Kyselina konjugovaná - Conjugate acid

Konjugovaná kyselina , v Bronsted-Lowryho teorie kyselina-báze , je chemická sloučenina vytvoří, když kyselina daruje proton ( H + ) na základně -V jinými slovy, je to základna s vodíkem se k ní přidá iont, jako při reverzní reakci ztrácí iont vodíku. Na druhou stranu konjugovaná báze je to, co zbylo poté, co kyselina darovala proton během chemické reakce. Konjugovaná báze je tedy druh vzniklý odstraněním protonu z kyseliny, protože při reverzní reakci je schopen získat vodíkový ion. Protože nějaké kyseliny jsou schopné uvolňovat více protonů, konjugovaná báze kyseliny může být sama o sobě kyselá.

V souhrnu to lze znázornit jako následující chemickou reakci:

Kyselina + báze ⇌ Konjugovaná báze + Konjugovaná kyselina

Johannes Nicolaus Brønsted a Martin Lowry představili teorii Brønsted – Lowry, která navrhovala, aby jakákoli sloučenina, která může přenášet proton na jakoukoli jinou sloučeninu, byla kyselina a sloučenina, která přijímá proton, je báze. Proton je jaderná částice s kladným elektrickým nábojem jednotky; je reprezentován symbolem H +, protože tvoří jádro atomu vodíku , tj. vodíkového kationtu .

Kation může být konjugovaná kyselina, a anion může být konjugovaná báze, podle toho, která látka je zapojen, a který acidobazické teorie je hledisko. Nejjednodušším aniontem, kterým může být konjugovaná báze, je solvatovaný elektron, jehož konjugovanou kyselinou je atomový vodík.

Acidobazické reakce

Při acidobazické reakci kyselina plus báze reaguje za vzniku konjugované báze plus konjugované kyseliny:

Konjugáty se tvoří, když kyselina ztratí vodíkový proton nebo báze získá vodíkový proton. Viz následující obrázek:

Konjugovaná báze reakce.jpg

Říkáme, že molekula vody je konjugovaná kyselina hydroxidového iontu poté, co tento obdržel vodíkový proton darovaný amoniem . Na druhé straně je čpavek konjugovanou bází pro kyselý amonium poté, co amonium darovalo vodíkový iont k produkci molekuly vody. Můžeme také odkazovat na OH- jako na konjugovanou bázi H
2
O
, protože molekula vody daruje proton směrem k produkci NH+
4
v reverzní reakci, což je převládající proces v přírodě díky síle báze NH
3
nad hydroxidovým iontem. Na základě těchto informací je zřejmé, že termíny „kyselina“, „zásada“, „kyselina konjugátu“ a „konjugovaná báze“ nejsou pro určitý chemický druh stanoveny; ale jsou zaměnitelné podle probíhající reakce.

Síla konjugátů

Síla konjugované kyseliny je přímo úměrná její disociační konstantě . Pokud je kyselina konjugátu silná, její disociace bude mít vyšší rovnovážnou konstantu a zvýhodní se produkty reakce. Na sílu konjugované báze lze pohlížet jako na tendenci druhu „přitahovat“ vodíkové protony k sobě. Pokud je konjugovaná báze klasifikována jako silná, bude v roztoku „držet“ vodíkový proton a jeho kyselina se neodpojí.

Pokud je druh klasifikován jako silná kyselina, jeho konjugovaná báze bude slabá. Příkladem tohoto případu by byla disociace kyseliny chlorovodíkové HCl ve vodě. Protože HCl je silná kyselina (do značné míry disociuje), její konjugovaná báze ( Cl-
) bude slabá konjugovaná báze. Proto v tomto systému většina H+
bude ve formě hydroniového iontu H
3
Ó+
namísto připojení k Cl - aniontu a konjugovaná báze bude slabší než molekula vody.

Na druhou stranu, pokud je druh klasifikován jako slabá kyselina, jeho konjugovaná báze nemusí být nutně silnou zásadou. Uvažujme, že acetát, konjugovaná báze kyseliny octové, má disociační konstantu báze (Kb) přibližně5,6 × 10 −10 , což z něj činí slabou základnu. Aby měl druh silnou konjugovanou bázi, musí to být velmi slabá kyselina, například jako voda.

Identifikace párů konjugovaných kyselin a zásad

K identifikaci konjugované kyseliny vyhledejte dvojici příbuzných sloučenin. Na acidobazickou reakci lze nahlížet před a po smyslu. Předtím je reakční stranou rovnice, po je produktová strana rovnice. Konjugovaná kyselina na zadní straně rovnice získá vodíkový iont, takže na přední straně rovnice je zásadou sloučenina, která má o jeden vodíkový ion méně konjugované kyseliny. Konjugovaná báze na zadní straně rovnice ztratila vodíkový ion, takže na předcházející straně rovnice je sloučeninou, která má ještě jeden vodíkový ion konjugované báze, kyselina.

Zvažte následující acidobazickou reakci:

HNO
3
+ H
2
O
H
3
Ó+
+ NE-
3

Kyselina dusičná ( HNO
3
) je kyselina, protože daruje proton molekule vody a její konjugovanou bází je dusičnan ( NO-
3
). Molekula vody funguje jako báze, protože přijímá kation vodíku (proton) a jeho konjugovanou kyselinou je hydroniový iont ( H
3
Ó+
).

Rovnice Kyselina Základna Konjugovaná základna Konjugovaná kyselina
HClO
2
+ H
2
O
ClO-
2
+ H
3
Ó+
HClO
2
H
2
Ó
ClO-
2
H
3
Ó+
ClO-
+ H
2
O
HClO + OH-
H
2
Ó
ClO-
ACH-
HClO
HCl + H
2
PO-
4
Cl-
+ H
3
PO
4
HCl H
2
PO-
4
Cl-
H
3
PO
4

Aplikace

Jedno použití konjugovaných kyselin a zásad spočívá v pufrovacích systémech, které zahrnují pufrovací roztok . V pufru se používá slabá kyselina a její konjugovaná báze (ve formě soli) nebo slabá báze a její konjugovaná kyselina, aby se omezila změna pH během titračního procesu. Pufry mají organické i neorganické chemické aplikace. Například, kromě pufrů používaných v laboratorních procesech, lidská krev funguje jako pufr pro udržení pH. Nejdůležitějším pufrem v našem krevním oběhu je pufr s kyselinou uhličitou a hydrogenuhličitanem , který brání drastickým změnám pH při CO
2
je představen. Tato funkce jako taková:

Dále je zde tabulka běžných vyrovnávacích pamětí.

Pufrovací prostředek pK a Užitečný rozsah pH
Kyselina citronová 3,13, 4,76, 6,40 2,1 - 7,4
Octová kyselina 4.8 3,8 - 5,8
KH 2 PO 4 7.2 6.2 - 8.2
CHES 9.3 8,3–10,3
Borate 9,24 8,25 - 10,25

Druhou běžnou aplikací s organickou sloučeninou by byla výroba pufru s kyselinou octovou. Pokud kyselina octová, slabá kyselina vzorce CH
3
COOH
, byl zpracován na roztok pufru, který by musel být kombinován s jeho konjugovanou bází CH
3
VRKAT-
ve formě soli. Výsledná směs se nazývá acetátový pufr, skládající se z vodného CH
3
COOH
a vodný CH
3
COONa
. Kyselina octová, spolu s mnoha dalšími slabými kyselinami, slouží jako užitečné složky pufrů v různých laboratorních podmínkách, z nichž každá je užitečná ve svém vlastním rozmezí pH.

Ringerův roztok laktátu je příkladem, kde konjugovaná báze organické kyseliny, kyseliny mléčné , CH
3
CH (OH) CO-
2
se kombinuje se sodnými, vápenatými a draselnými kationty a chloridovými anionty v destilované vodě, které dohromady tvoří tekutinu, která je izotonická ve vztahu k lidské krvi a používá se k resuscitaci tekutin po ztrátě krve v důsledku traumatu , chirurgického zákroku nebo popálení .

Tabulka kyselin a jejich konjugovaných bází

Níže je uvedeno několik příkladů kyselin a jejich konjugovaných bází; všimněte si, jak se liší pouhým jedním protonem (H + ion). Síla kyseliny klesá a síla konjugované báze se v tabulce zvyšuje.

Kyselina Konjugovaná základna
H
2
F+
Fluoroniové ionty
HF fluorovodík
HCl Kyselina chlorovodíková Cl - Chloridový ion
H 2 SO 4 Kyselina sírová HSO-
4
Iont vodíku
HNO 3 Kyselina dusičná NE-
3
Dusičnanový iont
H 3 O + Hydroniový ion H 2 O voda
HSO-
4
Iont vodíku
TAK2-
4
Sulfátový iont
H 3 PO 4 Kyselina fosforečná H 2 PO-
4
Dihydrogenfosfátový ion
CH 3 COOH Kyselina octová CH 3 COO - acetátový iont
HF kyselina fluorovodíková F - Fluoridový ion
H 2 CO 3 Kyselina uhličitá HCO-
3
Iont hydrogenuhličitanu
H 2 S kyselina sírová HS - sirovodíkový iont
H 2 PO-
4
Dihydrogenfosfátový ion
HPO2-
4
Hydrogenfosfátový ion
NH+
4
Amonný ion
NH 3 Amoniak
H 2 O Voda ( pH = 7) OH - Hydroxidový ion
HCO-
3
Hydrogenkarbonátový (bikarbonátový) ion
CO2-
3
Uhličitanový iont

Tabulka zásad a jejich konjugovaných kyselin

Naproti tomu zde je tabulka zásad a jejich konjugovaných kyselin. Podobně klesá síla báze a síla konjugátu v tabulce se zvyšuje.

Základna Konjugovaná kyselina
C
2
H
5
NH
2
Ethylaminu
C
2
H
5
NH+
3
Ethylamoniový ion
CH
3
NH
2
Methylamin
CH
3
NH+
3
Methylamoniový ion
NH
3
Amoniak
NH+
4
Amonný ion
C
5
H
5
N
pyridin
C
5
H
6
N.+
Pyridinium
C
6
H
5
NH
2
Aniline
C
6
H
5
NH+
3
Fenylamoniový ion
C
6
H
5
CO-
2
Benzoátový ion
C
6
H
6
CO
2
Kyselina benzoová
F-
Fluoridový ion
HF fluorovodík
PO3-
4
Fosfátový ion
HPO2-
4
Hydrogenfosfátový ion
OH - Hydroxidový ion H 2 O Voda (neutrální, pH 7)
HCO-
3
Bikarbonát
H
2
CO
3
Kyselina uhličitá
CO2-
3
Uhličitanový iont
HCO-
3
Bikarbonát
Br-
Bróm
HBr bromovodík
HPO2-
4
Hydrogenfosfát
H
2
PO-
4
Cl-
Chloridový ion
HCl Chlorovodík
H
2
Ó
voda
H
3
Ó+
Hydroniový ion

Viz také

Reference

externí odkazy