KISLINE: ZNAČILNOSTI IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

V kisline so spojine z visoko tendence protonskih darovanjem ali sprejetju elektronski par. Obstaja veliko definicij (Bronsted, Arrhenius, Lewis), ki označujejo lastnosti kislin in vsaka od njih se dopolnjuje, da se ustvari globalna podoba teh vrst spojin.

Z zgornje perspektive so vse znane snovi lahko kisle, vendar le take, ki izstopajo daleč nad drugimi, veljajo za take. Z drugimi besedami: če je snov izredno šibek dajalec protona, na primer v primerjavi z vodo, lahko rečemo, da ni kislina.

Ocetna kislina, šibka kislina, v ravnovesni reakciji vodi vodi (vodikov ion, poudarjen v zeleni barvi), da dobimo acetatni ion in hidronijev ion. Rdeča: kisik. Črna: ogljik. Bela: vodik.

Kaj točno so kisline in njihovi naravni viri? Tipičen primer le-teh najdemo v številnih plodovih: denimo v citrusih. Limonade imajo svoj značilen okus zaradi citronske kisline in drugih komponent.

Jezik lahko zazna prisotnost kislin, tako kot to počnejo tudi drugi okusi. Glede na raven kislosti teh spojin okus postane bolj nevzdržen. Na ta način deluje Jeziček organoleptične meter za koncentracijo kislin, zlasti koncentracijo oksonijevih ionov (H ₃ O ⁺ ).

Po drugi strani se kisline ne nahajajo samo v hrani, ampak tudi v živih organizmih. Tudi tla predstavljajo snovi, ki jih lahko označijo za kisle; tak primer je kationov iz aluminija in drugih kovin.

Značilnosti kislin

Katere lastnosti mora imeti spojina v skladu z obstoječimi definicijami, da se šteje za kislo?

Mora biti sposobna ustvariti H ⁺ in OH ^- ione z raztapljanjem v vodi (Arrhenius), protone mora dajati protoni drugim vrstam zelo enostavno (Bronsted) ali končno, mora sprejeti par elektronov, pri čemer se negativno napolni (Lewis).

Vendar so te lastnosti tesno povezane s kemijsko strukturo. Zato lahko z učenjem njegove analize ugotovimo, kakšna je moč kislosti ali pa kar nekaj spojin, katera od teh je najbolj kisla.

- Fizične lastnosti

Kisline imajo aromo, vredno odvečnosti, kisline in njihov vonj pogosto peče nosnice. So tekočine z lepljivo ali mastno teksturo in imajo možnost spreminjanja barve lakmusovega papirja in metil oranžne v rdečo (Lastnosti kislin in baz, SF).

- Sposobnost generiranja protonov

Leta 1923 sta danska kemičar Johannes Nicolaus Brønsted in angleški kemik Thomas Martin Lowry uvedla teorijo Brønsteda in Lowryja, ki navaja, da je vsaka spojina, ki lahko prenese protone v katero koli drugo spojino, kislina (Encyclopædia Britannica, 1998). Na primer v primeru klorovodikove kisline:

HCl → H ⁺ + Cl ^-

Brønstedova in Lowryjeva teorija nista pojasnila kislega obnašanja nekaterih snovi. Leta 1923 je ameriški kemik Gilbert N. Lewis predstavil svojo teorijo, v kateri kislina velja za katero koli spojino, ki je v kemijski reakciji sposobna združiti par elektronov, ki se ne delijo v drugi molekuli (Encyclopædia Britannica, 1998) .

Na ta način se ioni, kot so Cu ²⁺ , Fe ²⁺ in Fe ^3+, lahko vežejo na pare prostih elektronov, na primer iz vode, da proizvajajo protone na naslednji način:

Cu ²⁺ + 2H ₂ O → Cu (OH) ₂ + 2H ⁺

- Imajo vodike s slabo gostoto elektronov

Za molekule metana CH ₄ , nobeden od njegovih vodikov je elektronsko pomanjkljiv. To je zato, ker je razlika v elektronegativnostih med ogljikom in vodikom zelo majhna. Ampak, če ste zamenjali eno od atomov H eden od fluora, potem ne bi bilo opazno spremembo v dipol trenutku: H ₂ FC- H .

H doživi premik svojega elektronskega oblaka proti sosednjem atomu, vezanemu na F, ki je enak, δ + narašča. Če spet H nadomestimo z drugim F, potem molekula postane: HF ₂ C- H .

Sedaj δ + je še večja, ker dvema atomoma F, visoko elektro elektronske gostote, ki smo odstranili C, in ta zadnje posledično do H . Če se postopek zamenjave končno pridobi: F ₃ C- H .

V tej zadnji molekuli je H zaradi treh sosednjih atomov F izrazit elektronski primanjkljaj. Ta δ + ne bo ostalo neopaženo za vse vrste bogato dovolj elektronov strip to H , in na ta način, F ₃ CH, da postanejo negativno nabiti:

F ₃ C– H +: N ^- (negativne vrste) => F ₃ C: ^- + H N

Zgornja kemijska enačba se lahko obravnava tudi na tak način: F ₃ CH da protonu (H ⁺ , H, ko se enkrat odvoji od molekule) v: N; ali F ₃ CH pridobi par elektronov iz H , ko je drug par podarila slednji izmed: N ^- .

- Trdnost ali konstanta kislosti

Koliko F ₃ C: ^- je v raztopini prisoten? Ali pa koliko molekul F ₃ CH lahko daroval kisli vodik N? Za odgovor na ta vprašanja je treba določiti koncentracijo F ₃ C: ^- ali H N in z matematično enačbo določiti številčno vrednost, imenovano konstanta kislosti, Ka.

Več molekul F ₃ C: ^- ali HN proizveden je bolj kisla F ₃ bo CH biti in tem bolj Ka. Na ta način Ka pomaga kvantitativno razjasniti, katere spojine so bolj kisle kot druge; in prav tako kot kisline zavrže tiste, katerih Ka je izredno majhnega reda.

Nekateri Ka imajo lahko vrednosti približno 10 ^-1 in 10 ^-5 , drugi pa vrednosti milijonin manjše kot 10 ^-15 in 10 ^-35 . Nato lahko rečemo, da so slednje, ki imajo konstanto kislosti, izredno šibke kisline in jih je kot take mogoče zavreči.

Torej, kateri od naslednjih molekul ima najvišji Ka: CH ₄ , CH ₃ F, CH ₂ F _2, ali CHF ₃ ? Odgovor je v pomanjkanju elektronske gostote, δ +, v njihovih vodikih.

Meritve

Toda kakšna so merila za standardizacijo Ka meritev? Njegova vrednost se lahko zelo razlikuje glede na to, katere vrste bodo prejele H ⁺ . Na primer, če: N je močna osnova, Ka bo velik; če pa je nasprotno zelo šibka osnova, bo Ka majhna.

Ka meritve se izvajajo z uporabo najpogostejših in najšibkejših od vseh baz (in kislin): vode. Odvisno od stopnje darovanjem H ⁺ H z ₂ O molekule , pri temperaturi 25 ° C in pri tlaku ene atmosfere, se določi običajne pogoje za določitev konstant kislosti za vse spojine.

Iz tega izhaja repertoar tabel konstante kislosti za številne spojine, tako anorganske kot organske.

- Ima zelo stabilne konjugirane podlage

Kisline imajo v svojih kemijskih strukturah močno elektronegativne atome ali enote (aromatične obroče), ki privlačijo gostoto elektronov iz okoliških vodikov, tako da postanejo delno pozitivne in reaktivne na bazo.

Ko protoni dajejo, se kislina pretvori v konjugirano bazo; torej negativna vrsta, ki je sposobna sprejeti H ⁺ ali podariti par elektronov. V primeru CF ₃ H molekulo njena konjugirana baza CF ₃ ^- :

CF ₃ ^- + HN <=> CHF ₃ +: N ^-

Če je CF ₃ ^- zelo stabilna konjugirana baza, se bo ravnotežje premaknilo bolj v levo kot v desno. Tudi bolj stabilna je, bolj reaktivna in kisla bo kislina.

Kako veste, kako stabilni so? Vse je odvisno od tega, kako se spopadajo z novim negativnim nabojem. Če lahko učinkovito delokalizirajo ali razpršijo naraščajočo elektronsko gostoto, ne bo na voljo za uporabo pri vezanju z bazo H.

- Lahko imajo pozitivne naboje

Vse kisline nimajo elektronov pomanjkljive vodike, lahko pa imajo tudi druge atome, ki so sposobni sprejemati elektrone, s pozitivnim nabojem ali brez njega.

Kako je to? Na primer, v borovem trifluoridu BF ₃ atom B nima okteta valencije, zato lahko tvori vez s katerim koli atomom, ki mu daje par elektronov. Če se v njeni bližini nahaja anion F ^- okroglo, se zgodi naslednja kemijska reakcija:

BF ₃ + F ^- => BF ₄ ^-

Po drugi strani pa se za kisline štejejo prosti kovinski kationi, kot so Al ³⁺ , Zn ²⁺ , Na ⁺ itd., Saj lahko iz svojega okolja sprejmejo dativne (koordinacijske) vezi bogatih z elektroni vrst. Prav tako reagirajo z OH ^- ioni, da se oborijo kot kovinski hidroksidi:

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

Vse te so znane kot Lewisove kisline, medtem ko so tiste, ki dajejo protone, Bronsted kisline.

- Njihove raztopine imajo pH vrednosti nižje od 7

Slika: pH lestvica.

Natančneje, kislina, raztopljena v katerem koli topilu (ki ga ne nevtralizira občutno), ustvari raztopine s pH, nižjim od 3, čeprav pod 7 veljajo za zelo šibke kisline.

To je mogoče preveriti z uporabo indikatorja kislinske baze, kot je fenolftalein, univerzalni indikator ali sok škrlatnega zelja. Tiste spojine, ki spremenijo barve v tiste, ki so označene za nizko pH, se obravnavajo kot kisline. To je eden najpreprostejših testov za ugotavljanje njihove prisotnosti.

Enako lahko storimo na primer za različne vzorce zemlje iz različnih delov sveta, s čimer določimo njihove pH vrednosti, da jih skupaj z drugimi spremenljivkami določimo.

In končno, vse kisline imajo kisle okuse, dokler niso tako koncentrirane, da bi nepovratno zažgale tkiva jezika.

- Sposobnost nevtralizacije baz

Arrhenius v svoji teoriji predlaga, da kisline, ki lahko tvorijo protone, reagirajo s hidroksilom baz, da tvorijo sol in vodo na naslednji način:

HCI + NaOH → NaCI + H ₂ O.

Ta reakcija se imenuje nevtralizacija in je osnova analitične tehnike imenovane titracija (Bruce Mahan, 1990).

Močne in šibke kisline

Kisline razvrščamo v močne in šibke kisline. Moč kisline je povezana z njeno ravnotežno konstanto, zato v primeru kislin te konstante imenujemo kisle konstante Ka.

Tako imajo močne kisline veliko kislinsko konstanto, zato se ponavadi disociirajo. Primeri teh kislin so žveplova, klorovodikova kislina in dušikova kislina, katerih kislinske konstante so tako velike, da jih ni mogoče meriti v vodi.

Po drugi strani je šibka kislina tista, katere konstanta disociacije je nizka, zato je v kemičnem ravnovesju. Primeri teh kislin so ocetna kislina in mlečna kislina in dušikova kislina, katerih konstante kislosti so v zaporedju 10 ^-4 . Slika 1 prikazuje različne konstante kislosti za različne kisline.

Slika 1: konstante disociacije kisline.

Primeri kislin

Vodikovi halogenidi

Vsi vodikovi halogenidi so kisle spojine, še posebej, če jih raztopimo v vodi:

-HF (fluorovodikova kislina).

-HCl (klorovodikova kislina).

-HBr (bromovodikova kislina).

-HI (jodna kislina).

Oksokisline

Okso kisline so protonirane oblike oksoanionov:

HNO ₃ (dušikova kislina).

H ₂ SO ₄ (žveplova kislina).

H ₃ PO ₄ (fosforjeva kislina).

HClO ₄ (perklorna kislina).

Super kisline

Super kisline so mešanica močne Bronsted kisline in močne Lewisove kisline. Ko se mešajo, tvorijo zapletene strukture, kjer po nekaterih raziskavah H ⁺ "skače" znotraj njih.

Njihova korozivna moč je taka, da so milijarde krat močnejša od koncentriranega H ₂ SO ₄ . Uporabljajo se za krekanje velikih molekul, ki so prisotne v surovi nafti, v manjše, razvejene molekule in z veliko dodano ekonomsko vrednostjo.

-BF ₃ / HF

-SbF ₅ / HF

-SbF ₅ / HSO ₃ F

-CF ₃ SO ₃ H

Organske kisline

Za organske kisline je značilno, da imajo eno ali več karboksilnih skupin (COOH), med njimi pa so:

-Citronska kislina (prisotna v številnih sadežih)

Jabolčna kislina (iz zelenih jabolk)

-Ocetna kislina (iz komercialnega kisa)

-Maslačna kislina (iz vžganega masla)

- vinska kislina (iz vin)

-In družino maščobnih kislin.

Reference

1. Torrens H. Trde in mehke kisline in baze. . Vzeto iz: depa.fquim.unam.mx
2. Helmenstine, Anne Marie, dr. (3. maj 2018). Imena 10 navadnih kislin. Pridobljeno: misel.com
3. Šampanjec Netorijali. Kisline in baze: Molekularna struktura in vedenje. Vzeto iz: chem.wisc.edu
4. Deziel, Chris. (27. april 2018). Splošne značilnosti kislin in baz. Sciaching. Pridobljeno: sciaching.com
5. Pittsburški superračunalniški center (PSC). (25. oktober 2000). Pridobljeno: psc.edu.