КИСЕЛИНЕ: КАРАКТЕРИСТИКЕ И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2025

У киселине су једињења са високом тенденције протона донирају или прихватање електронског пара. Постоје многе дефиниције (Бронстед, Аррхениус, Левис) које карактеришу својства киселина, а свака од њих је надопуњена како би се створила глобална слика ових врста једињења.

Из горње перспективе, све познате материје могу бити киселе, међутим, само оне које се издвајају знатно изнад осталих сматрају се таквим. Другим речима: ако је супстанца изузетно слаб давалац протона, на пример, у односу на воду, може се рећи да то није киселина.

Сирћетна киселина, слаба киселина, даје протону (водонични јон, означен зеленом бојом) води у равнотежној реакцији, чиме се добија ацетатни јони и хидронијум јони. Црвено: кисеоник. Црна: угљеник. Бели: водоник.

Ово је случај, шта су тачно киселине и њихови природни извори? Типичан пример њих се може наћи у многим плодовима: попут цитруса. Лимунаде имају карактеристичан укус због лимунске киселине и других састојака.

Језик може открити присуство киселина, баш као што то ради и други укуси. У зависности од нивоа киселости ових једињења, укус постаје неподношљивији. На овај начин, језиком функционише као органолептичку метар за концентрације киселина, конкретно концентрација хидронијум јон (Х ₃ О ⁺ ).

С друге стране, киселине се не налазе само у храни, већ и у живим организмима. Исто тако, тла представљају супстанце које их могу окарактерисати као киселе; такав је случај катиона алуминијума и других метала.

Карактеристике киселина

Које карактеристике мора да се једињење према постојећим дефиницијама сматра киселим?

Мора да буде у стању да ствара Х ⁺ и ОХ ^- јоне растварањем у води (Аррхениус), протоне мора давати протонима другим врстама врло лако (Бронстед) или на крају, мора бити у стању да прихвати пар електрона, а негативно се напуни (Левис).

Међутим, ове карактеристике су уско повезане са хемијском структуром. На тај начин, научивши га да анализира, може се закључити његова јачина киселости или неколико једињења која су од њих два најкиселија.

- Физичка својства

Киселине имају арому, вредну сувишних киселина, а њихов мирис често сагорева носнице. То су течности лепљиве или масне текстуре и имају способност да мењају боју лакмусовог папира и метил наранџасте у црвену (Својства киселина и база, СФ).

- Способност генерисања протона

Године 1923., дански хемичар Јоханнес Ницолаус Брøнстед и енглески хемичар Тхомас Мартин Ловри увели су теорију Брøнстеда и Ловрија рекавши да је свако једињење које може пренети протон у било које друго једињење киселина (Енцицлопӕдиа Британница, 1998). На пример у случају хлороводоничне киселине:

ХЦл → Х ⁺ + Цл ^-

Брøнстед и Ловријева теорија нису објаснили кисело понашање одређених супстанци. 1923. амерички хемичар Гилберт Н. Левис представио је своју теорију у којој се киселина сматра било којим једињењем које је у хемијској реакцији способно да се придружи пару електрона који нису подељени у другој молекули (Енцицлопӕдиа Британница, 1998) .

На овај начин, јони као Цу ²⁺ , Фе ²⁺ и Фе ³⁺ имају способност да се вежу за паре слободних електрона, на пример из воде, да производе протоне на следећи начин:

Цу ²⁺ + 2Х ₂ О → Цу (ОХ) ₂ + 2Х ⁺

- Има водикове који имају густину електрона

За метан молекула, ЦХ ₄ , ниједан од његових водоника је електронски мањкава. То је зато што је разлика у електронегативностима између угљеника и водоника врло мала. Али ако замените један од атома Х један од флуора, онда би било приметна промена у диполног момента: В ₂ ФЦ- В .

Х доживљава помицање свог облака електрона према сусједном атому везаном за Ф, који је исти, δ + расте. Опет, ако је други Х замењен са другим Ф, молекул постаје: ХФ ₂ Ц- Х .

Сада δ + још већа, јер два Ф -атомима, високо електронегативним електронске густине која уклонио Ц, и последично овај потоњи у Х . Ако се поступак замене коначно добије: Ф ₃ Ц- Х .

У овом последњем молекулу Х представља, као последица три суседна Ф атома, изразит електронски недостатак. Ово δ + нема проћи незапажено за све врсте богат довољно електрона да се скину ову Х и, на тај начин, Ф ₃ ЦХ да постане негативно наелектрисане:

Ф ₃ Ц– Х +: Н ^- (негативне врсте) => Ф ₃ Ц: ^- + Х Н

Горња хемијска једначина се такође може посматрати на овај начин: Ф ₃ ЦХ даје протону (Х ⁺ , Х једном одвојеном од молекула) на: Н; или Ф ₃ ЦХ добија пар електрона из Х када други пар донирао овом последњем фром: Н ^- .

- константа јачине или киселости

Колико Ф ₃ Ц: ^- има у раствору? Или, колико молекули Ф ₃ ЦХ могу донирати киселу водоник до Н? Да бисте одговорили на ова питања, потребно је одредити концентрацију Ф ₃ Ц: ^- или Х Н и помоћу математичке једначине успоставити нумеричку вредност која се зове константа киселости, Ка.

Што више молекули Ф ₃ Ц: ^{- ор} ХН производе, више киселог Ф ₃ ЦХ ће бити и већа је њена Ка. На овај начин Ка помаже да се разјасни квантитативно која су једињења киселија од других; и, исто тако, одбацује као киселине оне чији је Ка изузетно малог реда.

Неки Ка могу имати вредности које су око 10 ^-1 и 10 ^-5 , а друге, милионске вредности су мање од 10 ^-15 и 10 ^-35 . Тада се може рећи да су ове последње, које имају константе киселости, изузетно слабе киселине и као такве се могу одбацити.

Па који од следећих молекула има највећи Ка: ЦХ ₄ , ЦХ ₃ Ф, ЦХ ₂ Ф _2, или ЦХФ ₃ ? Одговор лежи у недостатку густине електрона, δ +, у њиховим водоникима.

Мерења

Али који су критеријуми за стандардизацију Ка мерења? Његова вредност може веома варирати у зависности од тога која ће врста добити Х ⁺ . На пример, ако: Н је јака база, Ка ће бити велик; али ако је, напротив, веома слаба база, Ка ће бити мали.

Ка мерења се раде коришћењем најобичнијих и најслабијих од свих база (и киселина): воде. У зависности од степена донације Х ⁺ на Х ₂ О молекула , на 25ºЦ и на притиску једне атмосфере, утврђују стандардни услови да одреде киселост константе за све једињења.

Из овога произилази репертоар табела константа киселости за многа једињења, и неорганска и органска.

- Има врло стабилне базе коњугата

Киселине имају високо електронегативне атоме или јединице (ароматичне прстенове) у својим хемијским структурама које привлаче густину електрона из околних водоника, узрокујући тако да постану делимично позитивни и реактивни на базу.

Једном када протони донирају, киселина се претвара у коњугирану базу; то јест негативна врста која је способна да прихвати Х ⁺ или даровање пара електрона. У примеру ЦФ ₃ Х молекул њихова коњугована база е ЦФ ₃ ^- :

ЦФ ₃ ^- + ХН <=> ЦХФ ₃ +: Н ^-

Ако је ЦФ ₃ ^- веома стабилна база коњугата, равнотежа ће се померити више улево него у десно. Такође, што је стабилнија, киселина ће бити више реактивна и кисела.

Како знате колико су стабилни? Све зависи од начина на који се они носе са новим негативним набојем. Ако могу ефикасно делокализовати или дифузирати растућу густину електрона, неће бити доступни за употребу у везивању са базом Х.

- Могу имати позитивне оптужбе

Нису све киселине водоник са мањком електрона, али могу имати и друге атоме који су способни да прихвате електроне, са или без позитивног набоја.

Како је ово? На пример, у трифлуориду бора, БФ ₃ , Б атому недостаје октет валенције, па може да формира везу са било којим атомом који му даје пар електрона. Ако се анион Ф ^- окружи у његовој близини, догоди се следећа хемијска реакција:

БФ ₃ + Ф ^- => БФ ₄ ^-

Са друге стране, слободни катиони метала, као што су Ал ³⁺ , Зн ²⁺ , На ⁺ , итд., Сматрају се киселинама, будући да из свог окружења могу прихватити дативне (координационе) везе врста богатих електронима. Исто тако, они реагују са ОХ ^- јонима да се таложе као метални хидроксиди:

Зн ²⁺ (ак) + 2ОХ ^- (ак) => Зн (ОХ) ₂ (с)

Све ове познате су као Левисове киселине, док су оне које донирају протоне Бронстед киселине.

- Њихови раствори имају пХ вредности ниже од 7

Слика: пХ скала.

Тачније, када се киселина раствара у било ком растварачу (који је не неутралише на значајан начин), ствара растворе са пХ нижим од 3, мада испод 7 они се сматрају веома слабим киселинама.

Ово се може потврдити употребом индикатора киселе базе, као што је фенолфталеин, универзални индикатор или сок љубичастог купуса. Она једињења која окрећу боје онима означеним за ниски пХ третирају се као киселине. Ово је један од најједноставнијих тестова за утврђивање њиховог присуства.

Исто се може урадити, на пример, за различите узорке тла из различитих делова света, чиме се одређују њихове пХ вредности које, заједно са другим променљивим, карактеришу.

И на крају, све киселине имају киселе ароме, све док нису толико концентрисане да неповратно спаљују ткива језика.

- Способност неутрализације база

Аррхениус у својој теорији предлаже да киселине, способне да стварају протоне, реагују са хидроксилима база како би формирале со и воду на следећи начин:

ХЦИ + НаОХ → НаЦл + Х ₂ О.

Ова реакција се назива неутрализација и основа је аналитичке технике која се зове титрација (Бруце Махан, 1990).

Јаке и слабе киселине

Киселине су класификоване у јаке и слабе киселине. Јачина киселине повезана је са њеном константом равнотеже, па се, у случају киселина, ове константе називају киселинске константе Ка.

Дакле, јаке киселине имају велику киселинску константу, па имају тенденцију да се потпуно дисоцирају. Примери ових киселина су сумпорна, хлороводонична и азотна киселина, чије су константе киселине толико велике да се не могу мерити у води.

С друге стране, слаба киселина је она чија је константа дисоцијације мала, па је у хемијској равнотежи. Примери ових киселина су сирћетна и млечна киселина и азотна киселина чије су константе киселости реда 10 ^-4 . Слика 1 приказује различите константе киселости за различите киселине.

Слика 1: константе дисоцијације киселине.

Примери киселина

Водикови халогениди

Сви халогенидови водоника су кисела једињења, посебно када су растворена у води:

-ХФ (флуороводична киселина).

-ХЦл (хлороводонична киселина).

-ХБр (бромоводична киселина).

-ХИ (јодна киселина).

Оксокиселине

Оксо киселине су протонирани облици оксоаниона:

ХНО ₃ (азотна киселина).

Х ₂ СО ₄ (сумпорна киселина).

Х ₃ ПО ₄ (фосфорна киселина).

ХЦлО ₄ (перхлорна киселина).

Супер киселине

Супер киселине су мешавина јаке Бронстед киселине и јаке Левис-ове киселине. Једном помешани формирају сложене структуре где, према одређеним студијама, Х ⁺ „скаче“ у њима.

Њихова нагриза снага је такав да су милијарде пута јачи од концентрисане Х ₂ ЈЗ ₄ . Користе се за разбијање великих молекула присутних у сировој нафти, у мање, разгранате молекуле и са великом доданом економском вредношћу.

-БФ ₃ / ХФ

-СбФ ₅ / ХФ

-СбФ ₅ / ХСО ₃ Ф

-ЦФ ₃ СО ₃ Х

Органске киселине

За органске киселине је карактеристично да имају једну или више карбоксилних група (ЦООХ), а међу њима су:

-Лимонска киселина (присутна у многим плодовима)

Јабучна киселина (од зелених јабука)

-Сирћетна киселина (од комерцијалног сирћета)

-Маслачна киселина (из љускавог путера)

- винска киселина (из вина)

-И породица масних киселина.

Референце

1. Торренс Х. Тврде и меке киселине и базе. . Преузето са: депа.фкуим.унам.мк
2. Хелменстине, др Анне Марие (3. маја 2018). Имена 10 уобичајених киселина. Опоравак од: тхинкцо.цом
3. Цхемпагес Неториалс. Киселине и базе: Молекуларна структура и понашање. Преузето са: цхем.висц.еду
4. Дезиел, Цхрис. (27. априла 2018.). Опште карактеристике киселина и база. Сциацхинг. Опоравило од: сциацхинг.цом
5. Питтсбургх Суперцомпутинг Центер (ПСЦ). (25. октобар 2000). Опоравак од: псц.еду.