- Rūgščių charakteristikos
- - Fizinės savybės
- - Gebėjimas generuoti protonus
- - Jie turi vandenilį, kurio elektronų tankis yra mažas
- - Stiprumo arba rūgštingumo konstanta
- Matavimai
- - Jis turi labai stabilias konjuguotas bazes
- - Jie gali turėti teigiamų mokesčių
- - Jų tirpalų pH vertės yra mažesnės nei 7
- - Gebėjimas neutralizuoti pagrindus
- Stiprios ir silpnos rūgštys
- Rūgščių pavyzdžiai
- Vandenilio halogenidai
- Okso rūgštys
- Super rūgštys
- Organinės rūgštys
- Nuorodos
Kad rūgštys yra junginiai, turintys didelės tendencijos protonų donoras arba priimantis elektronų porą. Yra daugybė apibrėžimų (Bronsted, Arrhenius, Lewis), kurie apibūdina rūgščių savybes, ir kiekvienas iš jų yra papildytas, kad būtų sukurtas bendras šių rūšių junginių vaizdas.
Žvelgiant iš aukščiau paminėtos perspektyvos, visos žinomos medžiagos gali būti rūgščios, tačiau tokiomis laikomos tik tos, kurios išsiskiria žymiai aukščiau kitų. Kitaip tariant: jei medžiaga yra ypač silpnas protonų donoras, palyginti, pavyzdžiui, su vandeniu, galima sakyti, kad tai nėra rūgštis.
Acto rūgštis, silpna rūgštis, pusiausvyros reakcijoje paaukoja protoną (vandenilio joną, paryškintą žalia spalva) į vandenį, kad gautų acetato joną ir hidronio joną. Raudona: deguonis. Juoda: anglis. Balta: vandenilis.
Tokiu atveju, kas tiksliai yra rūgštys ir natūralūs jų šaltiniai? Tipišką jų pavyzdį galima rasti daugelio vaisių viduje, pavyzdžiui, citrusinių vaisių. Citrinos rūgštis ir kiti komponentai turi būdingą skonį.
Liežuvis gali aptikti rūgščių, kaip ir kiti kvapikliai. Atsižvelgiant į šių junginių rūgštingumo lygį, skonis tampa netoleruojamas. Tokiu būdu liežuvis veikia kaip organoleptinis rūgščių, ypač hidronio jonų (H 3 O + ), koncentracijos matuoklis .
Kita vertus, rūgštys randamos ne tik maiste, bet ir gyvuose organizmuose. Taip pat dirvožemyje yra medžiagų, kurios jas apibūdina kaip rūgščias; toks yra aliuminio ir kitų metalų katijonų atvejis.
Rūgščių charakteristikos
Kokias savybes junginys turi turėti, atsižvelgiant į esamus apibrėžimus, kad būtų laikomas rūgščiu?
Jis turi sugebėti generuoti H + ir OH - jonų tirpinant vandenyje (Arrheniusa), jis turi paaukoti protonai kitoms rūšims labai lengvai (Bronsted) arba, pagaliau, jis turi galėti priimti elektronų porą, yra neigiamo krūvio (Lewis).
Tačiau šios savybės yra glaudžiai susijusios su chemine struktūra. Todėl išmokus jį analizuoti, galima nustatyti jo rūgštingumo ar poros junginių stiprumą, kuris iš dviejų yra rūgščiausias.
- Fizinės savybės
Rūgštys turi skonį, vertą atleidimo, rūgštis ir jų kvapas dažnai degina šnerves. Jie yra lipnios arba riebios tekstūros skysčiai, turintys galimybę lakmuso popieriaus ir metiloranžinės spalvos spalvą pakeisti raudona (Rūgščių ir bazių savybės, SF).
- Gebėjimas generuoti protonus
1923 m. Danų chemikas Johannesas Nicolausas Brønstedas ir anglų chemikas Thomas Martin Lowry pristatė Brønstedo ir Lowry teoriją, teigdami, kad bet kuris junginys, galintis perduoti protoną bet kuriam kitam junginiui, yra rūgštis (Encyclopædia Britannica, 1998). Pavyzdžiui, druskos rūgšties atveju:
HCl → H + + Cl -
Brønstedo ir Lowry teorija nepaaiškino kai kurių medžiagų rūgštinio elgesio. 1923 m. Amerikietis chemikas Gilbert N. Lewis pristatė savo teoriją, kurioje rūgštis yra laikoma bet kokiu junginiu, kuris cheminės reakcijos metu gali prisijungti prie elektronų poros, kurios nėra dalijamasi kitoje molekulėje (Encyclopædia Britannica, 1998). .
Tokiu būdu jonai, tokie kaip Cu 2+ , Fe 2+ ir Fe 3+, turi savybę jungtis prie laisvų elektronų porų, pavyzdžiui, iš vandens, kad susidarytų protonai tokiu būdu:
Cu 2+ + 2H 2 O → Cu (OH) 2 + 2H +
- Jie turi vandenilį, kurio elektronų tankis yra mažas
Už metano molekulės, CH 4 , nė vienas iš jos vandenilių yra elektroniniu būdu trūkumų. Taip yra todėl, kad anglies ir vandenilio elektronegatyvumas skiriasi labai mažai. Bet jei jus galite pakeisti vieną iš H atomų vienu iš fluoro, ten būtų galima pastebimas pokytis dipolio momento: O 2 FC- O .
H patiria savo elektronų debesies poslinkį link gretimo atomo, sujungto su F, kuris yra tas pats, δ + didėja. Vėlgi, jei kitas H yra pakeistas kitu F, tada molekulė tampa: HF 2 C- H .
Dabar δ + yra dar didesnis, nes dviejų F atomus, yra labai elektriškai neigiamą elektronų tankio, kurios pašalinti C, ir pastarasis vėliau iš H . Jei pakeitimo procesas pagaliau tęsiamas: F 3 C- H .
Šioje paskutinėje molekulėje H dėl trijų kaimyninių F atomų yra ryškus elektroninis trūkumas. Šis δ + neliks nepastebėtas nė vienai rūšiai, turinčiai pakankamai elektronų, kad galėtų išlaisvinti šį H ir tokiu būdu F 3 CH, kad jis būtų neigiamai įkrautas:
F 3 C – H +: N - (neigiamos rūšys) => F 3 C: - + H N
Aukščiau pateikta cheminė lygtis taip pat gali būti laikoma tokiu būdu: F 3 CH padalija protoną (H + , H kai atsiriboja nuo molekulės) į: N; arba, F 3 CH įgauna elektronų pora nuo H , kai kitas pora yra dovanotųjų pastaroji iš: N - .
- Stiprumo arba rūgštingumo konstanta
Kiek F 3 C: - yra tirpale? Arba, kiek F 3 CH molekulių gali paaukoti rūgštinį vandenilį N? Norint atsakyti į šiuos klausimus, būtina nustatyti F 3 C: - arba H N koncentraciją ir, naudojant matematinę lygtį, nustatyti skaitinę vertę, vadinamą rūgštingumo konstanta, Ka.
Kuo daugiau F 3 C molekulių : - arba HN, tuo rūgštesnis F 3 CH bus ir tuo didesnis bus jo Ka. Tokiu būdu Ka padeda kiekybiškai išsiaiškinti, kurie junginiai yra rūgštesni už kitus; be to, jis kaip rūgštis pašalina tuos, kurių Ka yra ypač maža.
Kai kurių Ka reikšmės gali būti maždaug 10–1 ir 10–5 , o kitų - milijonais mažesnių, pavyzdžiui, 10–15 ir 10–35 . Tada galima sakyti, kad pastarosios, turėdamos minėtas rūgštingumo konstantas, yra ypač silpnos rūgštys ir gali būti pašalintos kaip tokios.
Taip, kuris iš šių molekulių turi didžiausias Ka: CH 4 , CH 3 F, CH 2 F 2, arba CHF 3 ? Atsakymas slypi elektronų tankio δ + trūkume jų vandeniliuose.
Matavimai
Tačiau kokie yra Ka matavimų standartizavimo kriterijai? Jo vertė gali labai skirtis priklausomai nuo to, kurios rūšys gaus H + . Pavyzdžiui, jei: N yra tvirta bazė, Ka bus didelė; bet jei, atvirkščiai, tai labai silpna bazė, Ka bus maža.
Ka matavimai atliekami naudojant įprastą ir silpniausią iš visų bazių (ir rūgščių): vandenį. Atsižvelgiant į H + donorystės laipsnį H 2 O molekulėms , esant 25 ° C temperatūrai ir esant atmosferos slėgiui, nustatomos standartinės sąlygos visų junginių rūgštingumo konstantoms nustatyti.
Iš to kyla daugelio junginių, tiek neorganinių, tiek organinių, rūgštingumo konstantų lentelių repertuaras.
- Jis turi labai stabilias konjuguotas bazes
Rūgščių cheminės struktūros turi labai elektroneigiamus atomus arba vienetus (aromatinius žiedus), kurie pritraukia elektronų tankį iš aplinkinių vandenilių, todėl jos tampa iš dalies teigiamos ir reaktyvios bazės atžvilgiu.
Kai protonai paaukojami, rūgštis virsta konjuguota baze; y., neigiama rūšis, galinti priimti H + arba paaukoti elektronų porą. CF 3 H molekulės pavyzdyje jos konjuguota bazė yra CF 3 - :
CF 3 - + HN <=> CHF 3 +: N -
Jei CF 3 - yra labai stabili konjuguota bazė, pusiausvyra pasislinks daugiau į kairę, o ne į dešinę. Be to, kuo ji stabilesnė, tuo reaktyvesnė ir rūgštesnė bus rūgštis.
Kaip žinoti, kokie jie stabilūs? Viskas priklauso nuo to, kaip jie susitvarkys su naujuoju neigiamu užtaisu. Jei jie gali efektyviai delokalizuoti ar difuzuoti didėjantį elektronų tankį, jis nebus naudojamas jungiantis su H baze.
- Jie gali turėti teigiamų mokesčių
Ne visos rūgštys turi elektronų, kurių trūkumas yra vandenilis, tačiau jie gali turėti ir kitų atomų, galinčių priimti elektronus, su teigiamu krūviu arba be jo.
Kaip tai? Pavyzdžiui, boro trifluoride, BF 3 , B atomui trūksta valentinio okteto, todėl jis gali sudaryti ryšį su bet kokiu atomu, kuris suteikia jam elektronų porą. Jei anijonų F - apvalios greta jo atsiranda tokia cheminė reakcija:
BF 3 + F - => BF 4 -
Kita vertus, laisvieji metalų katijonai, tokie kaip Al 3+ , Zn 2+ , Na + ir kt., Yra laikomi rūgštimis, nes jie gali priimti elektronų turtingų rūšių datyvius (koordinacinius) ryšius iš savo aplinkos. Taip pat, jie reaguoja su OH - jonai , kad nuosėdos kaip metalo hidroksidų:
Zn 2+ (aq) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s)
Visi jie yra žinomi kaip Lewis rūgštys, o tie, kurie dovanoja protonus, yra Bronsted rūgštys.
- Jų tirpalų pH vertės yra mažesnės nei 7
Paveikslas: pH skalė.
Konkrečiau tariant, rūgštis, ištirpinta bet kuriame tirpiklyje (kuris jos ne neutralizuoja), sukuria tirpalus, kurių pH yra mažesnis nei 3, nors žemiau 7 jie laikomi labai silpnomis rūgštimis.
Tai galima patvirtinti naudojant rūgščių-šarmų indikatorių, pavyzdžiui, fenolftaleiną, universalųjį indikatorių arba purpurinių kopūstų sultis. Tie junginiai, kurie paverčia spalvas tomis, kurios yra žemos pH, yra traktuojami kaip rūgštys. Tai yra vienas iš paprasčiausių bandymų nustatyti jų buvimą.
Tą patį galima padaryti, pavyzdžiui, su skirtingais dirvožemio mėginiais iš skirtingų pasaulio dalių, tokiu būdu nustatant jų pH reikšmes, kad jie, kaip ir kiti kintamieji, būtų apibūdinami.
Galiausiai visos rūgštys turi rūgštų skonį, jei jos nėra tokios koncentruotos, kad negrįžtamai sudegintų liežuvio audinius.
- Gebėjimas neutralizuoti pagrindus
Arrhenijus savo teorijoje siūlo, kad rūgštys, galėdamos generuoti protonus, reaguotų su bazių hidroksilu, sudarydamos druską ir vandenį tokiu būdu:
HCl + NaOH → NaCl + H 2 O.
Ši reakcija vadinama neutralizavimu ir yra analizės metodo, vadinamo titravimu, pagrindas (Bruce Mahan, 1990).
Stiprios ir silpnos rūgštys
Rūgštys skirstomos į stipriąsias ir silpnąsias. Rūgšties stiprumas yra susijęs su jos pusiausvyros konstanta, todėl rūgščių atveju šios konstantos vadinamos rūgščių konstantomis Ka.
Taigi stipriosios rūgštys turi didelę rūgšties konstantą, todėl jos linkusios visiškai atskirti. Šių rūgščių pavyzdžiai yra sieros rūgštis, druskos rūgštis ir azoto rūgštis, kurių rūgščių konstantos yra tokios puikios, kad jų negalima išmatuoti vandenyje.
Kita vertus, silpna rūgštis yra ta, kurios disociacijos konstanta yra maža, taigi ji yra cheminėje pusiausvyroje. Šių rūgščių pavyzdžiai yra acto rūgštis, pieno rūgštis ir azoto rūgštis, kurių rūgštingumo konstantos yra nuo 10 iki 4 . 1 paveiksle parodytos skirtingos rūgščių skirtingos rūgštingumo konstantos.
1 paveikslas: rūgšties disociacijos konstantos.
Rūgščių pavyzdžiai
Vandenilio halogenidai
Visi vandenilio halogenidai yra rūgštiniai junginiai, ypač ištirpę vandenyje:
-HF (vandenilio fluorido rūgštis).
-HCl (druskos rūgštis).
-HBr (vandenilio bromido rūgštis).
-HI (jodo rūgštis).
Okso rūgštys
Okso rūgštys yra protonų formos oksoanionai:
HNO 3 (azoto rūgštis).
H 2 SO 4 (sieros rūgštis).
H 3 PO 4 (fosforo rūgštis).
HClO 4 (perchloro rūgštis).
Super rūgštys
Super rūgštys yra stiprios Bronsted rūgšties ir stiprios Lewis rūgšties mišinys. Sumaišę jie sudaro sudėtingas struktūras, kur, remiantis tam tikrais tyrimais, H + „šokinėja“ jose.
Jų ėsdinimo galia yra tokia, kad jie milijardus kartų stipresni už koncentruotą H 2 SO 4 . Jie naudojami didelėms žalios naftos molekulėms suskaidyti į mažesnes, šakotas molekules, turinčias didelę pridėtinę ekonominę vertę.
-BF 3 / HF
-SbF 5 / HF
-SbF 5 / HSO 3 F
-CF 3 SO 3 H
Organinės rūgštys
Organinėms rūgštims būdinga tai, kad jos turi vieną ar daugiau karboksilo grupių (COOH), ir tarp jų yra:
-Citrinė rūgštis (yra daugelyje vaisių)
Obuolių rūgštis (iš žalių obuolių)
-Acto rūgštis (iš komercinio acto)
-Sviesto rūgštis (iš sumušto sviesto)
-Arbo rūgštis (iš vynų)
-Ir riebalų rūgščių šeima.
Nuorodos
- Torrens H. Kietosios ir minkštosios rūgštys ir bazės. . Paimta iš: depa.fquim.unam.mx
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Gegužės 3 d.). 10 bendrų rūgščių pavadinimai. Atgauta iš: thinkco.com
- „Chempages“ tinklai. Rūgštys ir bazės: molekulinė struktūra ir elgsena. Paimta iš: chem.wisc.edu
- Dezielis, Chrisas. (2018 m. Balandžio 27 d.). Bendrosios rūgščių ir bazių savybės. Mokslas. Atgauta iš: sciencing.com
- Pitsburgo superkompiuterių centras (PSC). (2000 m. Spalio 25 d.). Atgauta iš: psc.edu.