляет собой реагент, а вторая часть уравнения - продукт. Конъюгированная кислота в обратной части уравнения получает ион водорода, поэтому в передней части уравнения соединение, которое имеет на один ион водорода меньше, чем у сопряженной кислоты, является основанием. Основание конъюгата в задней части уравнения потеряло ион водорода, поэтому в передней части уравнения соединение, которое имеет еще один ион водорода конъюгированного основания, является кислотой.

Рассмотрим следующую кислотно-щелочную реакцию:

HNO
₃+ H
₂O → H
₃О⁺
+ НЕТ^-
₃

Азотная кислота ( HNO
₃) является кислотой, потому что она отдает протон молекуле воды, а его сопряженное основание - нитрат ( NO^-
₃). Молекула воды действует как основание, потому что она принимает протон водорода, а сопряженная с ней кислота - ион гидроксония ( H
₃О⁺
).

Приложения [ править ]

Одно из применений конъюгированных кислот и оснований заключается в буферных системах, которые включают буферный раствор . В буфере используется слабая кислота и ее конъюгированная основа (в форме соли) или слабое основание и ее конъюгированная кислота, чтобы ограничить изменение pH во время процесса титрования. Буферы имеют как органические, так и неорганические химические применения. Например, помимо буферов, используемых в лабораторных процессах, наша кровь действует как буфер для поддержания pH. Наиболее важным буфером в нашем кровотоке является буфер углекислоты и бикарбоната , который предотвращает резкие изменения pH, когда CO
₂вводится. Это функционирует как таковое:

${\ displaystyle {\ ce {CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> HCO3 ^ - + H +}}}$

Кроме того, вот таблица общих буферов.

Буферный агент	pK a	Полезный диапазон pH
Лимонная кислота	3,13, 4,76, 6,40	2,1 - 7,4
Уксусная кислота	4.8	3,8 - 5,8
КН 2 ПО 4 ,	7.2	6,2 - 8,2
CHES	9,3	8,3–10,3
Борат	9,24	8,25 - 10,25

Вторым распространенным применением органического соединения может быть создание буфера с уксусной кислотой. Если уксусная кислота, слабая кислота с формулой CH
₃COOH , был превращен в буферный раствор, его нужно было объединить с его конъюгированным основанием CH
₃COO^-
в виде соли. Полученная смесь называется ацетатным буфером, состоящим из водного раствора CH
₃COOH и водный CH
₃COONa . Уксусная кислота, наряду со многими другими слабыми кислотами, служат полезными компонентами буферов в различных лабораторных условиях, каждая из которых полезна в пределах своего собственного диапазона pH.

Пример с неорганическим соединением будет лекарственное использование сопряженного основания молочной кислоты, известной как лактата в растворе лактата Рингера и раствор Гартмана . Молочная кислота имеет формулу C
₃ЧАС
₆О
₆и его конъюгированная основа используется во внутривенных жидкостях, которые состоят из катионов натрия и калия вместе с лактатными и хлоридными анионами в растворе с дистиллированной водой. Эти жидкости обычно изотоничны по отношению к человеческой крови и обычно используются для повышения уровня жидкости в системе после тяжелой кровопотери из-за травмы, операции или ожога.

Таблица кислот и их сопряженных оснований [ править ]

В таблице ниже приведены несколько примеров кислот и их сопряженных оснований; обратите внимание, как они отличаются всего на один протон ( ион H ⁺ ). Сила кислоты уменьшается, а прочность конъюгированного основания увеличивается вниз по таблице.

Таблица оснований и их сопряженных кислот [ править ]

Напротив, вот таблица оснований и их сопряженных кислот. Точно так же сила основания уменьшается, а сила конъюгированной кислоты увеличивается вниз по таблице.

См. Также [ править ]

• Буферный раствор
• Депротонирование
• Протонирование
• Соль (химия)

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• MCAT General Chemistry Review - 10.4 Титрование и буферы
• Лаборатория фармацевтики и рецептур - Буферы и буферная емкость.