Co to jest zasada sprzężona

Sprzężona zasada to związek chemiczny, który powstaje po zobojętnieniu cząsteczki kwasu, albo przez utratę protonu, albo przez otrzymanie niesparowanej pary elektronów z zasady Lewisa . Innymi słowy, jest to produkt reakcji zobojętniania kwasowo-zasadowego, który pochodzi bezpośrednio z pierwotnego kwasu. Kwas i jego sprzężona zasada są zbiorczo nazywane sprzężoną parą kwas-zasada.

Rozważ następującą reakcję dysocjacji Brønsteda-Lowry’ego słabego kwasu:

W tym przypadku kwas jest reagentem po lewej stronie, HA, podczas gdy po prawej proton uwolniony przez kwas i anion, A – , ^pozostały po utracie protonu przez kwas.

Powodem, dla którego nazywa się to sprzężoną „zasadą”, jest to, że wszystkie reakcje kwas-zasada są odwracalne, nawet te z udziałem mocnych kwasów i zasad (tylko ich stałe równowagi są bardzo duże, a równowagi są daleko przesunięte w kierunku produktów). ). Z tego powodu to, co w jednym sensie reprezentuje jonizację kwasu jak w poprzednim równaniu, w przeciwnym sensie reprezentuje protonowanie zasady, w tym przypadku anionu A ^– .

Jak rozpoznać zasadę sprzężoną

Z punktu widzenia koncepcji kwasów i zasad Brønsteda-Lowry’ego kwasem jest każda substancja, która po rozpuszczeniu w wodzie jest zdolna do jonizacji i oddawania protonu. Ponieważ w ten sposób jest przekształcany w sprzężoną zasadę, jedyną różnicą między kwasem a jego sprzężoną zasadą jest brak protonu.

Oprócz tego, ponieważ proton jest dodatni i zabiera ze sobą węglowodany, sprzężona zasada zawsze kończy się ładunkiem elektrycznym niższym o jedną jednostkę niż odpowiedni kwas. Oznacza to, że jeśli kwas był obojętny, to jego sprzężona zasada będzie ujemna (naładowany -1), natomiast jeśli kwas jest dodatni, to sprzężona zasada będzie obojętna i tak dalej.

Sprzężone zasady kwasów poliprotonowych

Rozpoznanie sprzężonej zasady kwasu monoprotonowego jest zwykle proste, jednak w przypadku kwasów wieloprotonowych może pojawić się pewne zamieszanie. Dzieje się tak dlatego, że czasami opisujemy reakcje dysocjacji kwasów, takich jak H ₂ SO ₄ , jako utratę obu protonów w jednym kroku. Tak się jednak nie dzieje.

Wszystkie kwasy poliprototyczne przechodzą kolejne reakcje jonizacji iw każdej reakcji są przekształcane w inną sprzężoną zasadę. Zamieszanie wynika z faktu, że pierwsza sprzężona zasada kwasu poliprotonowego nadal zatrzymuje protony, więc oprócz zasad sprzężonych są to również kwasy, które mają własną zasadę sprzężoną.

Poniższy przykład zilustruje to jaśniej:

Przykład kwasów poliprotonowych i ich sprzężonych zasad: kwas fosforowy

Być może jednym z najlepszych przykładów ilustrujących równowagę kwasu poliprotonowego jest kwas fosforowy lub H ₃ PO ₄ . Kwas ten może stracić łącznie trzy protony zgodnie z następującymi odwracalnymi reakcjami dysocjacji:

W tym przypadku kwas fosforowy (H ₃ PO ₄ ) staje się jonem diwodorofosforanowym (H ₂ PO ₄ ^– ) po utracie protonu, więc jest to jego sprzężona zasada. Jednocześnie H ₂ PO ₄ ^– jest kwasem, który w drugiej reakcji jonizuje do jonu wodorofosforanowego (HPO ₄ ^2- ), więc ten ostatni jest sprzężoną zasadą H ₂ PO ₄ ^– , ale nie z H ₃ PO ₄ . To samo dotyczy jonu HPO ₄ ^2- , który jest również kwasem (oprócz tego, że jest sprzężoną zasadą H₂ OP ₄ ^– ). Po dysocjacji staje się jonem fosforanowym, który jest jego sprzężoną zasadą.

Związek sprzężonej zasady z kwasowością kwasu

Struktura sprzężonej zasady może dać wskazówki dotyczące kwasowości dowolnego kwasu. Analiza stabilności tych związków chemicznych i porównanie jej ze stabilnością strukturalną pierwotnego kwasu pomaga wyjaśnić, dlaczego niektóre kwasy są silniejsze od innych.

Wśród kryteriów stabilności, które można zastosować do analizy struktury zarówno kwasu, jak i jego sprzężonej zasady, są:

• Pełne oktety: Teoria wiązań Lewisa wskazuje, że cząsteczki z atomami naruszającymi regułę oktetu są mniej stabilne niż te, w których wszystkie atomy mają pełne oktety.
• Struktury rezonansowe: Cząsteczki z większą liczbą struktur rezonansowych są bardziej stabilne niż te z mniejszą liczbą.
• Aromatyczność: Gatunki, które wykazują aromatyczność, są zwykle znacznie bardziej stabilne niż te, które nie są aromatyczne, a te są bardziej stabilne niż te, które są antyaromatyczne.
• Niższy ładunek całkowity: Ogólnie rzecz biorąc, gatunki neutralne są bardziej stabilne niż gatunki jonowe, a porównując jony, te z mniejszym ładunkiem netto są zwykle bardziej stabilne niż te z większym ładunkiem.
• Rozdzielenie ładunków: porównując dwie struktury o tym samym ładunku wypadkowym, ta, która ma mniej ładunków formalnych rozdzielonych między kilka atomów, jest bardziej stabilna niż te, które mają więcej ładunków formalnych.
• Umiejscowienie ładunków formalnych: między dwiema cząsteczkami, które mają takie same ładunki formalne, bardziej stabilna będzie ta z ładunkami ujemnymi na atomach bardziej elektroujemnych i dodatnimi na atomach mniej elektroujemnych.

Porównanie kwasu z jego sprzężoną zasadą w oparciu o te kryteria stabilności pozwala określić, czy kwas będzie preferował formę protonowaną (jak na przykład HA) czy zjonizowaną (jak na przykład A – ⁾ .

Jeśli sprzężona zasada jest bardziej stabilna niż kwas, wówczas kwas będzie miał tendencję do dysocjacji i będzie silniejszy, podczas gdy jeśli jest odwrotnie, będzie słabym kwasem.

Przykłady par kwas: sprzężona zasada

Oto kilka dodatkowych przykładów różnych kwasów i ich odpowiednich sprzężonych zasad:

• Kwas solny i anion chlorkowy (HCl i Cl ^– )
• Anion wodorowęglanowy i anion węglanowy (HCO ₃ ^– i CO ₃ ^2- )
• Kation amonowy i amoniak (NH ₄ ⁺ i NH ₃ )
• Kwas siarkowy i wodorosiarczan (H ₂ SO ₄ i HSO ₄ ^– )

Bibliografia

• assolea. (2020, 2 maja). 7.6: Skala pH . Pobrane z https://assolea.org/es/7-6-la-escala-de-ph/
• Brązowy, T. (2021). Chemia: The Central Science (wyd. 11). Londyn, Anglia: Pearson Education.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia (wyd. 10). Nowy Jork, NY: MCGRAW-HILL.
• Kwiaty, P., Theopold, K., Langley, R. i Robinson, W. (2019a). 14.1 Kwasy i zasady Brønsteda-Lowry’ego – Chemia 2e . Pobrane z https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/14-1-bronsted-lowry-acids-and-bases
• pH i pH . (2020, 30 października). Pobrane z https://espanol.libretexts.org/@go/page/1911