- A savak jellemzői
- - Fizikai tulajdonságok
- - Protonok létrehozásának képessége
- - Hideg hidrogénatomok elektronsűrűségük van
- - Erősség vagy savasság állandó
- mérések
- - Nagyon stabil konjugált bázisokkal rendelkezik
- - Pozitív díjak lehetnek
- - Az oldatok pH-ja 7-nél alacsonyabb
- - Képes a bázisokat semlegesíteni
- Erős savak és gyenge savak
- Példák savakra
- Hidrogén-halogenidek
- Oxoacids
- Szuper savak
- Szerves savak
- Irodalom
A savak olyan vegyületek, amelyek hajlamosak egy proton adományozására vagy elfogadására egy elektronpárt. Számos meghatározás létezik (Bronsted, Arrhenius, Lewis), amelyek jellemzik a savak tulajdonságait, és ezek mindegyikét kiegészítik, hogy felépítsék az ilyen típusú vegyületek globális képet.
A fenti szempontból az összes ismert anyag savas lehet, azonban csak azokat tekintjük, amelyek a többi felett messze kiemelkednek. Más szavakkal: ha egy anyag rendkívül gyenge proton donor, például a vízhez képest, azt mondhatjuk, hogy nem sav.
Az ecetsav, egy gyenge sav, egy protont (hidrogénion, zöld színnel kiemelve) egy egyensúlyi reakcióban ad vízre adományozva, így az acetát-ion és a hidronium-ion képződik. Piros: oxigén. Fekete: szén. Fehér: hidrogén.
Ilyen esetben mi a savak és természetes források? Ezek tipikus példája megtalálható számos gyümölcs belsejében: például a citrusfélékben. A limonádák jellegzetes íze a citromsav és más összetevők miatt.
A nyelv képes észlelni a savak jelenlétét, csakúgy, mint más ízek. Ezen vegyületek savassági szintjétől függően az íz elfogadhatatlanná válik. Ilyen módon a nyelv organoleptikus mérőként működik a savak koncentrációja szempontjából, különös tekintettel a hidrónium-ion (H 3 O +) koncentrációjára.
Másrészt a savak nemcsak az ételekben, hanem az élő szervezetekben is megtalálhatók. Hasonlóképpen, a talaj olyan anyagokat tartalmaz, amelyek meghatározzák őket savasként; ilyen az alumínium és más fémkationok.
A savak jellemzői
Milyen tulajdonságokkal kell rendelkeznie egy vegyületnek a meglévő meghatározások szerint, hogy savasnak tekinthető?
Meg kell lennie képes generálni H + és OH - ionok vízben oldjuk (Arrhenius), meg kell adományozni protonok más fajokra nagyon könnyen (Brönsted) vagy véglegesen, akkor képesnek kell lennie, hogy elfogadja egy elektronpár, negatív töltésű (Lewis).
Ezek a jellemzők azonban szorosan kapcsolódnak a kémiai szerkezethez. Ezért az elemzés megtanulásával meg lehet határozni a savasságának vagy néhány vegyületének erősségét, melyik a kettő a legsavasabb.
- Fizikai tulajdonságok
A savak íze megéri az redundanciát, a savak illata gyakran ég az orrlyukakban. Ragacsos vagy olajos textúrájú folyadékok, amelyek képesek megváltoztatni a lakmuszpapír és a metilnarancs színét vörösre (Savak és bázisok tulajdonságai, SF).
- Protonok létrehozásának képessége
1923-ban Johannes Nicolaus Brønsted, a dán vegyész és Thomas Martin Lowry angol kémikus bemutatta a Brønsted és Lowry elméletet, kijelentve, hogy minden olyan vegyület, amely a protont más vegyületre képes átvinni, sava (Encyclopædia Britannica, 1998). Például sósav esetében:
HCl → H + + Cl -
Brønsted és Lowry elmélete nem magyarázta meg bizonyos anyagok savas viselkedését. 1923-ban Gilbert N. Lewis amerikai kémikus bemutatta elméletét, amely szerint egy savnak olyan vegyületet kell tekinteni, amely kémiai reakcióban képes olyan elektronpárokhoz csatlakozni, amelyek nem oszlanak meg egy másik molekulában (Encyclopædia Britannica, 1998)..
Ilyen módon az ionok, mint például a Cu 2+, a Fe 2+ és a Fe 3+, képesek szabad elektronpárokhoz kötődni, például vízből, hogy a következő módon protonokat hozzanak létre:
Cu 2+ + 2H 2 O → Cu (OH) 2 + 2H +
- Hideg hidrogénatomok elektronsűrűségük van
A metán-molekula, CH 4, sem annak hidrogénatomok elektronikusan deficiens. Ennek oka az, hogy a szén és a hidrogén elektronegativitása közötti különbség nagyon kicsi. De ha cserélni az egyik H-atomok egyik fluor, akkor nem lenne lehet érezhető változás dipólmomentum: H 2 FC- H.
H tapasztalja elektronfelhő eltolódását az F-hez kötött szomszédos atom felé, amely azonos, δ + növekszik. Ismét, ha egy másik H helyébe egy másik F, akkor a molekula válik: HF 2 C- H.
Most δ + még nagyobb, mert két F-atom, nagymértékben elektronegatív elektronsűrűséggel távolítja el a C-t, ez utóbbiban pedig a H-t. Ha a cserefolyamat végül folytatódik: F 3 C- H.
Ebben az utolsó molekulában a három szomszédos F-atom következményeként a H jelentősebb elektronikus hiányosságot mutat. Ez a δ + nem marad észrevétlen olyan fajok esetében, amelyek elegendő elektronban gazdagok ahhoz, hogy ezt a H-t lecsiszolják, és így az F 3 CH-t negatív töltésűvé válják:
F 3 C – H +: N - (negatív fajok) => F 3 C: - + H N
A fenti kémiai egyenlet is tekinthető ilyen módon: F 3 CH adományoz egy proton (H +, a H egyszer levált a molekulához), hogy: N; vagy, F 3 CH nyer egy elektronpár a H, amikor egy másik pár adományozott az utóbbi a: N -.
- Erősség vagy savasság állandó
Mennyi F 3 C: - van jelen az oldatban? Vagy, hány molekula F 3 CH tud adományozni savas hidrogénatomot és N? Ezekre a kérdésekre a megválaszolásához meg kell határozni az F 3 C: - vagy H N koncentrációját, és matematikai egyenlet felhasználásával létre kell hozni egy numerikus értéket, az úgynevezett savassági állandót, Ka.
A több molekula F 3 C: - vagy HN előállított, a savasabb F 3 CH lesz, és annál nagyobb a Ka. Ilyen módon a Ka segít kvantitatív módon tisztázni, hogy mely vegyületek savasak, mint mások; és hasonlóképpen, savként eldobja azokat, amelyek Ka rendkívül kis rendű.
Néhány Ka értékének értéke körülbelül 10 -1 és 10 -5 lehet, mások pedig milliomoddal kisebbek, például 10 -15 és 10 -35. Ezután elmondható, hogy az utóbbiak, amelyek savassági állandóival rendelkeznek, rendkívül gyenge savak, és mint ilyenek elvethetők.
Tehát melyik a következő molekulák a legmagasabb Ka: CH 4, CH 3 F, CH 2 F 2, vagy CHF 3 ? A válasz az elektron sűrűségének (δ +) hiányában rejlik hidrogéneikben.
mérések
De mi a kritériumok a Ka mérések egységesítésére? Értéke óriási mértékben változhat attól függően, hogy melyik faj kapja meg a H + -ot. Például, ha: N erős bázis, Ka nagy lesz; de ha éppen ellenkezőleg, ez egy nagyon gyenge alap, akkor Ka kicsi lesz.
A Ka méréseket a leggyakoribb és leggyengébb bázisok (és savak) felhasználásával végzik: víz. Mértékétől függően adományozás H +, hogy a H 2 O molekulák, 25ºC-on és nyomáson egy atmoszféra, a standard feltételek létre, hogy meghatározzuk a savasság állandók az összes vegyületek.
Ebből adódik számos vegyület - mind szervetlen, mind szerves - savassági állandóságainak táblázata.
- Nagyon stabil konjugált bázisokkal rendelkezik
A savak kémiai szerkezetükben erősen elektronegatív atomok vagy egységek (aromás gyűrűk) vannak, amelyek vonzzák az elektron sűrűségét a környező hidrogénekből, ezáltal részlegesen pozitívvá válnak és reagálnak egy bázissal.
Amint a protonok adományoznak, a sav konjugált bázissá alakul; vagyis egy negatív faj, amely képes elfogadni a H + -ot, vagy egy elektronpárt adományozni. A CF 3 H molekula példájában annak konjugált bázisa CF 3 -:
CF 3 - + HN <=> CHF 3 +: N -
Ha CF 3 - egy nagyon stabil konjugált bázissal, az egyensúly eltolódik inkább balra, mint a jobb. Továbbá, minél stabilabb, annál reakcióképesebb és savasabb lesz a sav.
Honnan tudja, mennyire stabilok? Minden attól függ, hogy miként kezelik az új negatív töltést. Ha képesek hatékonyan delokalizálni vagy diffundálni a növekvő elektronsűrűséget, akkor nem lesz elérhető a H alaphoz történő kötéshez.
- Pozitív díjak lehetnek
Nem minden sav tartalmaz elektronhiányos hidrogént, de lehetnek más atomok is, amelyek képesek elektronokat elfogadni, pozitív töltéssel vagy anélkül.
Hogy van ez? Például a BF- 3- bór-trifluoridban a B-atomnak nincs valencia oktete, tehát kötést képezhet bármely atommal, amely elektronpárt ad. Ha egy anion F - kerek a közelében történik a következő kémiai reakció:
BF 3 + F - => BF 4 -
Másrészt a szabad fémkationokat, például Al 3+, Zn 2+, Na + stb. Savaknak kell tekinteni, mivel képesek elfogadni az elektronban gazdag fajok pozitív (koordinációs) kötéseit a környezetükből. Hasonlóképpen, reagálnak OH - ionok a csapadékot a fém-hidroxidok:
Zn 2+ (aq) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s)
Mindezeket Lewis savaknak nevezzük, míg a protonokat adományozókat Bronsted savaknak nevezzük.
- Az oldatok pH-ja 7-nél alacsonyabb
Ábra: pH-skála.
Pontosabban, egy sav oldásakor (amely nem neutralizálja azt észlelhető módon) olyan oldatokat hoz létre, amelyek pH-ja 3-nál alacsonyabb, bár 7-nél alacsonyabb értékeket nagyon gyenge savaknak tekintünk.
Ezt sav-bázis indikátor, például fenolftalein, univerzális indikátor vagy lila káposztalé segítségével lehet igazolni. Azokat a vegyületeket, amelyek a színeket az alacsony pH-értéken megjelölté változtatják, savaknak kell tekinteni. Ez az egyik legegyszerűbb teszt annak meghatározására.
Ugyanez történhet például a világ különböző részeiről származó különböző talajmintákkal, így meghatározzák pH-értéküket, hogy más változókkal együtt karakterizálják őket.
És végül, minden sav savanyú ízű, feltéve, hogy nem olyan koncentrált, hogy visszafordíthatatlanul elégetik a nyelv szöveteit.
- Képes a bázisokat semlegesíteni
Arrhenius elméletében azt javasolja, hogy a savak protonok létrehozására reagáljanak a bázisok hidroxilcsoportjával, sót és vizet képezve a következő módon:
HCl + NaOH → NaCl + H 2 O.
Ezt a reakciót semlegesítésnek nevezzük, és ez a titrálásnak nevezett analitikai módszer alapja (Bruce Mahan, 1990).
Erős savak és gyenge savak
A savakat erős savaknak és gyenge savaknak kell besorolni. Egy sav erőssége az egyensúlyi állandójával függ össze, ezért savak esetében ezeket az állandókat Ka savállandóknak nevezzük.
Így az erős savaknak nagy savállandója van, így hajlamosak teljes mértékben disszociálni. Ilyen savak például a kénsav, sósav és salétromsav, amelyek savállandójai annyira nagyok, hogy vízben nem mérhetők.
Másrészt egy gyenge sav olyan, amelynek disszociációs állandója alacsony, tehát kémiai egyensúlyban van. Ezekre a savakra példa az ecetsav, a tejsav és salétromsav, amelyek savassági állandói 10-4 között vannak. Az 1. ábra a különféle savak eltérő savassági állandóit mutatja.
1. ábra: sav-disszociációs állandók.
Példák savakra
Hidrogén-halogenidek
Az összes hidrogén-halogenid savas vegyület, különösen ha vízben oldják:
-HF (fluor-fluorid).
-HCl (sósav).
-HBr (hidrogén-bromid).
-HI (jódsav).
Oxoacids
Az oxo-savak az oxoanionok protonált formái:
HNO 3 (salétromsav).
H 2 SO 4 (kénsav).
H 3 PO 4 (foszforsav).
HClO 4 (perklórsav).
Szuper savak
A szuper savak egy erős Bronsted sav és egy erős Lewis sav keveréke. Keverés után összetett szerkezeteket képeznek, ahol bizonyos tanulmányok szerint a H + "ugrik" bennük.
A maró hatású erő olyan, hogy több milliárd szor erősebb, mint tömény H 2 SO 4. Ezeket arra használják, hogy a nyersolajban levő nagy molekulákat kisebb, elágazó molekulákká krakkolják, nagy hozzáadottértékkel.
-BF 3 / HF
-SbF 5 / HF
-SbF 5 / HSO 3 F
-CF 3 SO 3 H
Szerves savak
A szerves savakat egy vagy több karbonsav-csoport (COOH) jellemzi, amelyek között vannak:
-Citromsav (jelen van sok gyümölcsben)
Almasav (zöld almából)
-Ecetsav (kereskedelmi ecetből)
-Vajsav (fenyővajból)
-Társav (borokból)
- És a zsírsavak családja.
Irodalom
- Torrens H. Kemény és lágy savak és bázisok.. Feltéve: depa.fquim.unam.mx
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. május 3.). 10 általános sav neve. Helyreállítva: gondolat.com
- Chempages Netorials. Savak és bázisok: Molekuláris szerkezet és viselkedés. Forrás: chem.wisc.edu
- Deziel, Chris. (2018. április 27.) A savak és bázisok általános jellemzői. Sciencing. Helyreállítva: sciencing.com
- Pittsburgh Supercomputing Center (PSC). (2000. október 25.). Helyreállítva: psc.edu.