Сопряженные кислоты и основания
Ошибка скрипта: Модуля «Unsubst» не существует.
Сопряжённая кислота в рамках кислотно–щелочной теории Бренстеда–Лоури представляет собой химическое соединение, образующееся, когда кислота отдает протон (Шаблон:Chem2) к основанию — другими словами, это основание с добавленным к нему ионом водорода, так как в обратной реакции оно теряет ион водорода. С другой стороны, "сопряженное основание" - это то, что остается после того, как кислота отдала протон во время химической реакции. Следовательно, сопряженное основание представляет собой разновидность, образованную удалением протона из кислоты, поскольку в обратной реакции оно способно получать ион водорода.[1] Поскольку некоторые кислоты способны высвобождать множество протонов, сопряженное основание кислоты само по себе может быть кислым.
Вкратце, это можно представить в виде следующей химической реакции:
Шаблон:Multiple image Йоханнес Николаус Бренстед и Томас Мартин Лоури представили теорию Бренстеда–Лоури, которая предположила, что любое соединение, которое может передавать протон любому другому соединению, является кислотой, а соединение, которое принимает протон, является основанием. Протон - это ядерная частица с единичным положительным электрическим зарядом; он представлен символом Шаблон:Chem 2, поскольку он составляет nucleus водорода атома,[2] то есть катион водорода.
Катион может быть сопряженной кислотой, а анион может быть сопряженным основанием, в зависимости от того, какое вещество задействовано и какая кислотно–основная теория является точкой зрения. Простейшим анионом, который может быть сопряженным основанием, является сольватированный электрон, сопряженной кислотой которого является атомарный водород.
Кислотно–щелочные реакции[править]
В кислотно–щелочной реакции кислота плюс основание реагируют с образованием сопряженного основания плюс сопряженная кислота. Кислота теряет протон, а основание приобретает протон. На химических диаграммах, которые иллюстрируют это, новая связь, образованная между основанием и протоном, показана стрелкой, которая обычно начинается на электронной паре от основания и наконечник стрелки которой заканчивается на ионе водорода (протоне), который будет перенесен:
В этом случае молекула воды является сопряженной кислотой гидроксид-иона после того, как последний получил ион водорода, пожертвованный аммонием. С другой стороны, аммиак является сопряженным основанием для кислого аммония после того, как аммоний отдал ион водорода и произвел молекулу воды. Кроме того, ОH− может рассматриваться как сопряженное основание Шаблон:Chem, поскольку молекула воды отдает протон с образованием Шаблон:Chem в обратной реакции. Термины "кислота", "основание", "конъюгированная кислота" и "конъюгированное основание" не являются фиксированными для определенного химического вида, но являются взаимозаменяемыми в зависимости от протекающей реакции.
Прочность соединений[править]
Сила конъюгированной кислоты прямо пропорциональна ее константе диссоциации. Если сопряженная кислота является сильной, ее диссоциация будет иметь более высокую константу равновесия и продукты реакции будут предпочтительнее. Силу сопряженного основания можно рассматривать как тенденцию вида "притягивать" протоны водорода к себе. Если сопряженное основание классифицируется как сильное, оно будет "держаться" за протон водорода, когда находится в растворе, и его кислота не будет диссоциировать.
Если какой-либо вид классифицируется как сильная кислота, то его конъюгированное основание будет слабым. Примером такого случая может быть диссоциация соляной кислоты в воде. Поскольку HCl является сильной кислотой (она в значительной степени диссоциирует), ее конъюгированное основание ( ) будет слабым конъюгированным основанием. Следовательно, в этой системе большая часть будет находиться в форме иона гидрония, а не присоединена к Cl−аниону, и сопряженное основание будет слабее, чем молекула воды.
С другой стороны, если какой-либо вид классифицируется как слабая кислота, его конъюгированное основание не обязательно будет сильным основанием. Учтите, что ацетат, конъюгированное основание уксусной кислоты, имеет константу диссоциации оснований (Кб) приблизительно 5,6е−10, что делает его слабым основанием. Для того чтобы вид имел сильное конъюгированное основание, он должен быть очень слабой кислотой, такой как, например, вода.
Идентификация сопряженных кислотно–основных пар[править]
Чтобы идентифицировать сопряженную кислоту, найдите пару соединений, которые являются родственными. Кислотно–щелочную реакцию можно рассматривать в смысле "до" и "после". "До" - это часть уравнения, связанная с реагентом, "после" - часть уравнения, связанная с продуктом. Сопряженная кислота в последующей части уравнения получает ион водорода, поэтому в предшествующей части уравнения соединение, у которого на один ион водорода меньше, чем у сопряженной кислоты, является основанием. Сопряженное основание в последующей части уравнения потеряло ион водорода, поэтому в предыдущей части уравнения соединение, имеющее еще один ион водорода сопряженного основания, является кислотой.
Рассмотрим следующую кислотно–щелочную реакцию:
Азотная кислота ( ) является кислотой, потому что она отдает протон молекуле воды, а ее сопряженным основанием является нитрат ( ). Молекула воды действует как основание, потому что она получает катион водорода (протон), а ее сопряженной кислотой является ион гидрония ( ).
| Equation | Acid | Base | Conjugate base | Conjugate acid |
|---|---|---|---|---|
| Шаблон:Chem + Шаблон:Chem → Шаблон:Chem + Шаблон:Chem | [[chlorous acid|Шаблон:Chem]] | [[Properties of water|Шаблон:Chem]] | [[chlorite|Шаблон:Chem]] | [[hydronium|Шаблон:Chem]] |
| Шаблон:Chem + Шаблон:Chem → Шаблон:Chem + Шаблон:Chem | Шаблон:Chem | [[hypochlorite|Шаблон:Chem]] | [[hydroxide|Шаблон:Chem]] | [[Hypochlorous acid|Шаблон:Chem]] |
| Шаблон:Chem + Шаблон:Chem → Шаблон:Chem + Шаблон:Chem | [[hydrochloric acid|Шаблон:Chem]] | [[phosphate#Chemical properties|Шаблон:Chem]] | [[chloride|Шаблон:Chem]] | [[phosphoric acid|Шаблон:Chem]] |
Приложения[править]
Одно из применений конъюгированных кислот и оснований заключается в буферных системах, которые включают буферный раствор. В буфере используют слабую кислоту и ее сопряженное основание (в форме соли) или слабое основание и его сопряженную кислоту, чтобы ограничить изменение рН во время процесса титрования. Буферы имеют как органическое, так и неорганическое химическое применение. Например, помимо буферов, используемых в лабораторных процессах, человеческая кровь действует как буфер для поддержания рН. Наиболее важным буфером в нашем кровотоке является углекисло-бикарбонатный буфер, который предотвращает резкое изменение рН при введении. Это функционирует как таковое:
Кроме того, вот таблица общих буферов.
Buffering agent pKa Useful pH range Citric acid 3.13, 4.76, 6.40 2.1 - 7.4 Acetic acid 4.8 3.8 - 5.8 KH2PO4 7.2 6.2 - 8.2 CHES 9.3 8.3–10.3 Borate 9.24 8.25 - 10.25
Вторым распространенным применением органического соединения было бы получение буфера с уксусной кислотой. Если бы уксусная кислота, слабая кислота с указанной формулой, была превращена в буферный раствор, ее необходимо было бы объединить с ее конъюгированным основанием в виде соли. Полученная смесь называется ацетатным буфером, состоящим из водного и неводного. Уксусная кислота, наряду со многими другими слабыми кислотами, служит полезными компонентами буферов в различных лабораторных условиях, каждая из которых полезна в своем собственном диапазоне рН.
Лактатный раствор Рингера является примером, в котором конъюгированное основание органической кислоты, молочной кислоты, соединяется с катионами натрия, кальция и калия и анионами хлорида в дистиллированной воде, которые вместе образуют жидкость, которая является изотонической по отношению к крови человека и используется для жидкостной реанимации после потери крови из-за травмы, хирургическое вмешательство или ожоговая травма.
Таблица кислот и их сопряженных оснований[править]
Ниже в таблице приведены несколько примеров кислот и их сопряженных оснований; обратите внимание, что они отличаются всего одним протоном (ион Н+). Сила кислоты уменьшается, а сила основания конъюгата увеличивается в соответствии с таблицей.
| Кислота | Парная основа |
|---|---|
| Шаблон:Chem Fluoronium ion | HF Hydrogen fluoride |
| HCl Hydrochloric acid | Cl− Chloride ion |
| H2SO4 Sulfuric acid | HSOШаблон:Su Hydrogen sulfate ion (bisulfate ion) |
| HNO3 Nitric acid | NOШаблон:Su Nitrate ion |
| H3O+ Hydronium ion | H2O Water |
| HSOШаблон:Su Hydrogen sulfate ion | SOШаблон:Su Sulfate ion |
| H3PO4 Phosphoric acid | H2POШаблон:Su Dihydrogen phosphate ion |
| CH3COOH Acetic acid | CH3COO− Acetate ion |
| HF Hydrofluoric acid | F− Fluoride ion |
| H2CO3 Carbonic acid | HCOШаблон:Su Hydrogen carbonate ion |
| H2S Hydrosulfuric acid | HS− Hydrogen sulfide ion |
| H2POШаблон:Su Dihydrogen phosphate ion | HPOШаблон:Su Hydrogen phosphate ion |
| NHШаблон:Su Ammonium ion | NH3 Ammonia |
| H2O Water (pH=7) | OH− Hydroxide ion |
| HCOШаблон:Su Hydrogencarbonate (bicarbonate) ion | COШаблон:Su Carbonate ion |
Таблица оснований и их сопряженных кислот[править]
Напротив, здесь приведена таблица оснований и их сопряженных кислот. Аналогичным образом, сила основания уменьшается, а сила конъюгированной кислоты увеличивается в таблице.
| Основа | Парная кислота |
|---|---|
| Шаблон:Chem Ethylamine | Шаблон:Chem Ethylammonium ion |
| Шаблон:Chem Methylamine | Шаблон:Chem Methylammonium ion |
| Шаблон:Chem Ammonia | Шаблон:Chem Ammonium ion |
| Шаблон:Chem Pyridine | Шаблон:Chem Pyridinium |
| Шаблон:Chem Aniline | Шаблон:Chem Phenylammonium ion |
| Шаблон:Chem Benzoate ion | Шаблон:Chem Benzoic acid |
| Шаблон:Chem Fluoride ion | Шаблон:Chem Hydrogen fluoride |
| POШаблон:Su Phosphate ion | HPOШаблон:Su Hydrogen phosphate ion |
| OH− Hydroxide ion | H2O Water (neutral, pH 7) |
| Шаблон:Chem Bicarbonate | Шаблон:Chem Carbonic acid |
| Шаблон:Chem Carbonate ion | Шаблон:Chem Bicarbonate |
| Шаблон:Chem Bromine | Шаблон:Chem Hydrogen bromide |
| Шаблон:Chem Hydrogen Phosphate | Шаблон:Chem |
| Шаблон:Chem Chloride ion | Шаблон:Chem Hydrogen chloride |
| Шаблон:Chem Water | Шаблон:Chem Hydronium ion |
| Nitrite ion | Nitrous acid |
See also[править]
References[править]
External links[править]
- MCAT General Chemistry Review - 10.4 Titration and Buffers
- The Pharmaceutics and Compounding Laboratory - Buffers and Buffer Capacity.
This article "Сопряженные кислоты и основания" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:Сопряженные кислоты и основания. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.
