Eigenschaften und Beispiele

Der Säuren Sie sind Verbindungen mit hohen Trends, Protonen zu spenden oder ein paar Elektronen zu akzeptieren. Es gibt viele Definitionen (Bronsted, Arrhenius, Lewis), die die Eigenschaften von Säuren charakterisieren, und jede von ihnen ergänzt, um ein globales Bild dieser Art von Verbindung zu erstellen.

Aus der vorherigen Perspektive können alle bekannten Substanzen sauer sein, aber nur diejenigen, die weit über anderen hervorstechen. Mit anderen Worten: Wenn eine Substanz im Vergleich zu Wasser ein extrem schwacher Spender von Protonen ist, kann man gesagt werden, dass es sich nicht um eine Säure handelt.

Essigsäure, eine schwache Säure, spenden Sie ein Proton (Wasserstoffionen, das in Grün) in eine Gleichgewichtsreaktion an das Wasser spenden, um das Acetation und das Hydroniumion zu ergeben. Rot: Sauerstoff. Schwarz: Kohlenstoff. Weiß: Wasserstoff.

Was genau sind Säuren und ihre natürlichen Quellen? Ein typisches Beispiel für sie ist in vielen Früchten zu finden: wie Zitrusfrüchte. Limonaden haben ihren charakteristischen Geschmack aufgrund von Zitronensäure und anderen Komponenten.

Die Sprache kann das Vorhandensein von Säuren erkennen, wie es bei anderen Geschmacksrichtungen der Fall ist. Abhängig vom Säuregehalt dieser Verbindungen wird der Geschmack unerträglicher. Auf diese Weise fungiert die Sprache als organoleptisches Messgerät der Säurekonzentration, insbesondere der Konzentration von Hydroniumion (H)₃ENTWEDER⁺).

Andererseits sind Säuren nicht nur in Lebensmitteln zu finden, sondern auch in lebenden Organismen. Ebenso haben die Böden Substanzen, die sie als Säuren charakterisieren können; Dies ist der Fall von Aluminium und anderen Metallkationen.

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Säureeigenschaften

Welche Eigenschaften sollten eine Verbindung nach vorhandenen Definitionen als Säure betrachtet werden??

Muss in der Lage sein, Ionen zu erzeugen h⁺ und oh^- Wenn Sie sich in Wasser auflösen (Arrhenius), müssen Sie Protonen sehr leicht (BRNsted) an andere Arten spenden oder schließlich in der Lage sein, ein paar Elektronen zu akzeptieren, die negativ aufgeladen werden (Lewis).

Diese Eigenschaften hängen jedoch eng mit der chemischen Struktur zusammen. Wenn Sie also lernen, es zu analysieren.

- Physikalische Eigenschaften

Säuren haben einen Geschmack, die Redundanz, Säure und ihr Geruch verbrennen häufig die Nasenlöcher.  Sie sind flüssig mit klebrigen oder öligen Textur und haben die Fähigkeit, die Farbe des Sprossenpapiers und die Orange von Methyl zu Rot zu ändern (Eigenschaften von Säuren und Basen, s.F.).

- Fähigkeit, Protonen zu erzeugen

Im Jahr 1923 stellte der dänische Chemiker Johannes Nicolaus Brønsted und der englische Chemiker Thomas Martin Lowry die Theorie von Brønsted vor und stellten fest, dass jede Verbindung, die ein Proton auf jede andere Verbindung übertragen kann, eine Säure ist (Encyclopædia Britannica, 1998). Zum Beispiel im Fall von Salzsäure:

HCl → h⁺ + Cl^-

Brønsted und Lowrys Theorie erklärten nicht das Säureverhalten bestimmter Substanzen. 1923 der amerikanische Chemiker Gilbert N. Lewis führt seine Theorie ein, in der eine Säure als jede Verbindung angesehen wird, die in einer chemischen Reaktion in der Lage ist, sich ein paar Elektronen anzuschließen, die nicht in einem anderen Molekül geteilt werden (Encyclopædia Britannica, 1998).

Auf diese Weise wie Cu wie Cu²⁺, Glaube²⁺ und Glaube³⁺ Sie haben die Möglichkeit, sich kostenlosen Elektronenpaaren anzuschließen, zum Beispiel von Wasser, um Protonen auf die Weise zu produzieren:

Kann Ihnen dienen: Chrom (Cr)

 Cu²⁺ + 2H₂O → Cu (OH)₂ + 2H⁺

- Sie haben schlechte Hydrogene in der elektronischen Dichte

Für das Methanmolekül, Cho₄, Keiner seiner Hydrogene hat einen elektronischen Mangel. Dies liegt daran, dass der Unterschied in den Elektronegativitäten zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff sehr gering ist. Aber wenn eines der H -Atome für einen Fluorid ersetzt würde, würde es im Dipolmoment eine bemerkenswerte Veränderung geben: H₂Fc-H.

H Erleben Sie eine Verschiebung Ihrer elektronischen Wolke auf das benachbarte Atom, das mit F verbunden ist, was gleich ist. Δ+ nimmt zu. Wenn ein anderer H durch ein anderes F ersetzt wird, wäre das Molekül: HF₂C-H.

Jetzt ist δ+ noch größer, da es zwei Atome von hochelektronegativem F gibt, die die elektronische Dichte an C und letztere an die an die Subtrahie subtrahieren H. Wenn der Ersatzprozess fortgesetzt wird, wird schließlich erhalten: F₃C-H.

In diesem letzten Molekül H Es zeigt als Folge der drei Atome von Nachbarn einen deutlichen elektronischen Mangel an. Dieses Δ+ bleibt von keiner Spezies, die in Elektronen reich genug sind, um dies zu entfernen H Und auf diese Weise F₃CH wird negativ aufgeladen:

F₃C-H + : N^- (negative Spezies) => f₃C:^- + HN

Die vorherige chemische Gleichung kann auch auf diese Weise berücksichtigt werden: F₃CH spendet ein Proton (h⁺, Er H Einmal vom Molekül abgelöst) bis: n; oder f₃CH gewinnt ein paar Elektronen von H Wenn der letzte von: n an letztere gespendet wird^-.

- Festigkeit oder Säurekonstante

Wie viel f₃C:^- ist in der Lösung vorhanden? Oder wie viele M -Moleküle₃CH kann sauren Wasserstoff nach N spenden? Um diese Fragen zu beantworten, muss die Konzentration von F bestimmen₃C:^- Oder von HN und durch eine mathematische Gleichung einen numerischen Wert herstellen, der als Säurekonstante bezeichnet wird, Ka.

Je mehr F -Moleküle₃C:^- oder hn auftreten, mehr Säure wird f sein₃Ch und größer sein Ka. Auf diese Weise hilft Ka quantitativ, dass Verbindungen mehr Säuren als andere sind. Und auch diejenigen wegwerfen, deren Ka eine kleine extreme Reihenfolge hat.

Einige KA haben möglicherweise Werte, die ungefähr 10 sind^-1 und 10^-5, Und andere millionstelen kleinere Werte wie 10^-fünfzehn und 10^-35. Es kann dann gesagt werden, dass die letzten mit diesen Säurekonstanten extrem schwache Säuren sind und als solche verworfen werden können.

Welcher der folgenden Moleküle hat also die größten Ka: ch: ch₄, CH₃F, Ch₂F₂ oder CHF₃? Die Antwort liegt in dem Mangel an elektronischer Dichte, δ+, in ihren Hydringen.

Messungen

Aber was sind die Kriterien für die Standardisierung von KA -Messungen? Sein Wert kann stark reichen, je nachdem, welche Arten die H erhalten wird⁺. Wenn beispielsweise: n eine starke Basis ist, wird Ka großartig sein; Aber wenn es im Gegenteil eine sehr schwache Basis ist, wird Ka klein sein.

Ka -Messungen werden unter Verwendung der häufigsten und schwachen aller Basen (und Säuren) durchgeführt: Wasser. Abhängig vom Spendengrad von H⁺ Zu den H -Molekülen₂Oder bei 25 ° C und bei einem Druck einer Atmosphäre werden die Standardbedingungen zur Bestimmung der Säurekonstanten für alle Verbindungen festgelegt.

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Von hier aus ein Repertoire an Säurekonstanten für viele Verbindungen, sowohl anorganische als auch organische.

- Es hat sehr stabil konjugierte Basen

Die Säuren haben in ihren chemischen Strukturen sehr elektronegative oder Einheiten (aromatische Ringe), die elektronische Dichten der umgebenden Wasserstoffe anziehen und so ein teilweise positives und reagens zu einer Basis vor einer Basis verursachen.

Sobald sie die Protonen spenden, wird die Säure zu einer konjugierten Basis; das heißt eine negative Spezies, die in der Lage ist, h zu akzeptieren⁺ oder ein paar Elektronen spenden. Im Beispiel des CF -Moleküls₃H Ihre konjugierte Basis ist CF₃^-:

Vgl₃^- + Hn CHF₃ + : N^-

Ja vgl₃^- Es ist eine sehr stabile konjugierte Basis, das Gleichgewicht wird weiter nach links als für die rechte verschoben. Darüber hinaus ist es so stabiler, desto reaktiver und saurer ist es.

Wie man weiß, wie stabil sie sind? Es hängt alles davon ab, wie sie mit der neuen negativen Last umgehen. Wenn sie die wachsende elektronische Dichte effizient löschen oder verteilen können, kann sie nicht zur Bildung der Bindung mit dem H der Basis verwendet werden.

- Sie können positive Gebühren haben

Nicht alle Säuren haben Wasserdauer mit elektronischem Mangel, können aber auch andere Atome haben, die Elektronen mit oder ohne positive Belastung akzeptieren können.

Wie ist das? Zum Beispiel in Boro Trifluorid, BF₃, Das Atom von B fehlt ein Oktett in Valencia, sodass es eine Verbindung zu jedem Atom bilden kann, das ihm ein paar Elektronen verleiht. Wenn ein Anion f^- In seiner Nähe tritt die folgende chemische Reaktion auf:

Bf₃ + F^- => Bf₄^-

Andererseits kostenlose Metallkationen wie Al³⁺, Zn²⁺, N / A⁺, usw., Sie gelten als Säuren, da ihre Umgebung dative (Koordinations-) Bindungen reicher Elektronen akzeptieren kann. Sie reagieren auch mit OH -Ionen^- Als Metallhydroxide ausfällt:

Zn²⁺(AC) + 2OH^-(ac) => Zn (OH)₂(S)

Alle diese sind als Lewis -Säuren bekannt, während diejenigen, die Protonen spenden, Bronsted -Säuren sind.

- Ihre Lösungen haben pH -Werte weniger als 7

Abbildung: pH -Skala.

Insbesondere eine Säure beim Auflösen in einem Lösungsmittel (das sie nicht merklich neutralisiert) erzeugt Lösungen mit einem pH -Wert von weniger als 3, obwohl unter 7 sehr schwache Säuren berücksichtigt werden.

Dies kann durch Verwendung eines Säure-Base-Indikators wie Phenolphthalein, dem universellen Indikator oder dem Saft der Colorade verifiziert werden. Die Verbindungen, die die für einen niedrigen pH -Wert angegebenen touren, sind sauer. Dies ist einer der einfachsten Tests, um das Vorhandensein von ihnen zu bestimmen.

Gleiches kann beispielsweise für verschiedene Bodenproben aus verschiedenen Teilen der Welt erfolgen, wodurch die pH -Werte zusammen mit anderen Variablen festgelegt werden.

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Und schließlich haben alle Säuren agiöse Aromen, solange sie nicht so konzentriert sind, um irreversibel Zungengewebe zu verbrennen.

- Fähigkeit, Basen zu neutralisieren

Arrhenius schlägt in seiner Theorie vor, dass Säuren in der Lage sein, Protonen zu erzeugen und mit den Hydroxilen der Basen zu reagieren, um Salz und Wasser im Weg zu bilden:

HCl + NaOH → NaCl + H₂ENTWEDER.

Diese Reaktion wird als Neutralisation bezeichnet und ist die Grundlage für die analytische Technik, die als Titration bezeichnet wird (Bruce Mahan, 1990).

Starke Säuren und schwache Säuren

Säuren werden in starke Säuren und schwache Säuren eingeteilt. Die Stärke einer Säure ist mit ihrer Gleichgewichtskonstante verbunden, daher werden diese Konstanten im Fall von Säuren zu Ka -Säurekonstanten ernannt.

Daher haben starke Säuren eine große Säurekonstante, sodass sie dazu neigen, vollständig zu dissoziieren. Beispiele für diese Säuren sind Schwefelsäure, Salzsäure und Salpetersäure, deren Säurekonstanten so groß sind, dass sie nicht in Wasser gemessen werden kann.

Andererseits ist eine schwache Säure eine, deren Dissoziationskonstante niedrig ist, so dass sie sich im chemischen Gleichgewicht befindet. Beispiele für diese Säuren sind Essigsäure und Milchsäure und Lachkrankheit, deren Säurekonstanten in der Größenordnung von 10 liegen^-4. Abbildung 1 zeigt die unterschiedlichen Säurekonstanten für verschiedene Säuren.

Abbildung 1: Säure -Dissoziationskonstanten.

Beispiele für Säuren

Wasserstoffhalogenide

Alle Wasserstoffhalogenide sind saure Verbindungen, insbesondere wenn sie sich in Wasser auflösen:

-HF (Fluorhorsäure).

-HCl (Salzsäure).

-HBR (Bromhydricsäure).

-Hallo (Yodiumsäure).

Oxoaziden

Oxoaziden sind die protonierten Formen von Oxoanionen:

Hno₃ (Salpetersäure).

H₂SW₄ (Schwefelsäure).

H₃Po₄ (Phosphorsäure).

HCLO₄ (Perchlorsäure).

Supersäuren

Supersäuren sind die Mischung einer BRNsted -Säure und einer starken Lewis -Säure. Sobald sie gemischt sind, bilden sie komplexe Strukturen, bei denen nach bestimmten Studien H⁺ "Brinca" in ihnen.

Seine korrosive Kraft ist so, dass es Milliardenfache stärker als h gibt₂SW₄ konzentriert. Sie werden verwendet, um große Moleküle zu knacken, die in Rohöl vorhanden sind, in kleineren, verzweigten Molekülen und mit großer wirtschaftlicher Wertschöpfung.

-Bf₃/Hf

-SBF₅/Hf

-SBF₅/Hso₃F

-Vgl₃SW₃H

Organische Säuren

Organische Säuren sind durch eine oder mehrere Carboxylgruppen (COOH) gekennzeichnet, darunter:

-Zitronensäure (in vielen Früchten vorhanden)

-Malinsäure (grüne Äpfel)

-Essigsäure (kommerzieller Essig)

-Buttersäure (von ranziger Butter)

-Tartarsäure (von Weinen)

-Und die Familie der Fettsäuren.

Verweise

1. Torrens h. Harte und weiche Säuren und Basen. [PDF]. Entnommen von: Depa.Fquim.Unam.mx
2. Helmestine, Anne Marie, ph.D. (3. Mai 2018). Namen von 10 gemeinsamen Säuren. Erholt von: thoughtco.com
3. Chempages Norials. Säuren und Basen: Molekulare Struktur und Verhalten. Genommen von: Chem.Wisc.Edu
4. Deziel, Chris. (27. April 2018). Allgemeine Eigenschaften von Säuren und Basen. Wissenschaftlich. Erholt von: Scienting.com
5. Pittsburgh Supercomputing Center (PSC). (25. Oktober 2000).  Abgerufen von: psc.Edu.