SYRER: KJENNETEGN OG EKSEMPLER - KJEMI - 2026

De syrer er forbindelser med høye tendenser til å avgi proton eller akseptere et elektronpar. Det er mange definisjoner (Bronsted, Arrhenius, Lewis) som kjennetegner egenskapene til syrer, og hver av dem er komplementert for å bygge et globalt bilde av denne typen forbindelser.

Fra ovennevnte perspektiv kan alle kjente stoffer være sure, men bare de som skiller seg langt over de andre anses som slike. Med andre ord: hvis et stoff er en ekstremt svak protondonor, sammenlignet med for eksempel vann, kan det sies at det ikke er en syre.

Eddiksyre, en svak syre, gir et proton (hydrogenion, uthevet i grønt) til vann i en likevektsreaksjon for å gi acetationet og hydroniumionet. Rødt: oksygen. Svart: karbon. Hvitt: hydrogen.

Dette er tilfelle, hva er egentlig syrene og deres naturlige kilder? Et typisk eksempel på dem finnes i mange frukter: for eksempel sitrus. Sitroner har sin karakteristiske smak på grunn av sitronsyre og andre komponenter.

Tungen kan oppdage tilstedeværelsen av syrer, akkurat som den gjør andre smaker. Avhengig av surhetsnivået til disse forbindelsene, blir smaken mer utålelig. På denne måten tunge fungerer som en organoleptisk måler for konsentrasjonen av syrer, spesielt konsentrasjonen av hydronium-ion (H ₃ O ⁺ ).

På den annen side finnes syrer ikke bare i mat, men også i levende organismer. På samme måte presenterer jord stoffer som kan karakterisere dem som sure; slik er tilfellet med aluminium og andre metallkationer.

Kjennetegn på syrer

Hvilke egenskaper må en forbindelse ha, i henhold til eksisterende definisjoner, for å bli betraktet som sur?

Den må kunne generere H ⁺ og OH ^- ioner ved å løse opp i vann (Arrhenius), den må donere protoner til andre arter veldig lett (Bronsted) eller til slutt, den må kunne godta et par elektroner, og være negativt ladet (Lewis).

Imidlertid er disse egenskapene nært knyttet til den kjemiske strukturen. Ved å lære å analysere det, kan dens styrke av surhet eller av et par forbindelser derfor utledes hvilken av de to som er mest sur.

- Fysiske egenskaper

Syrer har en smak, verdt overflødighet, syre og lukten deres brenner ofte neseborene. De er væsker med en klebrig eller fet struktur og har muligheten til å endre fargen på lakmuspapir og metyloransje til rød (Properties of Acids and Bases, SF).

- Evne til å generere protoner

I 1923 introduserte den danske kjemikeren Johannes Nicolaus Brønsted og den engelske kjemikeren Thomas Martin Lowry Brønsted og Lowry-teorien om at enhver forbindelse som kan overføre en proton til en hvilken som helst annen forbindelse er en syre (Encyclopædia Britannica, 1998). For eksempel når det gjelder saltsyre:

HCl → H ⁺ + Cl ^-

Brønsted og Lowrys teori forklarte ikke den sure oppførselen til visse stoffer. I 1923 introduserte den amerikanske kjemikeren Gilbert N. Lewis sin teori, der en syre betraktes som en hvilken som helst forbindelse som ved en kjemisk reaksjon er i stand til å gå sammen med et par elektroner som ikke er delt i et annet molekyl (Encyclopædia Britannica, 1998) .

På denne måten har ioner som Cu ²⁺ , Fe ²⁺ og Fe ³⁺ muligheten til å binde seg til par gratis elektroner, for eksempel fra vann for å produsere protoner på følgende måte:

Cu ²⁺ + 2H ₂ O → Cu (OH) ₂ + 2H ⁺

- De har hydrogelstoffer som er dårlige i elektrontetthet

For metan molekylet, CH ₄ , er ingen av dens hydrogenatomer elektronisk mangelfull. Dette fordi forskjellen i elektronegativiteter mellom karbon og hydrogen er veldig liten. Men hvis du erstatte en av H-atomene av en av fluor, så ville det være en merkbar endring i dipolmoment: H ₂ FC- H .

H opplever en forskyvning av elektronskyen mot det tilstøtende atom bundet til F, som er det samme, øker +. Igjen, hvis en annen H erstattes av en annen F, blir molekylet: HF ₂ C- H .

Nå δ + er enda større, fordi to F-atomer, sterkt elektronegative elektrontettheten som fjerner C, og denne sistnevnte følgelig til H . Hvis erstatningsprosessen fortsetter endelig oppnådd: F ₃ C- H .

I dette siste molekylet presenterer H , som en konsekvens av de tre nærliggende F-atomer, en markant elektronisk mangel. Denne δ + går ikke upåaktet hen for noen arter som er rike nok på elektroner til å strippe denne H og på denne måten F ₃ CH til å bli negativt ladet:

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

Ovennevnte kjemiske ligning kan også vurderes på denne måten: F ₃ CH donerer et proton (H ⁺ , H når en gang er løsrevet fra molekylet) til: N; eller, F ₃ CH henter et par elektroner fra H når et annet par blir donert til sistnevnte fra: N ^- .

- Styrke eller surhetskonstant

Hvor mye F ₃ C: ^- er til stede i løsningen? Eller, hvor mange molekyler av F ₃ CH kan gi surt hydrogen til N? For å svare på disse spørsmålene er det nødvendig å bestemme konsentrasjonen av F ₃ C: ^- eller HN og ved å bruke en matematisk ligning, etablere en numerisk verdi kalt surhetskonstanten, Ka.

Jo flere molekyler av F ₃ C: ^- eller HN produsert, jo surere F ₃ CH vil være, og desto større er Ka. På denne måten hjelper Ka med å avklare kvantitativt hvilke forbindelser som er surere enn andre; og på samme måte kaster den som syrer de hvis Ka er av ekstremt liten orden.

Noen Ka kan ha verdier som er rundt ^10-1 og 10 ^-5 , og andre, verdier milliondeler mindre som ^10-15 og ^10-35 . Det kan da sies at sistnevnte, med nevnte surhetskonstanter, er ekstremt svake syrer og kan kastes som sådan.

Hvilke av disse molekylene har den høyeste Ka: CH ₄ , CH ₃ F, CH _2- F _2, eller CHF ₃ ? Svaret ligger i mangelen på elektron-tetthet, δ +, i deres hydrogener.

Målinger

Men hva er kriteriene for å standardisere Ka-målinger? Verdien kan variere enormt avhengig av hvilken art som får H ⁺ . For eksempel, hvis: N er en sterk base, vil Ka være stor; men hvis det tvert imot er en veldig svak base, vil Ka være liten.

Ka-målinger gjøres ved å bruke den vanligste og svakeste av alle baser (og syrer): vann. Avhengig av graden av donasjon av H ⁺ til H ₂ O -molekyler , ved 25 ° C og ved et trykk på en atmosfære, er standard betingelser som er etablert for å bestemme surhetsgraden konstantene for alle forbindelsene.

Fra dette oppstår et repertoar av tabeller med surhetskonstanter for mange forbindelser, både uorganiske og organiske.

- Den har veldig stabile konjugerte baser

Syrer har meget elektronegative atomer eller enheter (aromatiske ringer) i sine kjemiske strukturer som tiltrekker elektron tetthet fra omgivende hydrogeler, og dermed får dem til å bli delvis positive og reaktive til en base.

Når protonene donerer, forvandles syren til en konjugatbase; det vil si en negativ art som er i stand til å godta H ⁺ eller gi et par elektroner. I eksemplet med CF ₃ H- molekylet er dens konjugatbase CF ₃ ^- :

CF ₃ ^- + HN <=> CHF ₃ +: N ^-

Hvis CF ₃ ^- er en veldig stabil konjugatbase, vil likevekten forskyves mer mot venstre enn til høyre. Dessuten, jo mer stabil den er, jo mer reaktiv og syrlig vil syren være.

Hvordan vet du hvor stabile de er? Det kommer an på hvordan de takler den nye negative ladningen. Hvis de effektivt kan lokalisere eller diffundere den økende elektrontettheten, vil den ikke være tilgjengelig for bruk i liming med basen H.

- De kan ha positive anklager

Ikke alle syrer har elektronmangel hydrogeler, men kan også ha andre atomer som kan ta imot elektroner, med eller uten positiv ladning.

Hvordan er dette? For eksempel, i bortrifluorid, BF ₃ , mangler B-atomet en octet av valens, så det kan danne en binding med ethvert atom som gir det et elektronpar. Hvis en anion F ^- runde i nærheten oppstår følgende kjemiske reaksjon:

BF ₃ + F ^- => BF ₄ ^-

På den annen side anses frie metallkationer, som Al ³⁺ , Zn ²⁺ , Na ⁺ , etc. som syrer, siden de kan akseptere dative (koordinasjons) bindinger av elektronrike arter fra omgivelsene. På samme måte reagerer de med OH ^- ioner for å utfelle som metallhydroksider:

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

Alle disse er kjent som Lewis-syrer, mens de som gir protoner er Bronsted-syrer.

- Oppløsningene deres har pH-verdier lavere enn 7

Figur: pH-skala.

Mer spesifikt, når en syre løses opp i et hvilket som helst løsningsmiddel (som ikke nøytraliserer den nevneverdig), genererer den løsninger med en pH-verdi lavere enn 3, selv om de under 7 blir ansett som meget svake syrer.

Dette kan verifiseres ved å bruke en syre-base-indikator, for eksempel fenolftalein, universalindikator eller lilla kåljuice. De forbindelsene som gjør fargene til de som er indikert for lav pH, blir behandlet som syrer. Dette er en av de enkleste testene for å bestemme tilstedeværelsen av dem.

Det samme kan for eksempel gjøres for forskjellige jordprøver fra forskjellige deler av verden, og bestemmer dermed deres pH-verdier for sammen med andre variabler å karakterisere dem.

Og til slutt har alle syrer sure smaker, så lenge de ikke er så konsentrerte at de irreversibelt brenner vevene i tungen.

- Evne til å nøytralisere baser

Arrhenius foreslår i sin teori at syrer, som er i stand til å generere protoner, reagerer med basenes hydroksyl for å danne salt og vann på følgende måte:

HCl + NaOH → NaCl + H ₂ O.

Denne reaksjonen kalles nøytralisering og er grunnlaget for den analytiske teknikken kalt titrering (Bruce Mahan, 1990).

Sterke syrer og svake syrer

Syrer er klassifisert i sterke syrer og svake syrer. Styrken til en syre er assosiert med dens likevektskonstant, og for syrer kalles disse konstantene syrekonstanter Ka.

Dermed har sterke syrer en stor syrekonstant, så de har en tendens til å dissosiere fullstendig. Eksempler på disse syrene er svovelsyre, saltsyre og salpetersyre, hvis syrekonstanter er så store at de ikke kan måles i vann.

På den annen side er en svak syre en hvis dissosiasjonskonstant er lav, så den er i kjemisk likevekt. Eksempler på disse syrene er eddiksyre og melkesyre og salpetersyre hvis surhetskonstanter er i størrelsesorden ^10-4 . Figur 1 viser de forskjellige surhetskonstanter for forskjellige syrer.

Figur 1: sure dissosieringskonstanter.

Eksempler på syrer

Hydrogenhalogenider

Alle hydrogenhalogenider er sure forbindelser, spesielt når de er oppløst i vann:

-HF (flussyre).

-HCl (saltsyre).

-HBr (hydrobromsyre).

-HI (jodsyre).

Oxoacids

Oksosyrer er de protonerte formene for oksygen:

HNO ₃ (salpetersyre).

H ₂ SO ₄ (svovelsyre).

H ₃ PO ₄ (fosforsyre).

HClO ₄ (perklorsyre).

Super syrer

Supersyrer er blandingen av en sterk Bronsted-syre og en sterk Lewis-syre. Når de er blandet, danner de komplekse strukturer hvor H ⁺ "hopper" i henhold til visse studier .

Deres korrosjonskraft er slik at de er milliarder ganger sterkere enn konsentrert H ₂ SO ₄ . De brukes til å knekke store molekyler som er tilstede i råolje, til mindre, forgrenede molekyler, og med stor økonomisk verdi.

-BF ₃ / HF

-SbF ₅ / HF

-SbF ₅ / HSO ₃ F

-CF ₃ SO ₃ H

Organiske syrer

Organiske syrer er karakterisert ved å ha en eller flere karboksylgrupper (COOH), og blant dem er:

-Sitronsyre (finnes i mange frukter)

Eplesyre (fra grønne epler)

-Eddiksyre (fra kommersiell eddik)

-Smørsyre (fra harsket smør)

-Vinsyre (fra viner)

-Og familien av fettsyrer.

referanser

1. Torrens H. harde og myke syrer og baser. . Hentet fra: depa.fquim.unam.mx
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. mai 2018). Navn på 10 vanlige syrer. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
3. Chempages Netorials. Syrer og baser: Molekylær struktur og atferd. Hentet fra: chem.wisc.edu
4. Deziel, Chris. (27. april 2018). Generelle kjennetegn på syrer og baser. Sciencing. Gjenopprettet fra: sciencing.com
5. Pittsburgh Supercomputing Center (PSC). (25. oktober 2000). Gjenopprettet fra: psc.edu.