Конъюгированная кислота - Conjugate acid

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
Кислота типы
Бронстед – Лоури Льюис Акцептор Минеральная Органический Окись Сильный Суперкислоты Слабый Твердый
Основание типы
Бронстед – Лоури Льюис Донор Органический Окись Сильный Супербазы Ненуклеофильный Слабый

А конъюгированная кислота, в пределах Кислотно-основная теория Бренстеда – Лоури, представляет собой химическое соединение, образующееся, когда кислота жертвует протон (ЧАС⁺ ) к основание - другими словами, это база с водород к нему добавляется ион, так как в обратной реакции он 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 - это вид, образованный удаление протона из кислоты, так как в обратной реакции он 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 (слева) и Мартин Лоури (верно).

Йоханнес Николаус Бронстед и Мартин Лоури представил 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; обозначается символом H⁺ потому что он составляет ядро водорода атом,^[2] это катион водорода.

А катион может быть конъюгированной кислотой и анион может быть сопряженным основанием, в зависимости от которого вещество участвует и который кислотно-основная теория это точка зрения. Простейшим анионом, который может быть сопряженным основанием, является сольватированный электрон сопряженная кислота которого представляет собой атомарный водород.

Кислотно-основные реакции

В кислотно-основная реакция, кислота плюс основание реагирует с образованием конъюгата основания и конъюгированной кислоты:

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

Мы говорим, что молекула воды представляет собой сопряженную кислоту гидроксид-иона после того, как последний получил протон водорода, подаренный им. аммоний. С другой стороны, аммиак представляет собой сопряженное основание для кислого аммония после того, как аммоний отдал ион водорода в сторону образования молекулы воды. Мы также можем назвать OH- сопряженным основанием ЧАС
₂О, поскольку молекула воды отдает протон на образование NH⁺
₄ в обратной реакции, которая является преобладающим процессом в природе из-за прочности основания NH
₃ над 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

Сила конъюгированной кислоты прямо пропорциональна ее константа диссоциации. Если конъюгированная кислота сильная, ее диссоциация будет иметь более высокий константа равновесия и продукты реакции будут предпочтительнее. Силу сопряженного основания можно рассматривать как тенденцию разновидностей «притягивать» протоны водорода к себе. Если сопряженное основание классифицируется как сильное, оно будет «удерживать» протон водорода, когда находится 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 соляная кислота HCl в воде. Поскольку HCl - сильная кислота (в значительной степени диссоциирует), ее сопряженное основание (Cl⁻
) будет слабой сопряженной базой. Следовательно, в этой системе большинство ЧАС⁺
будет в виде гидроксоний ион ЧАС
₃О⁺
вместо прикрепления к Cl⁻ анион и сопряженное основание будут 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 слабой базой. Для того, чтобы у вида было сильное сопряженное основание, оно должно быть очень слабой кислотой, например, такой как вода.

Идентификация конъюгированных кислотно-основных пар

Кислота и конъюгат основания, а также основание и конъюгированная кислота известны как пары конъюгатов. При обнаружении конъюгированной кислоты или основания важно смотреть на реагенты из химическое уравнение. 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. В кислотно-основная реакция можно рассматривать в смысле до и после. Передняя часть уравнения представляет собой реагент, а вторая часть уравнения - продукт. Конъюгированная кислота в конечной части уравнения приобретает ион водорода, поэтому в передней части уравнения соединение, которое имеет на один ион водорода меньше, чем сопряженная кислота, 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 + ЧАС
₂О → ЧАС
₃О⁺
+ НЕТ⁻
₃

Азотная кислота (HNO
₃) является кислота потому что он отдает протон молекуле воды и ее сопряженное основание является нитрат (НЕТ⁻
₃). Молекула воды действует как основание, потому что она принимает протон водорода, а его сопряженная кислота является гидроксоний ион (ЧАС
₃О⁺
).

Приложения

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. Самый важный буфер в нашем кровотоке - это угольная кислота-бикарбонатный буфер, что предотвращает резкие изменения pH при CO
₂ вводится. Это функционирует как таковое:

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

Кроме того, вот таблица общих буферов.

Буферный агент	pKа	Полезный диапазон pH
Лимонная кислота	3.13, 4.76, 6.40	2.1 - 7.4
Уксусная кислота	4.8	3.8 - 5.8
KH2PO4,	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 необходимо было объединить с его конъюгированным основанием CH
₃COO⁻
в виде соли. Полученная смесь называется ацетатным буфером, состоящим из водной 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.

Примером неорганического соединения может быть медицинское использование конъюгата основания молочной кислоты, известного как лактат в Раствор Рингера с лактатом и Решение Хартмана. Молочная кислота имеет формулу C
₃ЧАС
₆О
₆ и его конъюгатное основание используется во внутривенных жидкостях, которые состоят из катионов натрия и калия, а также лактатных и хлоридных анионов 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

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

Таблица оснований и их сопряженных кислот

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

Смотрите также

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

Рекомендации

внешняя ссылка

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