SYRER: KARAKTERISTIKA OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

De syrer er forbindelser med høje tendenser protondonerende eller acceptere et elektronpar. Der er mange definitioner (Bronsted, Arrhenius, Lewis), der kendetegner syreregenskaber, og hver af dem komplementeres til at opbygge et globalt billede af disse typer forbindelser.

Fra ovenstående perspektiv kan alle kendte stoffer være sure, men kun de, der skiller sig langt over de andre, betragtes som sådanne. Med andre ord: hvis et stof er en ekstremt svag protondonor sammenlignet med for eksempel vand, kan det siges, at det ikke er en syre.

Eddikesyre, en svag syre, donerer en proton (hydrogenion, fremhævet i grønt) til vand i en ligevægtsreaktion for at give acetation og hydroniumion. Rød: ilt. Sort: kulstof. Hvid: brint.

Dette er tilfældet, hvad er nøjagtigt syrerne og deres naturlige kilder? Et typisk eksempel på dem findes i mange frugter: fx citrus. Lemonader har deres karakteristiske smag på grund af citronsyre og andre komponenter.

Tungen kan registrere tilstedeværelsen af ​​syrer, ligesom den gør andre smag. Afhængig af surhedsgraden af ​​disse forbindelser bliver smagen mere utålelig. På denne måde, tungen fungerer som en organoleptisk meter for koncentrationen af syrer, især koncentrationen af hydroniumion (H ₃ O ⁺).

På den anden side findes syrer ikke kun i fødevarer, men også i levende organismer. Ligeledes præsenterer jord stoffer, der kan karakterisere dem som sure; det er tilfældet med aluminium og andre metalkationer.

Egenskaber ved syrer

Hvilke egenskaber skal en forbindelse have i henhold til eksisterende definitioner for at betragtes som sur?

Det skal være i stand til at generere H ⁺ og OH ^- ioner ved at opløse i vand (Arrhenius), det skal donere protoner til andre arter meget let (Bronsted) eller endelig skal det være i stand til at acceptere et par elektroner, idet de er negativt ladede (Lewis).

Disse egenskaber er imidlertid tæt knyttet til den kemiske struktur. Ved at lære at analysere det, kan dets surhedsstyrke eller af et par forbindelser derfor udledes, hvilken af ​​de to der er mest sur.

- Fysiske egenskaber

Syrer har en smag, værd at overflødighed, syre, og deres lugt forbrænder ofte næseborene. De er væsker med en klistret eller olieagtig struktur og har evnen til at ændre farven på lakmuspapir og methylorange til rød (Egenskaber ved syre og baser, SF).

- Evne til at generere protoner

I 1923 introducerede den danske kemiker Johannes Nicolaus Brønsted og den engelske kemiker Thomas Martin Lowry Brønsted og Lowry-teorien om, at enhver forbindelse, der kan overføre en proton til en hvilken som helst anden forbindelse, er en syre (Encyclopædia Britannica, 1998). For eksempel i tilfælde af saltsyre:

HCl → H ⁺ + Cl ^-

Brønsted og Lowrys teori forklarede ikke den sure opførsel af visse stoffer. I 1923 introducerede den amerikanske kemiker Gilbert N. Lewis sin teori, hvor en syre betragtes som enhver forbindelse, der ved en kemisk reaktion er i stand til at forbinde et par elektroner, der ikke deles i et andet molekyle (Encyclopædia Britannica, 1998).

På denne måde har ioner som Cu ²⁺, Fe ²⁺ og Fe ³⁺ evnen til at binde til par frie elektroner, for eksempel fra vand til at producere protoner på følgende måde:

Cu ²⁺ + 2H ₂ O → Cu (OH) ₂ + 2H ⁺

- De har hydrogener, der er dårlige i elektrondensitet

For metan molekyle, CH ₄, ingen af dets hydrogenatomer er elektronisk mangelfuld. Dette skyldes, at forskellen i elektronegativiteter mellem kulstof og brint er meget lille. Men hvis du udskifter en af H-atomer med én af fluor, så ville der være en mærkbar forandring i dipolmomentet: H ₂ FC- H.

H oplever en forskydning af sin elektronsky mod det tilstødende atom bundet til F, hvilket er det samme, δ + stiger. Igen, hvis en anden H erstattes af en anden F, bliver molekylet: HF ₂ C- H.

Nu δ + er endnu større, fordi to F-atomer, meget elektronegativ elektron densitet, som fjerner C, og denne sidstnævnte følgelig til H. Hvis udskiftningsprocessen fortsat endelig opnås: F ₃ C- H.

I dette sidste molekyle præsenterer H, som en konsekvens af de tre nærliggende F-atomer, en markant elektronisk mangel. Denne δ + går ikke ubemærket for alle arter rige nok i elektroner til at fratage denne H og, på denne måde, F ₃ CH bliver negativt ladet:

F ₃ C– H +: N ^- (negativ art) => F ₃ C: ^- + H N

Ovenstående kemiske ligning kan også betragtes på denne måde: F ₃ CH donerer en proton (H ⁺, H, når den først var løsnet fra molekylet) til: N; eller F ₃ CH får et par elektroner fra H, når et andet par doneres til sidstnævnte fra: N ^-.

- Styrke eller surhedskonstant

Hvor meget F ₃ C: ^- findes i løsningen? Eller, hvor mange molekyler af F ₃ kan CH donere surt hydrogen til N? For at besvare disse spørgsmål er det nødvendigt at bestemme koncentrationen af ​​F ₃ C: ^- eller HN og ved hjælp af en matematisk ligning etablere en numerisk værdi kaldet surhedskonstanten, Ka.

Jo flere molekyler af F ₃ C: ^- eller produceret HN, jo mere sur F ₃ CH vil være, og jo større er dens Ka. På denne måde hjælper Ka med at klarlægge, kvantitativt, hvilke forbindelser der er surere end andre; og ligesom det kasseres som syrer dem, hvis Ka er af en ekstremt lille orden.

Nogle Ka kan have værdier, der er omkring 10 ^-1 og 10 ^-5, og andre, værdier milliondele mindre som ^10-15 og ^10-35. Det kan derefter siges, at sidstnævnte, der har nævnte surhedskonstanter, er ekstremt svage syrer og kan kasseres som sådan.

Så hvilken af de følgende molekyler har den højeste Ka: CH ₄, CH ₃ F, CH ₂ F _2, eller CHF ₃ ? Svaret ligger i manglen på elektrondensitet, 5 +, i deres hydrogener.

Målinger

Men hvad er kriterierne for standardisering af Ka-målinger? Dets værdi kan variere enormt afhængigt af hvilken art der får H ⁺. For eksempel, hvis: N er en stærk base, vil Ka være stor; men hvis det tværtimod er en meget svag base, vil Ka være lille.

Ka-målinger foretages ved hjælp af den mest almindelige og svageste af alle baser (og syrer): vand. Afhængigt af graden af donation af H ⁺ til H ₂ O -molekyler, ved 25 ºC og ved et tryk på én atmosfære er standardbetingelserne etableret for at bestemme surhedsgraden konstanter for alle forbindelserne.

Fra dette opstår et repertoire af tabeller med surhedskonstanter for mange forbindelser, både uorganiske og organiske.

- Det har meget stabile konjugerede baser

Syrer har stærkt elektronegative atomer eller enheder (aromatiske ringe) i deres kemiske strukturer, der tiltrækker elektrondensiteter fra de omgivende hydrogener, hvilket får dem til at blive delvist positive og reaktive over for en base.

Når protonerne har doneret, omdannes syren til en konjugatbase; det vil sige en negativ art, der er i stand til at acceptere H ⁺ eller donere et par elektroner. I eksemplet af CF ₃ H molekyle dens konjugerede base er CF ₃ ^-:

CF ₃ ^- + HN <=> CHF ₃ +: N ^-

Hvis CF ₃ ^- er en meget stabil konjugatbase, flyttes ligevægten mere mod venstre end til højre. Jo mere stabil den er, jo mere reaktiv og sur er syren.

Hvordan ved du, hvor stabile de er? Det hele afhænger af, hvordan de håndterer den nye negative ladning. Hvis de effektivt kan lokalisere eller diffundere den stigende elektrondensitet, vil den ikke være tilgængelig til brug i limning med basen H.

- De kan have positive omkostninger

Ikke alle syrer har elektronmangel hydrogener, men kan også have andre atomer, der er i stand til at modtage elektroner, med eller uden en positiv ladning.

Hvordan er dette? For eksempel mangler B-atomet i bortrifluorid, BF ₃, en octet af valens, så det kan danne en binding med ethvert atom, der giver det et elektronpar. Hvis en anion F ^- runde i nærheden finder sted følgende kemiske reaktion:

BF ₃ + F ^- => BF ₄ ^-

På den anden side betragtes frie metalkationer, såsom Al ³⁺, Zn ²⁺, Na ⁺ osv., Som sure, da de fra deres miljø kan acceptere dativ (koordination) bindinger af arter, der er rigt på elektroner. Ligeledes reagerer de med OH ^- ioner for at udfælde som metalhydroxider:

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

Alle disse er kendt som Lewis-syrer, mens de, der donerer protoner, er Bronsted-syrer.

- Deres opløsninger har pH-værdier lavere end 7

Figur: pH-skala.

Mere specifikt genererer en syre, når den opløses i et hvilket som helst opløsningsmiddel (der ikke neutraliserer den mærkbart), opløsninger med en pH-værdi lavere end 3, skønt de under 7 betragtes som meget svage syrer.

Dette kan verificeres ved hjælp af en syre-base indikator, såsom phenolphthalein, universal indikator eller lilla kål juice. De forbindelser, der omdanner farverne til dem, der er indikeret til lav pH, behandles som syrer. Dette er en af ​​de enkleste test for at bestemme tilstedeværelsen af ​​dem.

Det samme kan for eksempel gøres for forskellige jordprøver fra forskellige dele af verden, hvorved deres pH-værdier bestemmes for sammen med andre variabler at karakterisere dem.

Og til sidst har alle syrer sure smag, så længe de ikke er så koncentrerede, at de irreversibelt forbrænder tungens væv.

- Evne til at neutralisere baser

Arrhenius foreslår i sin teori, at syrer, der er i stand til at generere protoner, reagerer med basenes hydroxyl for at danne salt og vand på følgende måde:

HCI + NaOH → NaCl + H ₂ O.

Denne reaktion kaldes neutralisering og er grundlaget for den analytiske teknik kaldet titrering (Bruce Mahan, 1990).

Stærke syrer og svage syrer

Syrer klassificeres i stærke syrer og svage syrer. Styrken af ​​en syre er forbundet med dens ligevægtskonstante, og derfor kaldes disse konstanter for syrer syrekonstanter Ka.

Således har stærke syrer en stor syrekonstant, så de har tendens til at adskilles fuldstændigt. Eksempler på disse syrer er svovlsyre, saltsyre og salpetersyre, hvis syrekonstanter er så store, at de ikke kan måles i vand.

På den anden side er en svag syre en, hvis dissociationskonstant er lav, så den er i kemisk ligevægt. Eksempler på disse syrer er eddikesyre og mælkesyre og salpetersyre, hvis surhedskonstanter er i størrelsesordenen ^10-4. Figur 1 viser de forskellige surhedskonstanter for forskellige syrer.

Figur 1: syre-dissociationskonstanter.

Eksempler på syrer

Hydrogenhalogenider

Alle hydrogenhalogenider er sure forbindelser, især når de opløses i vand:

-HF (hydrofluorsyre).

-HCI (saltsyre).

-HBr (hydrobromsyre).

-HI (iodsyre).

oxosyrer

Oxosyrer er de protonerede former for oxoanioner:

HNO ₃ (salpetersyre).

H ₂ SO ₄ (svovlsyre).

H ₃ PO ₄ (phosphorsyre).

HClO ₄ (perchlorsyre).

Super syrer

Supersyrer er blandingen af ​​en stærk Bronsted-syre og en stærk Lewis-syre. Når de først er blandet, danner de komplekse strukturer, hvor H ⁺ " ifølge visse undersøgelser " hopper "inden i dem.

Deres ætsende effekt er således, at de er milliarder af gange stærkere end koncentreret H ₂ SO ₄. De bruges til at knække store molekyler, der findes i råolie, til mindre, forgrenede molekyler og med stor merværdi.

-BF ₃ / HF

-SbF ₅ / HF

-SbF ₅ / HSO ₃ F

-CF ₃ SO ₃ H

Organiske syrer

Organiske syrer er karakteriseret ved at have en eller flere carboxylgrupper (COOH), og blandt dem er:

-Citronsyre (findes i mange frugter)

Æblesyre (fra grønne æbler)

-Eddikesyre (fra kommerciel eddike)

-Smørsyre (fra harsket smør)

-Vinsyre (fra vin)

-Og familien af ​​fedtsyrer.

Referencer

1. Torrens H. hårde og bløde syrer og baser.. Taget fra: depa.fquim.unam.mx
2. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (3. maj 2018). Navne på 10 almindelige syrer. Gendannes fra: thoughtco.com
3. Chempages Netorials. Syrer og baser: Molekylær struktur og opførsel. Taget fra: chem.wisc.edu
4. Deziel, Chris. (27. april 2018). Generelle egenskaber ved syre og baser. Sciencing. Gendannes fra: sciencing.com
5. Pittsburgh Supercomputing Center (PSC). (25. oktober 2000). Gendannes fra: psc.edu.