KYSELINY: VLASTNOSTI A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2026

Tieto kyseliny sú zlúčeniny s vysokým tendencie protónmi alebo prijíma elektrónový pár. Existuje veľa definícií (Bronsted, Arrhenius, Lewis), ktoré charakterizujú vlastnosti kyselín, a každá z nich je doplnená, aby sa vytvoril celkový obraz týchto typov zlúčenín.

Z vyššie uvedeného hľadiska môžu byť všetky známe látky kyslé, za také sa však považujú iba tie látky, ktoré vynikajú vysoko nad ostatnými. Inými slovami: ak je látka extrémne slabým donorom protónov, napríklad v porovnaní s vodou sa dá povedať, že nejde o kyselinu.

Kyselina octová, slabá kyselina, daruje protón (vodíkový ión, zvýraznený zelenou farbou) vode v rovnovážnej reakcii za vzniku acetátového iónu a hydróniového iónu. Červená: kyslík. Čierna: uhlík. Biela: vodík.

Aké sú to práve kyseliny a ich prírodné zdroje? Typickým príkladom je vo vnútri mnohých druhov ovocia: napríklad citrus. Limonády majú svoju charakteristickú chuť vďaka kyseline citrónovej a iným zložkám.

Jazyk dokáže zistiť prítomnosť kyselín, rovnako ako iné príchute. V závislosti od úrovne kyslosti týchto zlúčenín sa chuť stáva neznesiteľnejšou. Týmto spôsobom funguje ako jazyk organoleptického meter pre koncentráciu kyselín, konkrétne koncentrácie hydroniového iónu (H ₃ O ⁺ ).

Na druhej strane sa kyseliny nachádzajú nielen v potrave, ale aj v živých organizmoch. Podobne pôda predstavuje látky, ktoré ich môžu charakterizovať ako kyslé; to je prípad hliníkových a iných kovových katiónov.

Charakteristiky kyselín

Aké vlastnosti musí byť zlúčenina podľa existujúcich definícií považovaná za kyslú?

Musí byť schopná generovať H ⁺ a OH ^- ióny rozpustením vo vode (Arrhenius), musí veľmi ľahko darovať protóny iným druhom (Bronsted) alebo nakoniec musí byť schopná prijať pár elektrónov, ktoré sú záporne nabité (Lewis).

Tieto vlastnosti však úzko súvisia s chemickou štruktúrou. Preto sa učením na jeho analýzu je možné odvodiť silu kyslosti alebo niekoľkých zlúčenín, ktorá z týchto dvoch je najkyslejšia.

- Fyzikálne vlastnosti

Kyseliny majú príchuť, ktorá stojí za redundanciu, kyselinu a ich vôňa často páli nosné dierky. Sú to kvapaliny s lepkavou alebo mastnou textúrou a majú schopnosť zmeniť farbu lakmusového papiera a metylooranžovú na červenú (Vlastnosti kyselín a zásad, SF).

- Schopnosť vytvárať protóny

V roku 1923 dánsky chemik Johannes Nicolaus Brønsted a anglický chemik Thomas Martin Lowry predstavili teóriu Brønsteda a Lowryho, v ktorej sa uvádza, že akákoľvek zlúčenina, ktorá dokáže preniesť protón na ktorúkoľvek inú zlúčeninu, je kyselina (Encyclopædia Britannica, 1998). Napríklad v prípade kyseliny chlorovodíkovej:

HCI → H ⁺ + Cl ^-

Brønstedova a Lowryho teória nevysvetlila kyslé správanie určitých látok. V roku 1923 predstavil americký chemik Gilbert N. Lewis svoju teóriu, v ktorej sa kyselina považuje za akúkoľvek zlúčeninu, ktorá je schopná pri chemickej reakcii spojiť pár elektrónov, ktoré nie sú zdieľané v inej molekule (Encyclopædia Britannica, 1998). ,

Týmto spôsobom majú ióny, ako napríklad Cu2 ⁺ , Fe2 ⁺ a Fe3 ^+, schopnosť viazať sa na páry voľných elektrónov, napríklad z vody, a produkovať protóny nasledujúcim spôsobom:

Cu ²⁺ + 2 H ₂ O → Cu (OH) ₂ + 2 H ⁺

- Majú vodíky chudobné na elektrónovú hustotu

Pre molekuly metánu, CH ₄ , žiadny z jeho atómov vodíka je elektronicky nedostatočné. Je to preto, že rozdiel v elektronegativite medzi uhlíkom a vodíkom je veľmi malý. Ale pri výmene jedného z atómov vodíka jedným z fluóru, potom by bolo znateľné zmene dipólového momentu: H ₂ FC- H .

H zažije posun svojho cloudu elektrónov smerom k susednému atómu naviazanému na F, ktorý je rovnaký, δ + sa zvyšuje. Opäť platí, že pokiaľ iný H nahradený iným F, potom molekula sa stáva: HF ₂ C- H .

Teraz δ + je ešte väčšia, pretože dva atómy F, vysoko elektronegatívna elektrónová hustota, ktorá odstraňuje C, a tým aj atóm vodíka . Ak proces výmeny pokračuje konečne: F ₃ C- H .

V tejto poslednej molekule H predstavuje v dôsledku troch susedných atómov F značný elektronický nedostatok. Tento δ + si nevšimne žiadny druh, ktorý je dostatočne bohatý na elektróny, aby stripoval tento H a týmto spôsobom F ₃ CH, aby sa stal záporne nabitý:

F ₃ C- H +: N ^- (negatívny druh) => F ₃ C: ^- + H N

Vyššie uvedené chemické reakcie môže byť tiež považovaná za týmto spôsobom: F ₃ CH daruje protón (H ⁺ je H raz oddelí od molekuly), aby: N; alebo, F ₃ CH získa pár elektrónov z H , keď je ďalšia dvojica daroval druhý z: N ^- .

- konštanta pevnosti alebo kyslosti

Koľko F ₃ C: ^- je v roztoku prítomné? Alebo, koľko molekuly F ₃ CH môžu darovať kyslého vodíka na N? Ak je odpoveď na tieto otázky, je nevyhnutné stanoviť koncentráciu F ₃ C: ^- alebo H N a pomocou matematickú rovnicu, vytvoriť číselnú hodnotu s názvom konštanta kyslosti, Ka.

Čím viac molekúl F ₃ C: ^- alebo HN produkoval je kyslejšie F ₃ CH bude a tým vyššia je jeho Ka. Týmto spôsobom Ka pomáha kvantitatívne objasniť, ktoré zlúčeniny sú kyslejšie ako iné; a rovnako sa vylučuje ako kyselina, ktorej Ka je extrémne malého poriadku.

Niektoré Ka môžu mať hodnoty, ktoré sú okolo 10 ^-1 a 10 ^-5 , a iné, hodnoty o milióntiny menšie ako 10 ^-15 a 10 ^-35 . Potom možno povedať, že posledne menované, ktoré majú uvedené konštanty kyslosti, sú extrémne slabými kyselinami a ako také sa môžu odhodiť.

Tak ktorý z týchto molekúl má najvyššiu Ka: CH ₄ , CH ₃ F, CH ₂ F _2, alebo CHF ₃ ? Odpoveď spočíva v nedostatku elektrónovej hustoty δ + v ich vodíkoch.

meranie

Aké sú však kritériá na štandardizáciu merania Ka? Jeho hodnota sa môže značne líšiť v závislosti od toho, ktorý druh dostane H ⁺ . Napríklad, ak: N je silná báza, Ka bude veľká; ale ak je to naopak veľmi slabá základňa, Ka bude malá.

Meranie Ka sa vykonáva pomocou najbežnejších a najslabších zo všetkých báz (a kyselín): vody. V závislosti na stupni darovanie H ⁺ na H ₂ O molekúl , a to na 25 ° C a pri tlaku jednej atmosféry, stanovuje štandardné podmienky pre určenie kyslosť konštanty pre všetky zlúčeniny.

Z toho vyplýva repertoár tabuliek kyslých konštánt pre mnohé zlúčeniny, anorganické aj organické.

- Má veľmi stabilné konjugované bázy

Kyseliny majú vo svojich chemických štruktúrach vysoko elektronegatívne atómy alebo jednotky (aromatické kruhy), ktoré priťahujú hustoty elektrónov z okolitých vodíkov, čo spôsobuje, že sa stanú čiastočne pozitívnymi a reaktívnymi s bázou.

Keď sa protóny darujú, kyselina sa transformuje na konjugovanú bázu; to znamená negatívny druh schopný prijať H ⁺ alebo darovať pár elektrónov. V príklade na CF ₃ H molekula jej konjugovanej bázy je CF ₃ ^- :

CF ₃ ^- + HN <=> CHF ₃ +: N ^-

Ak CF _3, ^- je veľmi stabilný konjugovaná báza, rovnováha bude viac posunutá vľavo než vpravo. Tiež, čím stabilnejšia je, tým je kyselina reaktívnejšia a kyslejšia.

Ako viete, aké sú stabilné? Všetko záleží na tom, ako sa vysporiadajú s novým negatívnym poplatkom. Ak dokážu účinne delokalizovať alebo rozptýliť rastúcu elektrónovú hustotu, nebude možné ju použiť na spojenie so základňou H.

- Môžu mať kladné poplatky

Nie všetky kyseliny majú vodíkové deficiencie, ale môžu mať aj iné atómy schopné prijímať elektróny, s kladným nábojom alebo bez neho.

Ako je to? Napríklad v fluoridu boritého, BF ₃ , atóm B postráda oktet valencie, takže sa môže tvoriť väzbu s ktoromkoľvek atómu, ktorý mu dodáva elektrónový pár. Ak sa v jeho blízkosti vyskytne anión F ^- kruh, nastane táto chemická reakcia:

BF ₃ + F ^- => BF ₄ ^-

Na druhej strane, voľné kovové katióny, ako je Al ³⁺ , Zn ²⁺ , Na ⁺ atď., Sa považujú za kyseliny, pretože z ich prostredia môžu prijímať datové (koordinačné) väzby druhov bohatých na elektróny. Rovnako tak reagujú s OH ^- ióny , aby sa vyzrážal ako hydroxidy kovov:

Zn2 ⁺ (aq) + 2OH ^- (aq) => Zn (OH) ₂ (s)

Všetky z nich sú známe ako Lewisove kyseliny, zatiaľ čo tie, ktoré darujú protóny, sú Bronstedove kyseliny.

- Ich roztoky majú hodnoty pH nižšie ako 7

Obrázok: stupnica pH.

Presnejšie povedané, kyselina, ak je rozpustená v akomkoľvek rozpúšťadle (ktoré ju nezneutralizuje výrazne), vytvára roztoky s pH nižším ako 3, hoci pod 7 sa považujú za veľmi slabé kyseliny.

Toto sa dá overiť pomocou indikátora kyslej bázy, ako je fenolftaleín, univerzálny indikátor alebo fialová kapustová šťava. S tými zlúčeninami, ktoré menia farbu na farbu indikovanú pre nízke pH, sa zaobchádza ako s kyselinami. Toto je jeden z najjednoduchších testov na určenie ich prítomnosti.

To isté sa dá urobiť napríklad pre rôzne vzorky pôdy z rôznych častí sveta, a tak určovať ich hodnoty pH, aby ich spolu s inými premennými charakterizovali.

A nakoniec, všetky kyseliny majú kyslé príchute, pokiaľ nie sú natoľko koncentrované, aby nevratne spálili tkanivá jazyka.

- Schopnosť neutralizovať bázy

Arrhenius vo svojej teórii navrhuje, aby kyseliny, ktoré sú schopné vytvárať protóny, reagovali s hydroxylom báz za vzniku soli a vody nasledujúcim spôsobom:

HCI + NaOH → NaCl + H ₂ O.

Táto reakcia sa nazýva neutralizácia a je základom analytickej techniky nazývanej titrácia (Bruce Mahan, 1990).

Silné kyseliny a slabé kyseliny

Kyseliny sa delia na silné kyseliny a slabé kyseliny. Sila kyseliny je spojená s jej rovnovážnou konštantou, preto sa v prípade kyselín tieto konštanty nazývajú kyselinové konštanty Ka.

Silné kyseliny majú teda veľkú kyselinovú konštantu, takže majú sklon k úplnej disociácii. Príkladmi týchto kyselín sú kyselina sírová, kyselina chlorovodíková a kyselina dusičná, ktorých kyslé konštanty sú také veľké, že ich nemožno merať vo vode.

Na druhej strane slabou kyselinou je kyselina, ktorej disociačná konštanta je nízka, takže je v chemickej rovnováhe. Príkladmi týchto kyselín sú kyselina octová a kyselina mliečna a kyselina dusitá, ktorých kyslé konštanty sú rádovo ^10-4 . Obrázok 1 ukazuje rôzne konštanty kyslosti pre rôzne kyseliny.

Obrázok 1: kyselinové disociačné konštanty.

Príklady kyselín

Halogenidy vodíka

Všetky halogenovodíky sú kyslé zlúčeniny, najmä ak sú rozpustené vo vode:

-HF (kyselina fluorovodíková).

-HCl (kyselina chlorovodíková).

-HBr (kyselina bromovodíková).

-HI (kyselina jódová).

oxokyselín

Oxokyseliny sú protónované formy oxoaniónov:

HNO ₃ (kyselina dusičná).

H ₂ SO ₄ (kyselina sírová).

H ₃ PO ₄ (kyselina fosforečná).

HClO ₄ (kyseliny chloristej).

Super kyseliny

Super kyseliny sú zmesou silnej Bronstedovej kyseliny a silnej Lewisovej kyseliny. Po zmiešaní tvoria zložité štruktúry, kde podľa určitých štúdií H ⁺ „v nich skočí“.

Ich korozívne sila je taká, že sú miliardy krát silnejšie ako koncentrovanej H ₂ SO ₄ . Používajú sa na praskanie veľkých molekúl prítomných v rope, na menšie, rozvetvené molekuly as vysokou pridanou ekonomickou hodnotou.

-BF ₃ / HF

-SbF ₅ / HF

-SbF ₅ / HSO ₃ F

-CF ₃ SO ₃ H

Organické kyseliny

Organické kyseliny sa vyznačujú tým, že majú jednu alebo viac karboxylových skupín (COOH) a medzi ne patria:

- Kyselina dusičná (prítomná v mnohých druhoch ovocia)

Kyselina jablčná (zo zelených jabĺk)

- kyselina octová (z komerčného octu)

- Kyselina butánová (zo žltkastého masla)

- Kyselina vínna (z vín)

- A skupina mastných kyselín.

Referencie

1. Torrens H. Tvrdé a mäkké kyseliny a zásady. , Prevzaté z: depa.fquim.unam.mx
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. mája 2018). Názvy 10 bežných kyselín. Získané z: thinkco.com
3. Netradiály pre bonusy. Kyseliny a zásady: molekulárna štruktúra a správanie. Prevzaté z: chem.wisc.edu
4. Deziel, Chris. (27. apríla 2018). Všeobecné vlastnosti kyselín a zásad. Sciencing. Obnovené z: sciencing.com
5. Superpočítačové centrum v Pittsburghu (PSC). (25. októbra 2000). Získané z: psc.edu.