Charakteristische Säuren und Beispiele

Die Säuren sie sind Verbindungen mit hohen Tendenzen, Protonen abzugeben oder ein Elektronenpaar aufzunehmen. Es gibt viele Definitionen (Bronsted, Arrhenius, Lewis), die die Eigenschaften von Säuren charakterisieren, und jedes von ihnen wird ergänzt, um ein globales Bild dieser Art von Verbindungen zu erstellen.

Aus der vorhergehenden Perspektive können alle bekannten Substanzen sauer sein, jedoch werden nur diejenigen, die weit über den anderen stehen, als solche angesehen. Mit anderen Worten: Wenn eine Substanz im Vergleich zu Wasser ein extrem schwacher Donor von Protonen ist, kann man sagen, dass es sich nicht um eine Säure handelt.

Wenn ja, was genau sind die Säuren und ihre natürlichen Quellen? Ein typisches Beispiel von ihnen kann in vielen Früchten gefunden werden: wie Zitrusfrüchte. Die Limonaden haben ihren charakteristischen Geschmack durch Zitronensäure und andere Bestandteile.

Die Zunge kann das Vorhandensein von Säuren feststellen, genau wie bei anderen Aromen. In Abhängigkeit von dem Säuregehalt der Verbindungen wird der Geschmack unerträglicher. Auf diese Weise fungiert die Zunge als organoleptisches Maß für die Säurekonzentration, speziell für die Hydroniumionenkonzentration (H₃O⁺).

Auf der anderen Seite, Säuren sind nicht nur in Lebensmitteln, sondern auch in lebenden Organismen gefunden. Ebenso weisen Böden Substanzen auf, die sie als Säuren charakterisieren können; dies ist der Fall von Aluminium und anderen Metallkationen.

Index

• 1 Eigenschaften von Säuren
  • 1.1 Sie haben schlechte Wasserstoffatome in der Elektronendichte
  • 1.2 Stärke oder Säurekonstante
  • 1.3 Es hat sehr stabile konjugierte Basen
  • 1.4 Sie können positive Gebühren haben
  • 1.5 Ihre Lösungen haben pH-Werte von weniger als 7
• 2 Beispiele für Säuren
  • 2.1 Halogenwasserstoffe
  • 2.2 Oxosäuren
  • 2.3 Supersäuren
  • 2.4 Organische Säuren
• 3 Referenzen

Eigenschaften von Säuren

Welche Eigenschaften sollte eine Verbindung gemäß den bestehenden Definitionen als Säure haben?

Muss in der Lage sein, H-Ionen zu erzeugen⁺ und OH^- wenn es in Wasser aufgelöst wird (Arrhenius), muss es sehr einfach Protonen an andere Spezies abgeben (Brönsted) oder schließlich muss es ein Paar negativ geladener Elektronen (Lewis) aufnehmen können.

Diese Eigenschaften sind jedoch eng mit der chemischen Struktur verbunden. Wenn man also lernt, es zu analysieren, kann man seine Säurestärke oder eine Reihe von Verbindungen darauf schließen, welche der beiden Säuren am sauersten ist.

Sie haben in der Elektronendichte schlechte Wasserstoffatome

Für das Methanmolekül CH₄Keines seiner Wasserstoffatome weist einen elektronischen Mangel auf. Dies liegt daran, dass der Unterschied in den Elektronegativitäten zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff sehr gering ist. Wenn aber eines der H-Atome durch eines von Fluor ersetzt würde, würde sich das Dipolmoment merklich ändern: H₂FC-H.

H er erfährt eine Verschiebung seiner Elektronenwolke zum benachbarten Atom, das mit F verbunden ist, was gleich ist, δ + ist erhöht. Wenn wiederum ein anderes H durch ein anderes F ersetzt wird, würde das Molekül als HF verbleiben₂C-H.

Jetzt ist δ + noch größer, da es sich um zwei stark elektronegative Atome von F handelt, die die Elektronendichte von C abziehen, und die letztere folglich bei H. Wenn der Substitutionsprozess fortgesetzt würde, würde er schließlich erhalten werden: F₃C-H.

In diesem letzten Molekül H es stellt infolge der drei Atome des benachbarten F einen deutlichen Elektronenmangel dar. Dieses δ + bleibt für keine Spezies unmerklich, die reich an Elektronen ist, um dieses zu entfernen H und auf diese Weise, F₃CH negativ geladen sein:

F₃C-H +: N^- (negative Spezies) => F₃C:^- + HN

Die obige chemische Gleichung kann auch auf diese Weise betrachtet werden: F₃CH gibt ein Proton ab (H⁺das H einmal vom Molekül gelöst) a: N; oder, F₃CH gewinnt ein Elektronenpaar von H für die letzteren ein anderes Paar gespendet werden von: N^-.

Stärke oder Säurekonstante

Wie viel F₃C:^- ist in der Auflösung vorhanden? Oder wie viele F-Moleküle₃CH kann Wasserstoff Wasserstoff zu N? Um diese Fragen zu beantworten, ist es notwendig, die Konzentration von F zu bestimmen₃C:^- oder von HN und, unter Verwendung einer mathematischen Gleichung, einen numerischen Wert, genannt die Säurekonstante, Ka.

Während mehr F-Moleküle₃C:^- oder HN auftreten, mehr Säure wird F sein₃CH und größer dein Ka. Auf diese Weise hilft Ka quantitativ zu klären, welche Verbindungen saurer sind als andere; und verwirft ebenso als Säuren diejenigen, deren Ka äußerst klein ist.

Einige Ka können Werte um 10 haben^-1 und 10^-5und andere, millionstel kleinere Werte wie 10^-15 und 10^-35. Es kann dann gesagt werden, dass die letzteren, die die Säurekonstanten aufweisen, extrem schwache Säuren sind und als solche verworfen werden können.

Welches der folgenden Moleküle hat also das höchste Ka: CH?₄, CH₃F, CH₂F₂ oder CHF₃? Die Antwort liegt in dem Fehlen der elektronischen Dichte δ + in den Wasserstoffatomen davon.

Messungen

Was aber sind die Kriterien für die Standardisierung von Ka-Messungen? Ihr Wert kann enorm variieren, abhängig davon, welche Spezies das H erhalten wird⁺. Wenn zum Beispiel: N eine starke Base ist, wird Ka groß sein; ist es aber im Gegenteil eine sehr schwache Basis, wird Ka klein sein.

Ka-Messungen werden unter Verwendung der gebräuchlichsten und schwächsten aller Basen (und Säuren) durchgeführt: Wasser. Je nach dem Grad der Spende von H⁺ zu den H-Molekülen₂Oder es werden bei 25 ° C und bei einem Druck von einer Atmosphäre die Standardbedingungen festgelegt, um die Säurekonstanten für alle Verbindungen zu bestimmen.

Daraus ergibt sich ein Repertoire von Tabellen mit Aciditätskonstanten für viele anorganische und organische Verbindungen.

Es hat sehr stabile konjugierte Basen

Säuren haben in ihren chemischen Strukturen sehr elektronegative Atome oder Einheiten (aromatische Ringe), die elektronische Dichten der umgebenden Wasserstoffe anlocken, wodurch sie teilweise positiv und reaktiv vor einer Base werden.

Sobald die Protonen gespendet sind, wird die Säure in eine konjugierte Base umgewandelt; das heißt, eine negative Spezies, die fähig ist, H anzunehmen⁺ oder spende ein Elektronenpaar. Im Beispiel des CF-Moleküls₃H seine konjugierte Base ist CF₃^-:

CF₃^- + HN <=> CHF₃ +: N^-

Wenn CF₃^- Es ist eine sehr stabile konjugierte Basis, die Balance wird mehr nach links als nach rechts verschoben. Je stabiler es ist, desto reaktiver und saurer wird die Säure.

Wie kann man wissen, wie stabil sie sind? Alles hängt davon ab, wie Sie mit der neuen negativen Ladung umgehen. Wenn sie es verlagern oder die zunehmende elektronische Dichte effizient verteilen können, wird es nicht zur Verwendung beim Bilden der Verbindung mit dem H der Basis verfügbar sein.

Sie können positive Gebühren haben

Nicht alle Säuren haben Wasserstoff mit elektronischem Mangel, aber sie können auch andere Atome haben, die Elektronen mit oder ohne positive Ladung aufnehmen können.

Wie ist das? Zum Beispiel in Bortrifluorid, BF₃hat das Atom von B kein Oktett der Valenz, so kann es eine Bindung mit jedem Atom bilden, das ein Paar Elektronen ergibt. Wenn ein Anion F^- in seiner Umgebung tritt die folgende chemische Reaktion auf:

BF₃ + F^- => BF₄^-

Auf der anderen Seite können freie Metallkationen, wie Al³⁺Zn²⁺, Na⁺usw. gelten als Säuren, da sie aus ihrer Umgebung dative (Koordinations-) Verbindungen elektronenreicher Spezies annehmen können. Ebenso reagieren sie mit den OH-Ionen^- als Metallhydroxide ausfallen:

Zn²⁺(ac) + 2 OH^-(ac) => Zn (OH)₂(s)

Alle diese sind als Lewis-Säuren bekannt, während diejenigen, die Protonen abgeben, Bronsted-Säuren sind.

Ihre Lösungen haben pH-Werte von weniger als 7

Genauer gesagt erzeugt eine Säure, die sich in irgendeinem Lösungsmittel löst (das sie nicht merklich neutralisiert), Lösungen mit einem pH-Wert von weniger als 3, obwohl unter 7 als sehr schwache Säuren betrachtet werden.

Dies kann durch die Verwendung eines Säure-Base-Indikators wie Phenolphthalein, Universalindikator oder Rotkohlsaft verifiziert werden. Jene Verbindungen, die die Farben für einen niedrigen pH-Wert verwenden, werden mit Säuren behandelt. Dies ist einer der einfachsten Tests, um die Anwesenheit von ihnen zu bestimmen.

Dasselbe kann zum Beispiel für verschiedene Bodenproben aus verschiedenen Teilen der Welt getan werden, wodurch ihre pH-Werte bestimmt werden, um sie zusammen mit anderen Variablen zu charakterisieren.

Und schließlich haben alle Säuren einen sauren Geschmack, solange sie nicht so konzentriert sind, dass sie das Gewebe der Zunge irreversibel verbrennen.

Beispiele für Säuren

Halogenwasserstoffe

Alle Halogenwasserstoffe sind saure Verbindungen, insbesondere wenn sie in Wasser gelöst sind:

-HF (Fluorwasserstoffsäure).

-HCl (Salzsäure).

-HBr (Bromwasserstoffsäure).

-HI (Iodsäure).

Oxosäuren

Oxosäuren sind die protonierten Formen der Oxoanionen:

HNO₃ (Salpetersäure).

H₂SO₄ (Schwefelsäure).

H₃PO₄ (Phosphorsäure).

HClO₄ (Perchlorsäure).

Supersäuren

Die Supersäuren sind die Mischung einer Brönsted-Säure und einer starken Lewis-Säure. Sobald sie gemischt sind, bilden sie komplexe Strukturen, in denen nach bestimmten Studien der H⁺ "Springe" in ihnen.

Seine korrosive Kraft ist so groß, dass sie Milliarden mal stärker sind als das H₂SO₄ konzentriert Sie werden verwendet, um große Moleküle, die in den rohen, in kleineren, verzweigten Molekülen vorliegen, und mit einem großen zusätzlichen wirtschaftlichen Wert zu knacken.

-BF₃/ HF

-SbF₅/ HF

-SbF₅/ HSO₃F

-CF₃SO₃H

Organische Säuren

Organische Säuren sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Carboxylgruppen (COOH) aufweisen, und unter ihnen sind:

- Zitrussäure (in vielen Früchten enthalten)

-Malic Säure (von grünen Äpfeln)

Essigsäure (aus handelsüblichem Essig)

-Buttersäure (ranzige Butter)

-Tartarsäure (der Weine)

- Und die Familie der Fettsäuren.

Referenzen

1. Torrens H. Harte und weiche Säuren und Basen. [PDF] Entnommen von: depa.fquim.unam.mx
2. Helmenstin, Anne Marie, Ph.D. (3. Mai 2018). Namen von 10 gängigen Säuren. Von: gedankenco.com
3. Chempages Netorials. Säuren und Basen: Molekülstruktur und -verhalten. Genommen von: chem.wisc.edu
4. Deziel, Chris. (27. April 2018). Allgemeine Eigenschaften von Säuren und Basen. Erleben. Von: scening.com
5. Pittsburgh Supercomputing Centre (PSC). (25. Oktober 2000). Von: psc.edu.