- Karakteristike kiselina
- - Fizička svojstva
- - Sposobnost stvaranja protona
- - Imaju vodikove slabe gustoće elektrona
- - konstanta čvrstoće ili kiselosti
- mjerenja
- - Ima vrlo stabilne konjugirane baze
- - Mogu imati pozitivne naboje
- - Njihove otopine imaju pH vrijednosti niže od 7
- - Sposobnost neutraliziranja baza
- Jake kiseline i slabe kiseline
- Primjeri kiselina
- Vodikovi halogenidi
- Oxoacids
- Super kiseline
- Organske kiseline
- Reference
U kiseline su spojevi visoke tendencije doniranja protona ili prihvaćanje je elektronski par. Postoji mnogo definicija (Bronsted, Arrhenius, Lewis) koje karakteriziraju svojstva kiselina, a svaka od njih je nadopunjena kako bi se stvorila globalna slika ovih vrsta spojeva.
Iz gornje perspektive, sve poznate tvari mogu biti kisele, međutim, samo one koje se ističu mnogo iznad ostalih smatraju se takvim. Drugim riječima: ako je tvar izrazito slab donator protona, na primjer, u odnosu na vodu, može se reći da to nije kiselina.
Octena kiselina, slaba kiselina, daje protonu (vodikov ion, označen zelenom bojom) vodi u ravnotežnoj reakciji dajući acetat ion i hidronijev ion. Crveno: kisik. Crna: ugljik. Bijelo: vodik.
Je li to slučaj, koje su točno kiseline i njihovi prirodni izvori? Tipičan primjer njih možete pronaći unutar mnogih plodova: poput agruma. Limunade imaju svojstven okus zbog limunske kiseline i ostalih sastojaka.
Jezik može otkriti prisutnost kiselina, baš kao što to radi i drugi okusi. Ovisno o razini kiselosti ovih spojeva, okus postaje nepodnošljiviji. Na taj način, jezik funkcionira kao organoleptički mjeraču koncentracije kiseline, posebno koncentracijom hydronium ion (H 3 O +).
S druge strane, kiseline se ne nalaze samo u hrani, već i u živim organizmima. Isto tako, tla predstavljaju tvari koje ih mogu okarakterizirati kao kisele; takav je slučaj kationa aluminija i drugih metala.
Karakteristike kiselina
Koje se karakteristike moraju prema postojećim definicijama smatrati kiselim?
Mora biti u stanju stvoriti H + i OH - ione otapanjem u vodi (Arrhenius), protone mora davati protonima drugim vrstama vrlo lako (Bronsted) ili, na kraju, mora biti sposoban prihvatiti par elektrona i negativno se nabiti (Lewis).
Međutim, ove su karakteristike usko povezane s kemijskom strukturom. Dakle, učenjem kako to analizirati može se zaključiti njegova jačina kiselosti ili nekoliko spojeva koji je od njih najviše kiseli.
- Fizička svojstva
Kiseline imaju okus, vrijedan suvišnih količina, kiseline i njihov miris često gori nosnice. Riječ je o tekućinama ljepljive ili masne teksture i imaju sposobnost promjene boje lakmusovog papira i metil narančaste u crvenu (Svojstva kiselina i baza, SF).
- Sposobnost stvaranja protona
Godine 1923. danski kemičar Johannes Nicolaus Brønsted i engleski kemičar Thomas Martin Lowry predstavili su teoriju Brønsteda i Lowryja rekavši da je svaki spoj koji može prenijeti proton na bilo koji drugi spoj kiselina (Encyclopædia Britannica, 1998). Na primjer u slučaju klorovodične kiseline:
HCl → H + + Cl -
Brønsted i Lowryjeva teorija nisu objasnili kiselo ponašanje određenih tvari. Godine 1923. američki kemičar Gilbert N. Lewis predstavio je svoju teoriju u kojoj se kiselina smatra bilo kojim spojem koji je u kemijskoj reakciji spojen u par elektrona koji nisu dijeljeni u drugoj molekuli (Encyclopædia Britannica, 1998), Na taj način ioni kao Cu 2+, Fe 2+ i Fe 3+ imaju mogućnost vezanja na parove slobodnih elektrona, na primjer iz vode, na proizvodnju protona na sljedeći način:
Cu 2+ + 2H 2 O → Cu (OH) 2 + 2H +
- Imaju vodikove slabe gustoće elektrona
Za metan molekule, CH 4, nijedan od vodika je elektronski deficijentna. To je zato što je razlika u elektronegativnosti između ugljika i vodika vrlo mala. Ali ako zamijenite jedan od H atoma jednog od fluora, onda ne bi bilo primjetan promjenu dipolnog momenta: H 2 poliklonskim H.
H doživljava pomicanje svog oblaka elektrona prema susjednom atomu vezanom za F, koji je isti, δ + raste. Opet, ako je drugi H zamijenjen s drugim F, tada molekula postaje: HF 2 C- H.
Sada δ + još veći jer dva atoma fluora, visoko elektronegativnog elektronske gustoće koji se ukloni C, a ova posljednja stoga na H. Ako se postupak zamjene nastavi konačno dobiti: F 3 C- H.
U ovoj posljednjoj molekuli H predstavlja, kao posljedica tri susjedna F-atoma, izraženi elektronički nedostatak. Ovaj δ + ne prolazi neopaženo ni za jednu vrstu dovoljno bogatu elektronima da bi uklonila ovaj H i na taj način F 3 CH postala negativno nabijena:
F 3 C– H +: N - (negativne vrste) => F 3 C: - + H N
Gornja kemijska jednadžba se također može smatrati na ovaj način: F 3 CH daje protonu (H +, H jednom odvojenom od molekule) na: N; ili, F 3 CH dobiva par elektrona od H kada se drugom paru dariva potonji iz: N -.
- konstanta čvrstoće ili kiselosti
Koliko F 3 C: - postoji u otopini? Ili, koliko molekule F 3 CH mogu donirati kiseli vodik u N? Da biste odgovorili na ova pitanja, potrebno je odrediti koncentraciju F 3 C: - ili H N i pomoću matematičke jednadžbe uspostaviti brojčanu vrijednost koja se naziva konstanta kiselosti, Ka.
Na više molekula F 3 C: - ili HN proizveden je kiselija F 3 CH biti i veća Ka. Na ovaj način Ka pomaže kvantitativno objasniti koji su spojevi kiseliji od ostalih; a isto tako odbacuje kiseline one čiji je Ka izuzetno malog reda.
Neki Ka mogu imati vrijednosti koje su oko 10 -1 i 10 -5, a druge imaju milijunske vrijednosti manje poput 10 -15 i 10 -35. Tada se može reći da su potonje, koje imaju konstante kiselosti, izuzetno slabe kiseline i kao takve se mogu odbaciti.
I koji od slijedećih molekula ima najviši Ka: CH 4, CH 3 F CH 2 F 2, ili CHF 3 ? Odgovor leži u nedostatku gustoće elektrona, δ +, u njihovim hidrogenima.
mjerenja
Ali koji su kriteriji za standardizaciju Ka mjerenja? Njegova vrijednost može uvelike varirati ovisno o tome koja će vrsta dobiti H +. Na primjer, ako: N je jaka baza, Ka će biti velik; ali ako je, naprotiv, vrlo slaba baza, Ka će biti mali.
Ka mjerenja se provode pomoću najobičnije i najslabije od svih baza (i kiselina): vode. Ovisno o stupnju donacije H + na H 2 O molekule, pri 25ºC i pri tlaku od jedne atmosfere, standardni uvjeti su utvrđeni za određivanje konstante kiselosti za sve spojeve.
Iz toga proizlazi repertoar tablica konstanta kiselosti za mnoge spojeve, i anorganske i organske.
- Ima vrlo stabilne konjugirane baze
Kiseline imaju visoko elektronegativne atome ili jedinice (aromatski prstenovi) u svojim kemijskim strukturama koje privlače gustoće elektrona iz okolnih vodika, čime oni postaju djelomično pozitivni i reaktivni na bazu.
Jednom kada protoni doniraju, kiselina se pretvara u konjugiranu bazu; to jest negativna vrsta sposobna prihvatiti H + ili donirati par elektrona. U primjeru CF 3 H molekula njenu konjugiranu bazu je CF 3 -:
CF 3 - + HN <=> CHF 3 +: N -
Ako je CF 3 - vrlo stabilna baza konjugata, ravnoteža će se pomaknuti više ulijevo nego u desno. Također, što je stabilnija, to će biti reaktivnija i kiselija kiselina.
Kako znate koliko su stabilni? Sve ovisi o tome kako se nose s novim negativnim nabojem. Ako mogu učinkovito delokalizirati ili difuzirati rastuću elektronsku gustoću, neće ih biti moguće koristiti u vezivanju s bazom H.
- Mogu imati pozitivne naboje
Ne sadrže sve kiseline vodike sa nedostatkom elektrona, ali mogu imati i druge atome koji su sposobni prihvatiti elektrone, sa ili bez pozitivnog naboja.
Kako je to? Na primjer, u trifluoridu bora, BF 3, B atomu nedostaje oktet valencije, tako da može formirati vezu s bilo kojim atomom koji mu daje par elektrona. Ako se anion F - krug u njegovoj blizini dogodi slijedeća kemijska reakcija:
BF 3 + F - => BF 4 -
S druge strane, slobodni kationi metala, kao što su Al 3+, Zn 2+, Na +, itd., Smatraju se kiselinama budući da iz svog okruženja mogu prihvatiti dativne (koordinacijske) veze vrsta bogatih elektronima. Isto tako, oni reagiraju s OH - ionima da se talože u obliku metalnih hidroksida:
Zn 2+ (aq) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s)
Sve su to poznate kao Lewisove kiseline, dok su one koje doniraju protone Bronsted kiseline.
- Njihove otopine imaju pH vrijednosti niže od 7
Slika: pH skala.
Preciznije, kiselina otopljena u bilo kojem otapalu (koje ne neutralizira vidljivo) stvara otopine s pH nižim od 3, mada ispod 7 oni se smatraju vrlo slabim kiselinama.
To se može potvrditi pomoću kiselo-indikatora, kao što je fenolftalein, univerzalni indikator ili sok od ljubičastog kupusa. Oni spojevi koji okreću boje onima označenim za niski pH tretiraju se kao kiseline. Ovo je jedan od najjednostavnijih testova za utvrđivanje njihove prisutnosti.
Isto se može učiniti, na primjer, za različite uzorke tla iz različitih dijelova svijeta, čime se određuju njihove pH vrijednosti koje će ih, zajedno s drugim varijablama, karakterizirati.
I na kraju, sve kiseline imaju kisele okuse, sve dok nisu toliko koncentrirane da nepovratno spaljuju tkiva jezika.
- Sposobnost neutraliziranja baza
Arrhenius u svojoj teoriji predlaže da kiseline, sposobne stvarati protone, reagiraju s hidroksilima baza kako bi tvorile sol i vodu na sljedeći način:
HCl + NaOH → NaCl + H 2 O.
Ta se reakcija naziva neutralizacija i osnova je analitičke tehnike koja se naziva titracija (Bruce Mahan, 1990.).
Jake kiseline i slabe kiseline
Kiseline se razvrstavaju u jake i slabe kiseline. Jačina kiseline povezana je s njenom konstantom ravnoteže, te se, u slučaju kiselina, ove konstante nazivaju kiselinske konstante Ka.
Dakle, jake kiseline imaju veliku kiselinsku konstantu, pa imaju tendenciju da se disociraju potpuno. Primjeri ovih kiselina su sumporna kiselina, solna kiselina i dušična kiselina, čije su konstante kiseline toliko velike da se ne mogu mjeriti u vodi.
S druge strane, slaba kiselina je ona čija je konstanta disocijacije mala, pa je u kemijskoj ravnoteži. Primjeri ovih kiselina su octena i mliječna kiselina i dušična kiselina čija su konstanta kiselosti reda 10 -4. Na slici 1 prikazane su različite konstante kiselosti različitih kiselina.
Slika 1: konstante disocijacije kiseline.
Primjeri kiselina
Vodikovi halogenidi
Svi vodikovi halogenidi su kiseli spojevi, posebno ako su otopljeni u vodi:
-HF (fluorovodična kiselina).
-HCl (klorovodična kiselina).
-HBr (bromovodična kiselina).
-HI (jodna kiselina).
Oxoacids
Okso kiseline su protonirani oblici oksoaniona:
HNO 3 (dušična kiselina).
H 2 SO 4 (sumporna kiselina).
H 3 PO 4 (fosforna kiselina).
HClO 4 (perklorna kiselina).
Super kiseline
Super kiseline su mješavina jake Bronsted kiseline i jake Lewisove kiseline. Jednom kada se pomiješaju formiraju složene strukture u kojima, prema određenim studijama, H + "skače" unutar njih.
Njihova korozivna moć je takva da su milijuni puta jači od koncentrirane H 2 SO 4. Koriste se za razbijanje velikih molekula prisutnih u sirovoj nafti, u manje, razgranate molekule i s velikom dodanom ekonomskom vrijednošću.
-BF 3 / HF
-SbF 5 / HF
-SbF 5 / tna 3 F
-CF 3 SO 3 H
Organske kiseline
Za organske kiseline je karakteristično da imaju jednu ili više karboksilnih skupina (COOH), a među njima su:
-Litinska kiselina (prisutna u mnogim plodovima)
Jabučna kiselina (od zelenih jabuka)
-Octena kiselina (od komercijalnog octa)
-Maslačna kiselina (od sirovog maslaca)
- vinska kiselina (iz vina)
-I obitelj masnih kiselina.
Reference
- Torrens H. Tvrde i meke kiseline i baze., Preuzeto sa: depa.fquim.unam.mx
- Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (3. svibnja 2018.). Nazivi 10 uobičajenih kiselina. Oporavilo od: misel.com
- Netorijali s šampanjacima. Kiseline i baze: Molekularna struktura i ponašanje. Preuzeto iz: chem.wisc.edu
- Deziel, Chris. (27. travnja 2018.). Opće karakteristike kiselina i baza. Sciencing. Oporavilo od: sciaching.com
- Centar za superračunanje u Pittsburghu (PSC). (25. listopada 2000.). Oporavak od: psc.edu.