Наибольшими кислотными свойствами обладает кислота: наибольшими кислотными свойствами обладает кислота ортофосфорная серная хлорная кремниевая

Содержание

Карбоновые органические кислоты кислотные свойства





    Так вот, атом водорода карбоксильной группы отделяется от нее в миллион раз легче, чем от гидроксильной группы фенола. Поэтому всякое органическое вещество, содержащее карбоксильную группу, обладает ярко выраженными кислотными свойствами. Такие вещества носят название карбоновых кислот. [c.153]

    Совокупность всех этих факторов и определяет силу кислоты в каждом конкретном случае. С некоторым упрощением можно сказать, что кислотность органических соединений падает в ряду SH-кислоты>ОН-кислоты>КН-кислоты>СН-кислоты. В этом ряду не учитываются карбоновые кислоты, проявляющие самые сильные кислотные свойства (см. табл. 5.1). [c.158]








    Муравьиная кислота является первым членом ряда насыщенных карбоновых кислот. Она отличается от остальных членов гомологического ряда тем, что обладает восстановительными свойствами, более заметно выраженными кислотными свойствами и меньшей стабильностью. В промышленности муравьиную кислоту применяют главным образом для коагуляции латекса натурального каучука и как полупродукт в производстве щавелевой кислоты и органических формиатов. [c.333]

    Успехи органической химии привели к синтезу многих но-еых органических растворителей с большим диапазоном разнообразных свойств, а с развитием лабораторной техники появилась возможность работать с новыми неорганическими растворителями при повышенных и пониженных температурах и без-Доступа влаги. Все это позволило в некоторых случаях замедлить воду, являющуюся до сих пор универсальным растворителем. Особенно часто воду заменяют другими растворителями при кислотно-основноМ титровании. Причинами служат плохая растворимость некоторых веществ в воде, что особенно характерно для многих органических соединений мешающее влияние гидролиза, например, при титровании кислот в присутствии хлоридов или соответственно ангидридов кислот нивелирующий эффект растворителя, из-за которого невозможно Проводить дифференцированное титрование сильных кислот или оснований в их смеся х высокая полярность воды, что-исключает возможность диффренцированного титрования карбоновых кислот в их смесях. Применению неводных растворителей способствовало также создание чувствительных и надежных инструментальных методов индикации точки эквивалентности. [c.337]

    Свойства. Непредельные кислоты представляют собой или ЖИДКОСТИ, ИЛИ кристаллические вещества. Низшие кислоты растворимы в воде и обладают острым кислотным запахом. Кислоты этого ряда являются значительно более сильными кислотами (особенно те, у которых двойная связь находится рядом с карбоксильной группой), чем предельные жирные кислоты. Непредельные кислоты обладают всеми характерными свойствами органических кислот, т. е. способностью давать соли, хлорангидриды, ангидриды, сложные эфиры, амиды и прочие производные карбоновых кислот. Но, кроме того, наличие этиленовой связи придает этим кислотам способность вступать з свойственные этиленовым углеводородам реакции присоединения, а также способность легко расщепляться при реакциях окисления. [c.468]

    Изменение кислотных свойств карбоновых кислот при замещении в углеродной цепи служит наглядным примером того, как введение дополнительных функциональных групп в молекулу может оказать значительное влияние на первоначальные характеристики соединения. Это явление типично для всей органической химии, поэтому при обсуждении свойств органических соединений, молекулы которых содержат несколько функциональных групп, нужно принимать во внимание их взаимное влияние, в том числе влияние присутствующего в молекуле углеводородного остатка (разд. 6.2.11). [c.165]

    Очень слабые основания. Если расположить органические соединения в ряд по их кислотно-основным свойствам, то на противоположном конце от очень слабых кислот будут находиться очень слабые основания, подобно сложным эфирам, карбоновым кислотам, амидам, кето-нам, нитросоединениям и некоторым ароматическим углеводородам. [c.115]

    Выборочные данные для представителей основных классов органических соединений суммированы в табл. 4.1 д.лИ сравнения в нее входят и наиболее известные неорганические кислоты). Из этих данных видно, что большинство органических соединений, за исключением карбоновых кислот, проявляют чрезвычайно низкую кислотность (рКа>15), которую обычно нельзя обнаружить с помощью индикаторов. Что касается природных органических соединений, то в них наиболее часто встречаются карбоксильная группа — СООН — группа со слабыми кислотными свойствами и еще менее кислая протонированная аминогруппа —ЫН . [c.102]

    В этом разделе рассматриваются особенности спектров ЯМР спиртов, фенолов и полиолов, органических аминов (включая соединения с алкилированной аминогруппой) и других азотсодержащих веществ, альдегидов, карбоновых кислот и их производных, серусодержанщх веществ и некоторых других соединений, а также соединений со смешанными функциями, В отличие от протонов углеводородного скелета, химические сдвиги и расщепление сигналов протонов, соединенных с гетероатомами, сильно зависят от структуры молекулы, а также от внешних факторов — полярности, кислотности и других свойств растворителя, концентрации, температуры образца. Эти особенности определяются характерными свойствами функциональных групп  [c.247]

    Аминокислоты — бесцветные кристаллические соединения, в большинстве случаев хорошо растворимые в воде. В структуре их находятся две функциональные группировки атомов аминная КНг и карбоксильная СООН. Последняя обусловливает кислотные свойства вещества. Эта группа характерна для карбоновых (органических) кислот. Группа Nh3 определяет основные свойства соединения. Она характерна для органических оснований — аминов. Следовательно, аминокислоты обладают одновременно свойствами кислоты и основания. Некоторые аминокислоты имеют две аминогруппы и отличаются более выраженными основными свойствами. У других аминокислот сильнее выражены кислотные свойства, так как в них входят две карбоксильные и одна аминная группы. [c.114]

    Кислотные свойства у органических соединений, в которых атом водорода связан непосредственно с атомом углерода, проявляются исключительно редко. Обычно кислотными свойствами обладают соединения, в которых атомы водорода явно положительно поляризованы, будучи связанными, например, с атомом кислорода в гидроксо-группу. Таким образом, все органические гидроксопроизводные в той или иной мере обладают кислотными свойствами. Последние у спиртов исчезающе малы, у фенолов, т. е. у ароматических гидроксопроизвод-ных в ядре, достигают уже заметной величины, но явно проявляются у карбоновых кислот, в которых гидроксо-группа в сочетании с группой =С=0 входит в состав карбоксо-группы НО- С—О. [c.76]

    Карбоксильная и сульфогруппа. Наиболее обычными функциональными группами, обусловливающими кислотные свойства органических соединений, являются карбоксильная и сульфогруппа. Большинство карбоновых кислот имеют константы диссоциации от 10 4 до 10 и поэтому легко титруются. Для фиксации конечной точки необходим индикатор с переходом окраски в щелочной области широкое применение находит фенолфталеин. [c.277]

    Можно отделить карбоновую кислоту от некислотных соединений, использовав свойство карбоновой кислоты растворяться в водном основании, в котором вещества, не обладающие кислотными свойствами, не будут растворяться. После того как разделение завершено, кислоту можно регенерировать подкислением водного раствора. Если имеют дело с твердым веществом, то смесь просто перемешивают с водным раствором щелочи и отфильтровывают раствор от нерастворимых некислотных веществ добавление минеральной кислоты к фильтрату приводит к осаждению карбоновой кислоты, которую можно отделить фильтрованием. При работе с жидкостями нужно встряхнуть смесь с водным раствором основания в делительной воронке и отделить водный слой от нерастворимого органического слоя. Добавление кислоты к водному слою также освобождает карбоновую кислоту, которую можно выделить из воды. Для полноты выделения к подкисленной -смеси часто добавляется нерастворимый в воде растворитель, например эфир. Карбоновая кислота извлекается из воды эфиром, в котором она лучше растворима летучий эфир легко удаляется от относительно высоко кипящей кислоты при перегонке. [c.556]

    Для дальнейшего исследования природы нейтральных азоторганических соединений мы использовали изменение их кислотно-основных свойств под влиянием неводных растворителей. Сильным дифференцирующим растворителем для органических оснований является уксусный ангидрид [2]. Ранее было показано, что в среде уксусного ангидрида могут быть оттитрованы вещества с константой диссоциации — 10 , нанример мочевина и тио-мочевина [3], амиды карбоновых кислот [4] и сульфоксиды [5], т. е. вещества, которые в водных растворах являются нейтральными, а в среде уксусного ангидрида ведут себя как основания. Так, в среде уксусного ангидрида раствором хлорной кислоты в диоксане можно из одной пробы раздельно оттитровать четыре группы веществ алифатические амины, ароматические амины, сульфоксиды и амиды карбоновых кислот. [c.74]

    Наиболее характерным свойством карбоновых кислот является кислотность — свойство, которому они обязаны своим названием. Их тенденция отдавать ион водорода такова, что в водном растворе существует измеримое равновесие между кислотой и ионами таким образом, карбоновые кислоты гораздо более кислые, чем любые из представителей других классов органических соединений, которые до сих пор рассматривались.[c.565]

    ТРОПОЛОНЫ — семичленные циклические оксикетоны, по своему строению и химической природе относятся к ароматическим соединениям небензоидного типа Простейший из Т.— 2 окси ци клогептатр иен 2,4,6-он-1 — бесцвет ные игольчатые кри сталлы, т. пл. 50—51 С, растворя ется в воде и в органических растворителях, легко возгоняется синтезируют из пробковой кислоты. Многие природные соединения содержат в основе структуру Т. Т. обладают фунгицидными и бак-териостатическими свойствами. Для них характерны реакции присоединения, они с трудом восстанавливаются, обычными окислителями кольцо не разрушается. Как и фенолы, Т. легко подвергаются электрофильному замещению. По кислотным свойствам Т. занимают промежуточное положение между фенолами и карбоновыми кислотами. При действии щелочей кольцо Т. изомеризуется в бензольное. [c.254]

    Кислотные красители представляют собой растворимые в воде соли органических кислот, главным образом сульфокислот, реже — карбоновых кислот, иногда — фенолов В водных растворах такие красители диссоциируют с образованием цветных анионов Компенсирующим катионом большей частью является катион натрия, реже — аммония Пигментные лаки из кислотных красителей получают переводом их в нерастворимые соли бария, кальция, свинца, марганца и др Наибольший интерес для лакокрасочной промышленности представляют соли азокрасителей Цветовая гамма их — от оранжевого до красно-фиолетового Пигментные лаки из азокрасителей (азолаки) характеризуются низкими свето- и химической стойкостью Лучшими свойствами обладают лаки на основе [c. 347]

    Например, наличие карбоксильной группы в молекуле органического соединения придает ему кислотные свойства независимо от наличия других функциональных групп и позволяет относить это вещество к классу карбоновых кислот. [c.27]

    Химические свойства. 1. Кислотность фенолов. В отличие от спиртов, фенолы обладают характером слабых кислот. Так, обыкновенный фенол (с константой ионизации ЛГ=1,7-10 ) является более слабой кислотой, чем угольная кислота и сероводород, и значительно более слабой кислотой, чем органические карбоновые кислоты, но в то же время гораздо более сильной, чем одноатомные спирты. [c.474]

    При замещении одного или нескольких атомов водорода в углеводородах на другие атомы или группы атомов, называемых функциональными группами, получают производные углеводородов галогенопроизводные, спирты, альдегиды, кетоны, кислоты и т.д. Введение той или иной функциональной группы в состав соединения, как правило, коренным образом изменяет его свойства. Например, введение карбокси-группы — СООН приводит к появлению кислотных свойств у органических соединений. Сокращенную формулу производных углеводородов можно записать в виде КФ, где R — остаток углеводородов (радикал), Ф — функциональная группа. Например, карбоновую кислоту можно представить формулой R OOH. [c.430]

    Х Кислотные красители. Представляют собой растворимые в воде соли органических кислот, главным образом сульфо-, реже, карбоновых кислот, иногда соли фенолов. В водных растворах кислотные красители диссоциируют с образованием окрашенных анионов. Компенсирующим катионом большей частью является катион натрия, реже — аммония. Константа кислотной диссоциации сульфогрупп красителей составляет 10 —10 , поэтому в условиях крашения кислотные красители проявляют свойства сильных электролитов. [c.40]

    Свойства карбоновых кислот и их производных. Органические кислоты обладают более слабыми кислотными свойствами, чем [c.128]

    КИСЛОТЫ ОРГАНИЧЕСКИЕ. Обширная группа органических соединений. Наиболее важной группой их являются карбоновые кислоты, кислотные свойства которых обусловливаются наличием в их молекуле карбоксильных групп — СООН. К К. о. относятся такие важные соединения, как амино- и иминокислоты, трикарбоно-вые кислоты, нуклеиновые кислоты, жирные и желчные кислоты. К. о. являются и многие витамины, ростовые вещества, стимуляторы (янтарная кислота). [c.134]

    Белки — основа всякой живой материи — высокомолекулярные естественные соединения, построенные из аминокислот. От них зависят все важнейшие и характерные черты и функции организма. В состав любого белка животных и растительных организмов входят аминокислоты — карбоновые кислоты, группа органических соединений, имеющих в своем составе аминогруппы (ННг) и карбоксильные группы (СООН), вследствие чего они обладают амфотерными свойствами, т. е. одновременно основными и кислотными. [c.78]

    Современная теория строения карбоновых кислот подтверждает, что карбоксил сообщает этим органическим соединениям ярко выраженные кислотные свойства. Константа диссоциации [c.13]

    Наиболее характерная особенность этих соединений — высокая кислотность атома водорода карбоксильной группы, что уже объяснялось в разд. 5.5. Карбоновые кислоты наряду с сульфокислотами (RSO3H) относятся к органическим соединениям с самыми сильными кислотными свойствами. По числу карбок- [c.163]

    Современная теория строения карбоновых кислот подтверждает, что карбоксил сообщает этим органическим соединениям ярко выраженные кислотные свойства. Константа диссоциации монокарбоновых кислот примерно равна 10- —10- . Атом водо- [c.25]

    Органические кислоты образуются при сильном окислении первичных спиртов. Они характеризуются присутствием карбоксильной группы СООН, способность которой к диссоциации придает им кислотные свойства. Первые члены ряда карбоновых кислот— бесцветные, с резким запахом жидкости, которые смешиваются с водой во всех соотношениях, средние члены ряда С4— С5) обладают навязчивым запахом, высшие — твердые вещества, похожие на парафин. Летучесть низших жирных кислот с водяным паром уменьшается с увеличением длины углеродной цепи. [c.134]

    Так же как и все другие методы, основанные на кислотных свойствах карбоксила, определение основности карбоновых кислот по анализу их металлических солей не является вполне надежным, так как не содержащие карбоксил органические вещества с ясно выраженным кислотным характером, например некоторые фенолы (см. А, II, 1), в такой же степени способны давать металлические соли, как и карбоновые кислоты. Kp ML того металлические соли дают и некоторые вещества, почти не обладающие кислотными свойствами. Возможность образования кислых и основных солей, в которых процентное содержание металла не отвечает числу активных атомов водорода, также увеличивает возможность ошибок и неверных заключений. Затем многие соли кристаллизуются с водой, что усложняет производство определения. Для некоторых кислот не удается получить нейтральные соли в чистом состоянии. [c.355]

    Щавелевая кислота является представителем двухосновных карбоновых кислот. В природе встречается во многих растениях, главным образом в щавеле, кислице и других, в виде кислой калиевой или кальциевой солей. В чистом виде представляет собой твердое кристаллическое вещество. Хорошо растворима в воде. Проявляет довольно сильные кислотные свойства. Ядовита. Щавелевая кислота образуется при окислении многих органических веществ. В настоящее время получают ее синтетическим способом— нагреванием муравьинокислого натрия или «калия до 400°. При этом выделяется водород и получается щавелевокислый натрийг [c.327]

    Оригинальную точку зрения на механизм реакции нитрования ароматических соединений выдвигает в своих работах французский исследователь Ланц [32] Он рассматривает нитрование как процесс, связанный с кислотно-основным равновесием в системе, исходя при этом из представлений Бренстедта Бренстедт [33] определяет кислоту как вещество, способное дать протоны другому веществу, которое он называет основанием Обратимая реакция, которая при этом возникает, дает начало новому основанию и новой кислоте Кислота (1) — — основание (1) 1 основание (2) + кислота (2) По Бренстедту, свойства кислоты и основания проявляются только в том случае, если кислота и основание находятся вместе Некоторые вещества в присутствии некоторых кислот имеют свойства оснований, а в присутствии некоторых оснований обнаруживают свойства кислот Например, органические карбоновые кислоты, фосфорная и азотная, которые являются кислотами по отношению к обычным основаниям, становятся уже основаниями в присутствии более энергичных кислот — серной, пиросерной и хлорной [c. 139]

    Биотин—амфолит с кислотными свойствами наличие карбоксильной группы характеризует его способность давать эфиры, присутствие основной группы препятствует извлечению органическими растворителями в кислой среде. Обработка биотина едким барием при 140° дает диамино-карбоновую кислоту так как биотин не содержит двойных связей, он может быть представлен лишь в виде бицикли-ческой кольцевой системы. При окислении молекулы монокарбоиовой кислоты азотной кислотой или щелочным раствором перманганата образуется адипиновая кислота  [c.239]

    Для взаимодействия а-окисей с кислородсодержащими соединениями (водой, спиртами, фенолами, карбоновыми кислотами), сероводородом и меркаптанами, а также с синильной кислотой и органическими соединениями со слабыми кислотными свойствами (амидами, сульфамидами и др.) наиболее типичными катализаторами являются основания. Во всех этих случаях добавляемое в реакционную массу основание (в виде NaOH, Nas Os или третичного амина) быстро образует производное исходного реагента (т. е. алкоголят, фенолят, соль кислоты) [c.390]

    Свойства карбоновых кислот и их производных. Органические кислоты обладают более слабыми кислотными свойствами, чем минеральные. Как известно, угольная кислота Н2СО3 — очень слабая кислота. Органические карбоновые кислоты слабее большинства минеральных, но сильнее угольной. Промежуточное положение карбоновых кислот доказывается тем, что минеральные кислоты вытесняют их из солей, тогда как карбоновые кислоты вытесняют угольную из бикарбоната натрия  [c.113]

    В несколько меньшей степени изучены конденсационные смолы на основе этиленимина [206] и ПЭИ [207], получаемые взаимодействием этиленимина, его гомологов или ПЭИ с диизоцианатами [208—212], S2 [212—215], акрилонитрилом [172], дифе-нилцианамидом [216], окисью этилена [217] и органическими карбонатами (218], а также полимеры алкиленкарбаматов [219], -уретанов [220] и -мочевин [220—223], этиленимидов фосфорной [224—230], тиофосфорной [231, 232], карбоновых [233—240] и сульфоновых [241] кислот. Некоторые из этих смол, обладающие хорошими диэлектрическими свойствами, высокой устойчивостью к повышенной температуре, влажности, кислотам и щелочам, способностью окрашиваться кислотными красителями и сшиваться триэтилентетрамином при комнатной температуре, используются для пропитки бумаги и тканей, а также в качестве различных адгезивов и покрытий (см. ниже). [c.224]


Урок 15. свойства оксидов неметаллов. свойства серной и азотной кислот. водородные соединения неметаллов — Химия — 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 15. Свойства оксидов неметаллов. Свойства серной и азотной кислот. Водородные соединения неметаллов

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению соединений неметаллов: оксидам неметаллов, кислородсодержащим кислотам и водородным соединениям неметаллов.

Глоссарий

Азотная кислота – HNO3 — представляет собой бесцветную «дымящуюся» на воздухе жидкость. Приобретает на воздухе желтоватый цвет из-за разложения на двуокись азота.

Аммиак – NH3 – бинарное химическое соединение азота с водородом, бесцветный токсичный газ с резким характерным запахом, 10%-ный раствор аммиака используют в медицине, называют нашатырным спиртом.

Высшие оксиды – оксиды, в которых элементы проявляют свою наибольшую валентность

Метан – CH4 — бинарное химическое соединение водорода и углерода. Бесцветный газ без запаха, основной компонент природного газа.

Серная кислота – H2SO4 – сильная двухосновная кислота. При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3 : H2O < 1, то это водный раствор серной кислоты, если > 1 — раствор SO3 в серной кислоте (олеум). Мировое производство серной кислоты около 200 млн тонн в год. Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений.

Сернистый газ – SO2 – оксид серы IV. В нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички). Токсичен. Один из основных компонентов вулканических газов.

Серный газ – SO3 – оксид серы VI. В обычных условиях легколетучая бесцветная жидкость с удушающим запахом. Весьма токсичен. При температурах ниже 16,9 °C застывает с образованием смеси различных кристаллических модификаций твёрдого SO3.

Сероводород – SH2 – бинарное химическое соединение водорода и серы. Бесцветный газ со сладковатым вкусом, обеспечивающий запах протухших куриных яиц.

Силан – SiH4 — бинарное химическое соединение водорода и кремния. Бесцветный газ с неприятным запахом.

Угарный газ – CO – монооксид углерода, оксид углерода II, бесцветный чрезвычайно токсичный газ без вкуса и запаха. Горюч. Так называемый «запах угарного газа» на самом деле представляет собой запах органических примесей. Токсическое действие оксида углерода(II) обусловлено образованием карбоксигемоглобина — значительно более прочного карбонильного комплекса с гемоглобином, по сравнению с комплексом гемоглобина с кислородом.

Углекислый газ – CO2 – диоксид углерода, оксид углерода IV, бесцветный газ, почти без запаха, но в больших концентрациях приобретает кисловатый запах, знакомый нам по газировке. Является одним из парниковых газов.

Фосфин – PH3 — бинарное химическое соединение водорода и фосфора. Бесцветный ядовитый газ без запаха, однако примеси могут дать ему запах тухлой рыбы.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Соединения неметаллов с кислородом и водородом

Неметаллы (углерод, кислород, азот, сера, галогены) могут образовывать соединения как с кислородом (оксиды), так и с водородом. Водородные соединения являются газами или жидкостями, например, вода, аммиак, сероводород, соляная кислота. Оксиды могут быть газами (углекислый или сернистый газ), жидкостями (оксид хлора(VI) и (VIII)) или твёрдыми телами (оксид фосфора(V)).

Оксиды неметаллов

Типичными примерами оксидов неметаллов являются:

Сернистый газ (SO2), серный газ (SO3), угарный газ (CO), углекислый газ (CO2), оксид фосфора V (P2O5), оксид азота I (NO), оксид азота II (NO2).

Оксиды неметаллов подразделяют на две группы – несолеобразующие (SiO, N2O, NO, CO, S2O, H2O) и солеобразующие (остальные).

Несолеобразующих оксидов немного, их обыкновенно образуют одновалентные и двухвалентные неметаллы.

Солеобразующие оксиды неметаллов при взаимодействии с водой дают соответствующую им кислоту. Исключение составляет оксид кремния IV, который нерастворим в воде. Соответствующую ему кремниевую кислоту получают косвенным путём — взаимодействием растворимых силикатов щелочных металлов с кислотами.

Высшие оксиды – это оксиды, в которых неметалл проявляет степень окисления, равную номеру группы.

Кислотные свойства оксидов. В пределах одного периода с увеличением номера группы наблюдается увеличение кислотных свойств высших оксидов и соответствующих им кислот. Например, для неметаллов третьего периода, кремниевая кислота является слабой, а хлорная кислота является одной из самых сильных.

Такая закономерность вытекает из периодического закона Менделеева. В периоде радиус атома неметалла уменьшается с увеличением номера группы, а заряд неметалла при этом увеличивается. Поэтому при движении по периоду слева направо связь между неметаллом и кислородом упрочняется, а связь неметалл-водород ослабевает, что даёт увеличение диссоциации кислоты.

В пределах одной главной подгруппы происходит ослабление кислотных свойств оксидов и кислот с увеличением номера периода.

Соединения неметаллов с водородом

Кроме соединений с кислородом, неметаллы образуют соединения с водородом. Например, метан (CH4), аммиак (NH3), вода (H2O), плавиковая кислота (HF), соляная кислота (HCl). Эти соединения представляют собой газы или жидкости.

В периодах слева направо кислотные свойства водородных соединений неметаллов в водных растворах усиливаются. Это связано с тем, что в этом направлении у атомов элементов увеличивается заряд ядра и уменьшается радиус.

В группах сверху вниз, по мере увеличения атомного радиуса, отрицательно заряженные анионы неметаллов всё слабее притягивают положительно заряженные ионы водорода. Таким образом, отщепление ионов водорода происходит проще и кислотность увеличивается.

Кислородосодержащие кислоты

Некоторые из рассматриваемых соединений при взаимодействии с водой образуют кислородосодержащие кислоты, такие как серная, азотная, фосфорная кислоты.

Азотная кислота также относится к кислородосодержащим кислотам, но не образуется при растворении соответствующих оксидов в воде. Для синтеза этой кислоты требуется более сложный процесс: смесь оксидов азота реагируют с водой с поглощением кислорода.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

  1. Решение задачи на определение участников реакции.

Условие задания:

Оксид с формулой XO2 прореагировал с 14 г CaO (оксид неметалла был взят в избытке), при этом образовалось 30 г соли CaXO3.

1) Укажите порядковый номер элемента X.

2) Какая масса (в граммах) оксида неметалла прореагировала?

3) Укажите степень окисления неметалла в оксиде XO2 (без знака)

4) Укажите максимальную степень окисления элемента X (без знака)

Шаг первый:

Составим уравнение реакции оксида неметалла с основным оксидом:

XO2 + CaO → CaXO3

Стехиометрическое соотношение CaO к CaXO3 – 1:1

Шаг второй:

Определим количество вещества CaO: M(CaO) = 56 г/моль. Количество вещества n = m/M. n(CaO) = 14/56 = 0,25 моль.

Шаг третий

Определим молярную массу элемента X. Поскольку стехиометрическое соотношение CaO к CaXO3 – 1:1, то n(CaXO3) = 0,25 моль. Определим молярную массу соединения CaXO3. M = m/n. M(CaXO3) = 30/0,25 = 120 г/моль. Молярная масса CaXO3 слладывается из атомарных масс образующих соединение элементов. Получаем уравнение:

M(Ca) + M(X) + 3*M(O) = 120

40 + M(X) + 48 = 120

M(X) = 32 г/моль

Шаг четвёртый

Определяем элемент X. Находим в таблице Менделеева элемент с молярной массой 32 г/моль. Это сера, элемент с порядковым номером 16.

Шаг пятый

Определяем массу прореагировавшего XO2. Исходя из материального баланса:

m(XO2) + m(CaO) = m(CaXO3)

m(CaO) и m(CaXO3) известны из условия задачи. Определяем m(XO2).

m(XO2) = 30 – 14 = 16 г.

Шаг шестой

Определеяем степень окисления неметалла в оксиде XO2 (без знака). Степень окисления кислорода в оксидах = -2. Значит, степень окисления X = +4. Без знака: 4.

Шаг седьмой

Определяем максимальную степень окисления элемента X (без знака). Мы определили, что элемент X – это сера. Максимальную степень окисления элементы проявляют в высших оксидах. Высший оксид для серы это SO3. Степень окисления серы в нём = +6. Без знака: 6.

Ответ:

Порядковый номер элемента X – 16. Это сера.

m(XO2) = 16 г. Степень окисления неметалла в оксиде XO2 (без знака): 4. Максимальную степень окисления элемента X (без знака): 6.

  1. Решение задачи на установление соответствия между оксидами неметаллов и соответствующим им кислотам.

Условие задания:

Соедините между собой оксиды неметаллов и кислородсодержащие кислоты, соответствующие им.

Шаг первый:

Определим среди предложенных соединений оксиды неметаллов. Это Cl2O, SO2, SO3, CO2. Остальные соединения не являются оксидами.

Шаг второй:

Определим соответствующие им кислоты. Такие кислоты получаются при взаимодействии оксидов с водой:

Cl2O + H2O → 2 HClO

SO2 + H2O → H2SO3

SO3 + H2O → H2SO3

CO2 + H2O → H2CO3

Шаг четвёртый:

Соединяем между собой оксиды неметаллов и кислородсодержащие кислоты, соответствующие им.

Ответ:

Исследование растворения породы терригенных пластов во фторсодержащих кислотных составах | Магадова

1. Ибрагимов Г.З., Сорокин В.А.Дисамутдинов Н.И. Химические реагенты для добычи нефти: Справочник рабочего. М.: Недра, 1986. 240 с.

2. Гейхман М.Г. и др. Кислотная обработка терригенных и карбонатных коллекторов: Обз. инф. М.: 000 «ИРЦ Газпром», 2007.104 с. (Серия «Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений»),

3. Глущенко В.Н., Силин М.А. Нефтепромысловая химия: Изд. в 5 тт. T. 4. Кислотная обработка скважин / Под ред. И.Т. Мищенко. М.: Интерконтакт Наука, 2010. 703 с.

4. Магадова Л.А. и др. Осадкообразование при взаимодействии кислотных составов с минералами терригенного коллектора // Нефтепромысловое дело. 2015. № 9. С. 31-36.

5. Simon D.E., Anderson M.S. Stability of Clay Minerals in Acid. Paper SPE 19422.

6. Hartman R.L. et al. Acid-Sensitive Aluminosilicates: Dissolution Kinetics and Fluid Selection for Matrix-Stimulation Treatments. SPE Production & Operations, May 2006. P. 194-204.

7. Хисметов T.B. и др.Подбор кислотных композиций для обработок призабойной зоны поданным ядерно-физических методов // Нефтяное хозяйство. 2012. № 5. С. 78-81.

8. Crowe C.W. Precipitation of Hydrated Silica From Spent Hydrofluoric Acid: How Much of a Problem Is It? Journal of Petroleum Technology, November 1986. P. 1234-1240.

9. Алексеев B.H. Количественный анализ / Под ред. П.К. Агасяна. Изд. 4-е, перераб. М.: Химия, 1972. 504 с.

10. Золотов Ю.А. и др. Основы аналитической химии: В 2 кн. Кн.1. Общие вопросы. Методы разделения: Учебник для вузов. 3-є изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2004. 361 с.

11. Miller F.A., Wilkins С.Н. Infrared Spectra and Characteristic Frequencies of Inorganic Ions. Analytical Chemistry, 1952, Vol. 24, No. 8. P. 1253-1294.

12. Nakamoto K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds. Part A: Theory and Applications in Inorganic Chemistry. 6th Edition. John Wiley & Sons, Inc., 2009. 432 pp.

Seite nicht gefunden — Портал Продуктов Группы РСС

Сообщите нам свой адрес электронной почты, чтобы подписаться на рассылку новостного бюллетеня. Предоставление адреса электронной почты является добровольным, но, если Вы этого не сделаете, мы не сможем отправить Вам информационный бюллетень. Администратором Ваших персональных данных является Акционерное Общество PCC Rokita, находящееся в Бжег-Дольном (ул. Сенкевича 4, 56-120 Бжег-Дольный, Польша ). Вы можете связаться с нашим инспектором по защите личных данных по электронной почте: .

Мы обрабатываем Ваши данные для того, чтобы отправить Вам информационный бюллетень — основанием для обработки является реализация нашей законодательно обоснованной заинтересованности или законодательно обоснованная заинтересованность третьей стороны – непосредственный маркетинг наших продуктов / продуктов группы PCC .

Как правило, Ваши данные мы будем обрабатывать до окончания нашего с Вами общения или же до момента, пока Вы не выразите свои возражения, либо если правовые нормы будут обязывать нас продолжать обработку этих данных, либо мы будем сохранять их дольше в случае потенциальных претензий, до истечения срока их хранения, регулируемого законом, в частности Гражданским кодексом.

В любое время Вы имеете право:

  • выразить возражение против обработки Ваших данных;
  • иметь доступ к Вашим данным и востребовать их копии;
  • запросить исправление, ограничение обработки или удаление Ваших данных;
  • передать Ваши персональные данные, например другому администратору, за исключением тех случаев, если их обработка регулируется законом и находится в интересах администратора;
  • подать жалобу Президенту Управления по защите личных данных.

Получателями Ваших данных могут быть компании, которые поддерживают нас в общении с Вами и помогают нам в ведении веб-сайта, внешние консалтинговые компании (такие как юридические, маркетинговые и бухгалтерские) или внешние специалисты в области IT, включая компанию Группы PCC .

Больше о том, как мы обрабатываем Ваши данные Вы можете узнать из нашего Полиса конфиденциальности.

Классификация и характерные химические свойства кислот.

Классификация кислот

Кислоты можно классифицировать исходя из разных критериев:

1) Наличие атомов кислорода в кислоте

Кислородсодержащие Бескислородные
H3PO4,HNO3,HNO2,H2SO4,H3PO4,H2CO3,H2CO3, HClO4 все органические кислоты (HCOOH, CH3COOH  и т.д.) HF, HCl, HBr, HI, H2S

2) Основность кислоты

Основностью кислоты называют число «подвижных» атомов водорода в ее молекуле, способных при диссоциации отщепляться от молекулы кислоты в виде катионов водорода H+, а также замещаться на атомы металла:

одноосновные

двухосновные

трехосновные
HBr, HCl, HNO3, HNO2, HCOOH, CH3COOH

H2SO4, H2SO3, H2CO3, H2SiO3

H3PO4

3) Летучесть

Кислоты обладают различной способностью улетучиваться из водных растворов.

Летучие Нелетучие

H2S, HCl, CH3COOH, HCOOH

H3PO4, H2SO4, высшие карбоновые кислоты

4) Растворимость

Растворимые Нерастворимые
HF, HCl, HBr, HI, H2S, H2SO3, H2SO4, HNO3, HNO2, H3PO4, H2CO3, CH3COOH, HCOOH H2SiO3, высшие карбоновые кислоты

5) Устойчивость

Устойчивые Неустойчивые
H2SO4, H3PO4, HCl, HBr, HF H2CO3, H2SO3

6) Способность к диссоциации

хорошо диссоциирующие (сильные)

малодиссоциирующие (слабые)

H2SO4, HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4

H2CO3, H2SO3, H2SiO3

7) Окисляющие свойства

слабые окислители

(проявляют окислительные свойства за счет катионов водорода H+)

сильные окислители

(проявляют окислительные свойства за счет кислотообразующего элемента)

практически все кислоты кроме HNO3 и H2SO4 (конц.)

HNO3 любой концентрации, H2SO4 (обязательно концентрированная)

Химические свойства кислот

1. Способность к диссоциации

Кислоты диссоциируют в водных растворах на катионы водорода и кислотные остатки. Как уже было сказано, кислоты делятся на хорошо диссоциирующие (сильные) и малодиссоциирующие (слабые). При записи уравнения диссоциации сильных одноосновных кислот используется либо одна направленная вправо стрелка (), либо знак равенства (=), что показывает фактически необратимость такой диссоциации. Например, уравнение диссоциации сильной соляной кислоты может быть записано двояко:

либо в таком виде: HCl = H+ + Cl

либо в таком: HCl → H+ + Cl

По сути направление стрелки говорит нам о том, что обратный процесс объединения катионов водорода с кислотными остатками (ассоциация) у сильных кислот практически не протекает.

В случае, если мы захотим написать уравнение диссоциации слабой одноосновной кислоты, мы должны использовать  в уравнении вместо знака  две стрелки . Такой знак отражает обратимость диссоциации слабых кислот — в их случае сильно выражен обратный процесс объединения катионов водорода с кислотными остатками:

CH3COOH  CH3COO + H+

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, т.е. катионы водорода от их молекул отрываются не одновременно, а по очереди. По этой причине диссоциация таких кислот выражается не одним, а несколькими уравнениями, количество которых равно основности кислоты. Например, диссоциация трехосновной фосфорной кислоты протекает в три ступени с поочередным отрывом катионов H+ :

H3PO4  H+ + H2PO4

H2PO4  H+ + HPO42-

HPO42-  H+ + PO43-

Следует отметить, что каждая следующая ступень диссоциации протекает в меньшей степени, чем предыдущая. То есть, молекулы H3PO4 диссоциируют лучше (в большей степени), чем ионы H2PO4 , которые, в свою очередь, диссоциируют лучше, чем ионы HPO42-. Связано такое явление с увеличением заряда кислотных остатков,  вследствие чего возрастает прочность связи между ними и положительными ионами H+.

Из многоосновных кислот исключением является серная кислота. Поскольку данная кислота хорошо диссоциирует по обоим ступеням, допустимо записывать уравнение ее диссоциации в одну стадию:

H2SO4 2H+ + SO42-

2. Взаимодействие кислот с металлами

Седьмым пунктом в классификации кислот мы указали их окислительные свойства. Было указано, что кислоты бывают слабыми окислителями и сильными окислителями. Подавляющее большинство кислот (практически все кроме H2SO4(конц.) и HNO3) являются слабыми окислителями, так как могут проявлять свою окисляющую способность только  за счет катионов водорода. Такие кислоты могут окислить из металлов только те, которые находятся в ряду активности левее водорода, при этом в качестве продуктов образуется соль соответствующего металла и водород. Например:

H2SO4(разб.) + Zn  ZnSO4 + H2

2HCl + Fe  FeCl2 + H2

Что касается кислот-сильных окислителей, т.е. H2SO4 (конц.) и HNO3, то список металлов, на которые они действуют, намного шире, и в него входят как все металлы до водорода в ряду активности, так и практически все после. То есть концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации, например, будут окислять даже такие малоактивные металлы, как медь, ртуть, серебро. Более подробно взаимодействие азотной кислоты и серной концентрированной с металлами, а также некоторыми другими веществами из-за их специфичности будет рассмотрено отдельно в конце данной главы.

3. Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами

Кислоты реагируют с  основными и амфотерными оксидами. Кремниевая кислота, поскольку является нерастворимой, в реакцию с малоактивными основными оксидами и амфотерными оксидами не вступает:

H2SO4 + ZnO ZnSO+ H2O

6HNO3 + Fe2O3 2Fe(NO3)3 + 3H2O

H2SiO3 + FeO ≠

4. Взаимодействие кислот с основаниями и амфотерными гидроксидами

HCl + NaOH H2O + NaCl

3H2SO4 + 2Al(OH)3  Al2(SO4)3 + 6H2O

5. Взаимодействие кислот с солями

Данная реакция протекает в случае, если образуется осадок, газ либо существенно более слабая кислота, чем та, которая вступает в реакцию. Например:

H2SO4 + Ba(NO3)2 BaSO4↓ + 2HNO3

CH3COOH + Na2SO3 CH3COONa + SO2↑ + H2O

HCOONa + HCl HCOOH + NaCl

6. Специфические окислительные свойства азотной и концентрированной серной кислот

Как уже было сказано выше, азотная кислота в любой концентрации, а также серная кислота исключительно в концентрированном состоянии являются очень сильными окислителями. В частности, в отличие от остальных кислот они окисляют не только металлы, которые находятся до водорода в ряду активности, но и практически все металлы после него (кроме платины и золота).

Так, например, они способны окислить медь, серебро и ртуть. Следует однако твердо усвоить тот факт, что ряд металлов (Fe, Cr, Al) несмотря на то, что являются довольно активными (находятся до водорода), тем не менее, не реагируют с концентрированной HNO3 и концентрированной H2SO4  без нагревания по причине явления пассивации — на поверхности таких металлов образуется защитная пленка из твердых продуктов окисления, которая не позволяет молекулами концентрированной серной  и концентрированной азотной кислот проникать вглубь металла для протекания реакции. Однако, при сильном нагревании реакция все таки протекает.

В случае взаимодействия с металлами обязательными продуктами всегда являются соль соответствующего метала и используемой кислоты, а также вода. Также всегда выделяется третий продукт, формула которого  зависит от многих факторов, в частности, таких, как активность металлов, а также концентрация кислот и температура проведения реакций.

Высокая окислительная способность концентрированной серной  и концентрированной азотной кислот позволяет им реагировать не только практическим со всеми металлами ряда активности, но даже со многими твердыми неметаллами, в частности, с фосфором, серой, углеродом. Ниже в таблице наглядно представлены продукты взаимодействия серной и азотной кислот с металлами и неметаллами в зависимости от концентрации:

7. Восстановительные свойства бескислородных кислот

Все бескислородные кислоты (кроме HF) могут проявлять восстановительные свойства за счет химического элемента, входящего в состав аниона, при действии различных окислителей. Так, например, все галогеноводородные кислоты (кроме HF) окисляются диоксидом марганца, перманганатом калия, дихроматом калия. При этом галогенид-ионы окисляются до свободных галогенов:

4HCl + MnO2 MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O

16HBr + 2KMnO4 2KBr + 2MnBr2 + 8H2O + 5Br2

14НI + K2Cr2O7 3I2↓ + 2Crl3 + 2KI + 7H2O

Среди всех галогеноводородных кислот наибольшей восстановительной активностью обладает иодоводородная кислота. В отличие от других галогеноводородных кислот ее могут окислить даже оксид и соли трехвалентного железа.

6HI + Fe2O3 2FeI2 + I2↓ + 3H2O

2HI + 2FeCl3 2FeCl2 + I2↓ + 2HCl

Высокой восстановительной активностью обладает также и сероводородная кислота H2S. Ее может окислить даже такой окислитель, как диоксид серы:

2H2S + SO2  3S↓+ 2H2O

Подкислители в птицеводстве | Лафид |

Подкислители — это препараты на основе органических и неорганических кислот, их солей и дополнительных компонентов, усиливающих их действие. Подкислители выпускаются в двух формах: сухие, предназначенные для обработки кормов, и жидкие — для подкисления воды.
Подкислители применяются для достижения следующих целей:

  • Снижения кислотосвязывающей способности кормов;

  • Подавления развития патогенных микроорганизмов в кормах и питьевой воде.

  • Для очистки оборудования в присутствии животных.

  • Все эти цели взаимосвязаны и, в конечном итоге, направлены на стимуляцию роста и нормализацию обменных процессов в организме животных (рис. 1).

  • Рассмотрим каждое действие подкислителей в отдельности.

Рис. 1 Цели применения подкислителей.

1. Снижение кислотосвязывающей способности кормов.

Кислотосвязывающая способность — это свойство, характеризующее буферность ингредиентов. Некоторые компоненты комбикормов способны понижать общую кислотность корма и нейтрализовывать соляную кислоту при попадании в желудок. Величина кислотосвязывающей способности (КСС) компонентов комбикорма при разработке рационов не является величиной, обязательной для нормирования, хотя комбикорм, приготовленный на основе компонентов с низкой КСС, имеет ряд преимуществ, особенно для молодых животных или в условиях стресса, когда при низкой кислотосвязывающей емкости предупреждаются расстройства пищеварения. В специальной литературе КСС принято выражать количеством (в мл) 0,1 М HCl, необходимым для титрации 10 г корма суспендированного в 90 мл дистиллированной воды до определенного значения рН.Особенно опасны корма с высоким значением КСС для молодняка сельскохозяйственных животных, так как их пищеварительная система не до конца сформирована, а ферментативная активность ниже, чем у взрослых животных. В то же время, именно престартерные и стартерные корма отличаются наиболее высоким уровнем протеина и, соответственно, самой высокой концентрацией белковых кормов с высоким уровнем КСС.Каковы же последствия скармливания таких кормов?Молодые животные часто не в состоянии дать адекватный ответ в виде привесов на корма из-за элементарной неспособности выделить большее количество соляной кислоты, часть которой нейтрализовалась кормом с высокой КСС. При повышении КСС рациона число случаев диареи у молодых поросят и цыплят возрастает. Это обусловлено тем, что с повышением pH переваривание протеина в желудке нарушается, создаются условия для развития энтеропатогенной микрофлоры, также ухудшается использование минеральных веществ. Недостаточно переваренный протеин может достигать нижних отделов кишечника, где усиливаются процессы брожения и в E.coli и Klebsiella, а также бактериоидов (рис. 2).

Рис. 2 Влияние кормов с высокой КСС на пищеварение животных.

Из этого следует, что для повышения продуктивного действия кормов необходимо целенаправленно снижать их КСС за счет повышения кислотности.
Наиболее эффективным способом снижения КСС кормов является применение подкислителей. В таблице 1 приведена кислотосвязывающая способность ингредиентов кормов при рН 4 до и после обработки препаратом Ацидофид.
Как видно из приведенного примера, применение подкислителей способствует значительному снижению КСС корма и снижению негативного воздействия буферности кормов на здоровье и производственные показатели молодняка животных.

Табл. 1. Буферная емкость ингредиентов кормов до и после обработки Ацидофид.

2. Подавление развития микроорганизмов и плесени.

Следующей целью применения подкислителей является подавление развития патогенных микроорганизмов в кормах и питьевой воде.Корма зачастую контаминируются патогенной микрофлорой, свободное развитие и накопление которой может стать причиной инфекционных заболеваний, особенно у молодых животных в сочетании с потреблением кормов с высокой КСС.Источником патогенных микроорганизмов является и питьевая вода. Выпойка вакцин, витаминно-минеральных комплексов, пробиотиков создают условия для развития микроорганизмов, так как энергетические компоненты в их составе служат питательной средой.Помимо наличия питательных веществ, в системе поения создаются и другие условия, способствующие росту патогенных микроорганизмов: стабильная высокая температура, низкая проточность (особенно у молодняка и во время выпойки ветеринарных препаратов), близкие к нейтральным показатели рН воды.Следует понимать, что представители патогенной микрофлоры в подавляющем большинстве являются ацидофобными микроорганизмами, для оптимального развития которых подходит рН среды близкий к нейтральному. При этом значения рН воды ниже 4,5 практически полностью исключает развитие таких микроорганизмов, как E. Coli, Salmonella и Clostridium (табл. 2).

Табл. 1. Буферная емкость ингредиентов кормов до и после обработки Ацидофид.

При этом представители полезных бактерий, таких как Lactobacillus и Bifidobacterium относятся к группе ацидофильных микроорганизмов, оптимальным уровнем рН для которых составляет 5,5. Соответственно, применение подкислителей способствует снижению рН питьевой воды, что создает оптимальные условия для развития полезных микроорганизмов и конкурентного подавления ими патогенной микрофлоры (рис. 3).

Рис. 3. Оптимальные значения рН для ацидофильных и ацидофобных микроорганизмов.

Бактерицидное действие. Действие органических кислот на бактериальную клетку условно можно разделить на прямое и опосредованное (рис. 4).
Прямое действие зависит от структуры молекулы кислоты. Общий механизм действия заключается в следующем:

• Снижение внутриклеточного рН бактерии. Данным действием обладают кислоты с высокой степенью диссоциации, в частности муравьиная. Попадая внутрь клетки данные кислоты высвобождают протоны водорода, тем самым повышая кислотность внутри клетки, что приводит к нарушению ее обменных процессов и гибели.

• Разрушение клеточной мембраны. Кислоты с низкой степенью диссоциации (пропионовая, уксусная) обладают повышенной способностью к образованию солей с калием и натрием, входящими в состав мембраны клетки. В ходе данных реакций происходит нарушение стабильности клеточной мембраны бактерии, что приводит либо к ее разрушению, либо увеличению проницаемости для кислот с высокой степенью диссоциации. Этим свойством обусловлено синергическое взаимодействие органических кислот с различными степенями диссоциации против патогенных бактерий. Проведенные исследования подтверждают, что суммарная активность муравьиной и пропионовой кислот в отношении Salmonella значительно превосходит их эффективность по отдельности.

Накопление токсических анионов органических кислот внутри бактериальной клетки приводит к нарушениям репликации бактериальной ДНК, что влечет за собой угнетение пластического обмена, а также подавляет ее способность к размножению (бактериостатический эффект).

Опосредованное воздействие органических кислот, как уже отмечалось выше, связано со снижением рН среды и созданием неблагоприятных условий для развития патогенных грамм-отрицательных бактерий, оптимальные значения рН для которых составляют 5,5–7,2.
Таким образом, применение подкислителей позволяет значительно снизить микробиальную нагрузку на организм сельскохозяйственных животных и осуществлять профилактику бактериальных заболеваний.

Рис. 4. Действие кислот на бактериальную клетку.

Механизм действия органических кислот

Прямое:
• Изменение внутриклеточного pH бактерий
• Разрушение клеточной мембраны
• Нарушение обменных процессов в бактериальной клетке
• Аккумуляция токсичных анионовв бактериальной клетке

Опосредованное:
• Снижение pH
• Стимуляуия роста молочнокислых бактерий

3. Очистка системы поения
Как уже говорилось выше, применение ветеринарных препаратов и вакцин через систему поения приводит к накоплению в ней питательных веществ для развития микроорганизмов, что приводит к образованию биопленки. Биопленка несет опасность не только здоровью животных, но и системе поения, так как микроорганизмы индуцируют накопление солей на поверхности труб, что приводит к их выходу из строя.
Очистка системы поения осуществляется посредством применения «жестких» химических средств на основе четвертичных аммонийных соединений, перекиси водорода и других. Однако в присутствии животных такие обработки невозможны. При этом содержание некоторых животных, в частности кур-несушек и родительского стада, в одних корпусах продолжается очень длительный период времени. В связи с этим возникает необходимость регулярной профилактической обработки системы поения.
Для этих целей наиболее целесообразно применять подкислители.

Состав подкислителей
Органические кислоты
Эффективность органических кислот с точки зрения подкисляющей способности, бактерицидной и фунгицидной активности напрямую связана с особенностью строения той или иной кислоты: количеством атомов углерода и карбоксильных групп. Многолетние исследования в области применения органических кислот были консолидированы в научной публикации ГНУ ВНИТИП «Руководство по использованию органических кислот и подкислителей в птицеводстве». Удельная активность кислот и некоторых солей приведены в таблице 3.

Табл. 3. Свойства органических солей и их кислот. ВНИТИП 2011.

На основании данной таблицы можно судить о потенциальной активности подкислителя, исходя из вида кислот, их концентрации и удельной активности в составе продукта.
Ниже приведены особенности органических кислот, наиболее часто встречающихся в составе коммерческих подкислителей, в том числе в продуктах, выпускаемых компанией ООО «ТекноФид».

Муравьиная кислота имеет сильную подкисляющую способность, а также высокую активность в отношении патогенных бактерий. Муравьиная кислота подвергается диссоциации внутри бактериальной клетки с высвобождением формиат-иона, ингибирующего репликацию бактериальной ДНК и нарушающего обменные процессы патогенных микроорганизмов.
Пропионовая кислота — самая эффективная органическая кислота, действующая против грибов и дрожжей (фунгицидное действие). Фунгицидные свойства пропионовой кислоты признаны эталонными в сравнении с другими органическими кислотами (в соответствии с «Руководством по использованию органических кислот и подкислителей в птицеводстве» ВНИТИП 2011). Пропионовая кислота также обладает сильным антибактериальным действием.
Уксусная кислота — обладает выраженной антифунгальной активностью и проявляет синергетическое взаимодействие в этом аспекте с пропионовой кислотой. Благодаря высокой активности против дрожжей и бактерий, уксусная кислота широко применяется в качестве консервирующего агента. Уксусная кислота обладает чрезвычайно высоким потенциалом к подкислению, уступая в этом аспекте только муравьиной кислоте. При этом уксусная кислота гораздо менее агрессивна, чем муравьиная.
Молочная кислота обладает выраженным бактерицидным действием в отношении неацидофильных бактерий, особенно Salmonella и E. Coli. В то же время, молочная кислота является питательным субстратом для нормофлоры кишечника (бифидо- и лактобактерии), соответственно она обладает пребиотическим эффектом. Помимо этого, молочная кислота оказывает положительное влияние на развитие ворсинок кишечника.
Лимонная кислота обладает сильным антибактериальным действием (ее эффективность в этом аспекте составляет 50%). Она не так резко, как муравьиная кислота, снижает уровень рН и стабильно поддерживает буферную емкость на оптимальном уровне.
Кроме того, она оказывает антистрессовое действие, является катализатором обмена веществ, синергистом антиоксидантов. Цитратион, составляющий основу лимонной кислоты, — прекрасный хелатирующий агент, обеспечивающий образование легкоусвояемых хелатных комплексов ионов микроэлементов (железо, марганец, медь, цинк, кобальт и др.).

Соли органических кислот
Как уже было сказано выше, в состав подкислителей помимо чистых органических кислот могут входить и их соли. Безусловно, чистые кислоты обладают целым рядом неоспоримых достоинств (рис. 5).

Рис. 5. Свойства кислот и солей.

Высокая антибактериальная активность, снижение рН корма и желудка, снижение КСС кормов, консервация корма.
Однако кислоты имеют и определенные недостатки, связанные с их высокой активностью. Прежде всего, необходимо выделить коррозионную активность кислот, приводящую к повреждению оборудования систем поения (для жидких подкислителей) или деталей механизмов комбикормового производства.
Помимо этого, органические кислоты являются летучими соединениями, вследствие чего они теряют активность при длительном хранении (в составе комбикормов) и в процессе производства кормов (чувствительны к высоким температурам).
Еще одной особенностью органических кислот является их быстрая диссоциация, в результате которой они быстро инактивируются в организме животных.
Помимо этого, высокая концентрация органических кислот (в случае передозировки препаратов) может повреждать слизистые оболочки ЖКТ животных.
Соли органических кислот во многом лишены этих недостатков: они более стабильны при хранении и в процессе приготовления кормов, так как не летучи, обладают менее выраженной коррозионной активностью и способны проникать в более дистальные отделы ЖКТ.
Однако соли полностью лишены способности к подкислению и снижению КСС кормов, так как не имеют протонов водорода. Бактерицидное действие солей также менее выражено, что опять же сопряжено с отсутствием протонов водорода.
В связи с вышеизложенными особенностями органических кислот и их солей можно сделать заключение: наиболее эффективный подкислитель должен иметь в своем составе как чистые кислоты, так и их соли. Именно такая комбинация обладает максимальной антибактериальной активностью и стабильностью при хранении.
На диаграмме (рис. 6) показано, что кислоты и соли диссоциируют в разных отделах ЖКТ. Кислоты начинают распадаться в желудке и практически полностью инактивируются в 12-ти перстной кишке. В то же время соли кислот способны проникать в более дистальные отделы кишечника.
При этом органические кислоты в процессе диссоциации высвобождают протоны водорода, необходимые для активации анионов кислотных остатков, присутствующих в солях.
Таким образом, между солями и кислотами наблюдается определенный синергизм: кислоты дестабилизируют клеточные мембраны бактерий, что приводит к образованию каналов, в которые могут проникать соли и высвобождать токсичные для клеток бактерий анионы.
Еще раз повторим: применение комбинации солей и кислот является более эффективным способом профилактики бактериальных инфекций, чем использование кислот и солей по отдельности.

Рис. 6. Диссоциация кислот и их солей в отделах ЖКТ.

Среднецепочечные жирные кислоты (СЦЖК)
Помимо низкомолекулярных органических кислот, в состав подкислителей могут входить среднецепочечные жирные кислоты.
Среднецепочечные жирные кислоты, или СЦЖК (лауриловая, каприловая) обладают выраженным антибактериальным действием в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также некоторых микроскопических грибов. Минимальная ингибирующая концентрация среднецепочечных жирных кислот в несколько раз превосходит показатели низкомполекулярных органических кислот. Многочисленные сравнительные эксперименты показывают, что СЦЖК по своей активности превосходят низкомолекулярные кислоты в 5, а в некоторых случаях в 20 (!) раз (в зависимости от конкретного штамма микроорганизма). Соответственно, эффективная концентрация СЦЖК также на порядок ниже, чем у стандартных органических кислот в составе подкислителей.
Антимикробная активность СЦЖК обусловлена рядом механизмов:
а) Разрушение клеточных мембран бактерий. Мембраны бактерий представляют собой двухслойную структуру, образованную фосфолипидами. Молекулы СЦЖК, обладая схожей химической структурой и размерами молекул с фосфолипидами клеточных мембран, способны встраиваться между ними. Это приводит к разрыву соединений между фосфолипидами и, как следствие, нарушению целостности клеточной мембраны. В итоге, внутреннее содержимое бактериальной клетки за счет осмоса выходит в окружающее пространство, что приводит к гибели бактериальной клетки.
б) Подкисление внутриклеточного содержимого. В результате вышеописанного процесса, приводящего к нарушению целостности клеточных мембран, в них образуются поры, в которые проникают молекулы СЦЖК, не участвовавшие во взаимодействии с фосфолипидами мембран. Так как рН внутриклеточного содержимого бактерий имеет нейтральную реакцию (6,0–7,1), возникают условия для диссоциации среднецепочечных жирных кислот. Попадая внутрь клетки, СЦЖК диссоциируют с образованием протонов, которые значительно снижают внутриклеточную рН бактерий. В итоге нарушаются обменные процессы, протекающие внутри клетки, в том числе окисли тельное фосфорилирование, что приводит к гибели патогенной бактерии.
в) Ингибирование репликации ДНК. В бактериальных клетках ДНК находятся в свободном состоянии, поэтому СЦЖК, проникающие в клетку в соответствии с механизмами описанными выше, способны встраиваться в структуру ДНК бактерий. СЦЖК способны «сшивать» между собой нити бактериальной ДНК, препятствуя ее репликации, в итоге клетка теряет способность к делению и регенерации.
Снижение вирулентности. Помимо прямого антибактериального действия, среднецепочечные жирные кислоты способствую снижению вирулентности патогенных микроорганизмов. Большинство патогенных микроорганизмов, таких как Salmonella, E.Coli, C.Perfingens и другие, для инфицирования организма должны прикрепиться к стенке кишечника. Для этого микроорганизмы выделяют специфические белки и ферменты, провоцирующие повреждение ворсинок кишечника. СЦЖК блокируют синтез бактериями липазы, вследствие чего бактерии теряют способность к адгезии. Таким образом, препарат СЦЖК значительно снижает вирулентность патогенных микроорганизмов (способность инфекционного агента — штамма микроорганизма или вируса — заражать организм животного).

Эфирные масла
Эфирные масла — высокоактивные летучие субстанции, обладающие бактерицидным действием, многократно превышающим действие антибиотиков (в аналогичных дозировках). Важно отметить, что к компонентам эфирных масел, в отличие от антибиотиков, у патогенных микроорганизмов не вырабатывается резистентности.
Свойства эфирных масел обусловлены композитным составом специфических фенолов и терпенов. Наибольшей антибактериальной активностью обладают эфирные масла тимьяна и гвоздики, а также коричный альдегид, отличающиеся высоким содержанием таких биологически активных веществ, как тимол, карвакрол, α-пинен, терпенеол, цинеол, эвгенол.
Механизм действия фенолов и терпенов на бактериальную клетку во многом сходен с действием органических кислот: разрушение клеточной мембраны, нарушение обменных процессов и репликации ДНК. Однако эффективные концентрации эфирных масел в сотни раз ниже, чем у органических кислот. Совместное применение органических кислот позволяет достичь максимальных бактерицидных и фунгицидных свойств при безопасных для животных дозировках.
Дополнительное действие эфирных масел. Помимо вышеперечисленных компонентов, обладающих выраженным действием на бактериальную и грибную клетку, в состав эфирных масел входят и другие активные компоненты, такие как кампферол, линалол, борнеол, цинеол. Эти вещества обладают противовоспалительным, успокаивающим, спазмолитическим действиями. Помимо этого, перечисленные компоненты эффективны для профилактики респираторных заболеваний различной этиологии.

Свойства подкислителей

Подкислители компании ООО «ТекноФид»: состав подкислителей

Вредно ли пить простую газированную воду?

  • Клаудиа Хаммонд
  • BBC Future

Автор фото, Getty

Часто можно услышать предупреждения о вреде чрезмерного употребления простой газированной воды — якобы она оказывает негативное воздействие на желудок, кости и зубы. Так ли это на самом деле? – решила разобраться корреспондент

BBC Future.

Всем известно, что постоянное потребление сладких газированных напитков вредно для здоровья — сочетание высокого содержания сахара с повышенной кислотностью оказывает отрицательное влияние на организм.

Если оставить на ночь монетку в стакане с колой, наутро она окажется чистой и блестящей. Причиной тому содержащаяся в напитке фосфорная кислота, которая растворяет налет окиси, покрывающий монету.

Так что полезнее пить простую воду. Но у обычной воды нет ярко выраженного вкуса, поэтому многие для разнообразия периодически пьют газированную.

Однако существует мнение, что простая газированная вода тоже вредна. Так ли это на самом деле?

Начнем с желудка. Газированной воду делает добавление двуокиси углерода (углекислоты) под давлением. Фактически вода превращается в раствор углекислоты.

Если выпить стакан такой воды залпом, то в некоторых случаях за этим могут последовать приступ икоты или несварение.

Ну а если пить медленнее и размереннее? Неужели и тогда простая газированная вода негативно воздействует на желудок?

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Есть мнение, что любой газированный напиток — даже простая газированная вода — может нанести вред здоровью

Оказывается, как раз наоборот. В рамках одного рандомизированного двойного слепого исследования, проведенного в начале 2000 гг., пациентов, страдающих диспепсией или запорами, попросили в течение 15 дней пить простую воду.

Одна группа пила газированную, другая — негазированную. Затем участников обследовали.

Выяснилось, что у пивших газированную воду состояние улучшилось, а у контрольной группы — осталось без изменений.

Потребление простой газированной воды в больших количествах может привести к вспучиванию, однако японские исследователи пришли к заключению, что у этого побочного эффекта имеется и положительная сторона.

В проведенном недавно эксперименте группа женщин ничего не ела с вечера, а наутро им давали медленно выпить стакан либо негазированной, либо газированной воды.

Обнаружилось, что при выпивании всего 250 мл воды в желудке образуется 900 мл газа. Неудивительно, что женщины испытывали чувство сытости, хотя на самом деле ничего не ели.

При этом дискомфорта участницы эксперимента не чувствовали. Поэтому простую газированную воду теперь рекомендуют в качестве средства от переедания.

Вредно для костей?

При обезвоживании, вызванном расстройством желудка, сильной рвотой или банальным похмельем, некоторые люди дают газированной воде постоять перед употреблением, чтобы из нее вышел газ.

Однако ученые, опробовавшие этот метод на группе детей с острым гастроэнтеритом, не обнаружили доказательств тому, что он действен.

Кроме того, выяснилось, что, по сравнению с регидрирующими растворами, предназначенными для восполнения содержания солей и сахара в организме, обычная газированная вода с вышедшим из нее газом содержит гораздо меньше необходимых организму натрия и калия.

Ну хорошо, если даже газированная вода не вредит желудку, то, возможно, она делает кости более хрупкими?

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Не исключено, что фосфорная кислота каким-то образом блокирует впитывание кальция костной тканью

Научных данных, однозначно подтверждающих это утверждение, не имеется.

Согласно результатам канадского исследования, опубликованным в 2001 г., у подростков, потребляющих сладкие газированные напитки (не обычную воду) в больших количествах, действительно наблюдается пониженное содержание кальция в костных тканях, но исследователи не до конца уверены, являются ли причиной сами напитки, или тот факт, что подростки, пьющие их постоянно, при этом не пьют молоко.

В 1948 г. в американском штате Массачусетс началось так называемое Фрамингемское исследование сердца — за большой группой жителей городка Фрамингема (в нескольких поколениях — исследование продолжается до сих пор) в течение многих лет велось медицинское наблюдение с целью выявить факторы риска, приводящие к развитию сердечных заболеваний.

Теперь же потомки некоторых из этих испытуемых принимают участие в Фрамингемском исследовании остеопороза, проводимом бостонским Университетом Тафтса.

В рамках этого исследования свыше 2500 участников каждые четыре года проходят всестороннее обследование. В числе целей обследования 2006 г. было изучение связи между плотностью костной ткани и потреблением газированных напитков.

Ученые проанализировали различные виды напитков, которые регулярно пьют испытуемые.

Они пришли к выводу, что у женщин (но не у мужчин), пьющих колу три раза в неделю, средняя плотность минералов в костях таза ниже, чем у тех, кто не употребляет колу так часто.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Разрушающий эффект сладких газированных напитков на зубную эмаль проявляется с течением времени

Влияния потребления иных видов газированных напитков на состав костной ткани выявлено не было. Авторы исследования выдвинули гипотезу, согласно которой причиной снижения плотности минералов могут являться кофеин и фосфорная кислота (ни того, ни другого простая газированная вода не содержит), механизм действия которых на кости еще не до конца понят.

Не исключено, что фосфорная кислота каким-то образом блокирует впитывание кальция костной тканью, но как именно это происходит, никто пока не знает.

Спустя 10 лет после объявления об этом открытии все еще продолжаются споры о том, в какой мере рацион человека может влиять на состояние его костей.

Так что, по всей вероятности, никакого негативного влияния на кости и желудок простая газированная вода не оказывает. А на зубы?

Казалось бы, любая кислота, пусть даже в слабой концентрации, должна разрушать зубную эмаль. Однако это необязательно так.

Влияние простой газированной воды на зубы очень мало изучено, но данных по другим газированным напиткам собрано уже предостаточно.

В 2007 г. Барри Оуэнс из стоматологического колледжа Теннессийского университета в Мемфисе провел сравнительное исследование разных видов газированных напитков.

Выяснилось, что наибольшей кислотностью отличаются напитки, основанные на коле. За ними следуют диетические колы, а замыкают список кофейные напитки.

Кумулятивный эффект

Оуэнс подчеркивает, что здесь важен не изначальный кислотно-щелочной баланс напитка, а то, насколько он сохраняет кислотность в присутствии других веществ, поскольку в реальности во рту присутствует слюна, а также другие продукты питания, которые могут повлиять на уровень кислотности.

Способность раствора сохранять кислотно-щелочной баланс связана с его так называемой буферной емкостью.

Наибольшей буферной емкостью обладают колы (это значит, что у них и наибольшая кислотность), далее следуют их диетические версии, затем фруктовые газированные напитки, фруктовые соки и, наконец, кофе.

Иными словами, некоторые из газированных напитков действительно могут причинить вред зубной эмали.

Пунам Джайн из стоматологической школы университета Южного Иллинойса поместила осколки зубной эмали в сосуды с различными газированными напитками на 6, 24 и 48 часов и обнаружила, что эмаль действительно начинает разрушаться.

Можно придраться к чистоте этого эксперимента, ведь в реальной жизни никто не держит напиток во рту так долго.

Но если зубы подвергаются воздействию напитков в течение многих лет, пусть каждый глоток и занимает всего несколько секунд, последствия могут оказаться такими же.

Опубликованная в 2009 г. история болезни 25-летнего банковского работника способна напугать любого.

Передние зубы молодого человека частично разрушились после того, как он четыре года подряд выпивал каждый день по поллитра колы, а затем — в течение еще трех лет — по полтора литра в день, плюс некоторое количество фруктового сока.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Исследователи выяснили, что кислотность газированной воды составляет всего 1% от кислотности сахаросодержащих газированных напитков

Впрочем, многое зависит от того, как именно пить. Данный пациент, помимо того, что нерегулярно чистил зубы, еще и «задерживал каждую порцию напитка во рту на несколько секунд, наслаждаясь его вкусом, прежде чем проглотить».

Шведские исследователи сравнили пять разных способов употребления напитков — залпом, медленными глотками и через соломинку. Выяснилось, что чем дольше напиток задерживается во рту, тем более существенно увеличивается кислотность среды в ротовой полости.

А вот если пить через соломинку, напиток сразу попадает в заднюю часть рта, и его воздействие на зубы оказывается минимальным.

Так как же насчет простой газированной воды?

Катриона Браун из Бирмингемского университета провела эксперимент, поместив удаленные человеческие зубы без признаков кариеса на 30 минут в сосуды с разными видами ароматизированной газированной воды.

Каждый зуб был предварительно покрыт лаком, за исключением небольшого участка диаметром с полсантиметра.

Обнаружилось, что напитки оказывали на зубы не меньшее, а в некоторых случаях и большее, разрушительное воздействие, чем апельсиновый сок, который, как уже установлено, размягчает зубную эмаль.

Наиболее кислотными оказались газированные воды со вкусом лимона, лайма и грейпфрута — вероятно, потому, что в качестве ароматизатора в них используется лимонная кислота.

Таким образом, ароматизированные газированные воды вовсе не так же безвредны для зубов, как обычная вода. Можно ли сказать то же самое о неароматизированной простой газированной воде?

Исследований в этой области очень мало, однако в 2001 г. сотрудники Бирмингемского университета изучили семь различных марок простой газированной воды, поместив в них удаленные человеческие зубы.

Выяснилось, что у этих напитков кислотно-щелочной баланс составляет 5-6 (то есть они менее кислотны, чем некоторые виды кол, у которых кислотно-щелочной баланс может достигать значения 2,5).

Для сравнения, баланс простой негазированной воды составляет 7 единиц, то есть равен балансу нейтральной среды. Иными словами, как и подозревали ученые, простые газированные воды являются слабыми кислотными растворами.

Однако их способность к разрушению зубов в 100 раз ниже, чем у некоторых других видов газированных напитков.

Разумеется, среда ротовой полости отличается от среды лабораторной мензурки, но пока доказательств тому, что простая газированная вода вредна для зубов, не так много.

Так что если вам поднадоела простая негазированная вода, можно разнообразить меню простой газированной. Ну а чтобы минимизировать риск для зубов, можно пить ее через соломинку.

Отказ от ответственности

Все сведения, содержащиеся в этой статье, предназначены только для общей информации и не должны рассматриваться в качестве замены медицинских советов вашего лечащего врача или любого другого профессионала из сферы здравоохранения. Би-би-си не несет ответственности и не может быть привлечена к таковой за содержание внешних интернет-сайтов, упомянутых здесь. Она также не призывает к использованию каких-либо коммерческих продуктов или услуг, упоминаемых или рекомендуемых на любом из этих сайтов. Всегда обращайтесь в вашему лечащему врачу, если у вас возникают какие бы то ни было опасения по поводу вашего здоровья.

Свойства кислот и оснований

Цели обучения

  • Перечень характеристик кислот.
  • Список свойств баз.

Свойства кислот

Кофе еще не готов?

Многие люди любят пить кофе. Чашка с утра помогает начать день. Но содержать кофеварку в чистоте может быть проблемой. Через некоторое время накапливаются известковые отложения, которые замедляют процесс пивоварения.Лучшее лекарство от этого — налить в кастрюлю уксус (разбавленную уксусную кислоту) и пропустить его через цикл заваривания. Уксус растворяет отложения и очищает кофеварку, что ускоряет процесс пивоварения до исходной скорости. Просто обязательно пропустите воду в процессе заваривания после уксуса, иначе вы получите действительно ужасный кофе.

Кислоты

Кислоты очень часто встречаются в некоторых продуктах, которые мы едим. Цитрусовые, такие как апельсины и лимоны, содержат лимонную кислоту и аскорбиновую кислоту, которая более известна как витамин С.Газированные напитки содержат фосфорную кислоту. Уксус содержит уксусную кислоту. Ваш собственный желудок использует соляную кислоту для переваривания пищи.

Кислоты представляют собой особый класс соединений из-за свойств их водных растворов. Эти свойства описаны ниже:

  1. Водные растворы кислот являются электролитами, то есть проводят электрический ток. Некоторые кислоты являются сильными электролитами, потому что они полностью ионизируются в воде, давая большое количество ионов. Другие кислоты представляют собой слабые электролиты, которые существуют в основном в неионизированной форме при растворении в воде.
  2. Кислоты имеют кислый вкус. Лимоны, уксус и кислые конфеты содержат кислоты.
  3. Кислоты меняют цвет некоторых кислотно-основных индикаторов. Два общих индикатора — это лакмусовая бумажка и фенолфталеин. Синий лакмус становится красным в присутствии кислоты, а фенолфталеин становится бесцветным.
  4. Кислоты реагируют с активными металлами с образованием газообразного водорода. Напомним, что серия активности — это список металлов в порядке убывания их реакционной способности. Металлы, которые находятся выше водорода в ряду активности, будут заменять водород кислоты в реакции однократного замещения, как показано ниже:
  1. Реакция взаимодействия кислоты и основания с образованием соединения соли и воды.Когда равные моли кислоты и основания объединяются, кислота нейтрализуется основанием. Продуктами этой реакции являются ионное соединение, обозначенное как соль, и вода.

Свойства оснований

Были ли у вас кислотные расстройства желудка?

Возможно, вы съели слишком много пиццы и через несколько часов почувствовали себя очень некомфортно. Это ощущение возникает из-за того, что вырабатывается избыток желудочной кислоты. С дискомфортом можно справиться с помощью антацида. Основа антацида вступит в реакцию с HCl в желудке и нейтрализует ее, устраняя неприятные ощущения.

Базы

Рисунок 1. Индикатор фенолфталеина в присутствии основания.

Основания обладают свойствами, которые больше всего контрастируют со свойствами кислот.

  1. Водные растворы оснований также являются электролитами. Основания могут быть сильными или слабыми, как и кислоты.
  2. Основания часто имеют горький вкус и встречаются в пищевых продуктах реже, чем кислоты. Многие основы, например мыло, скользкие на ощупь.
  3. Базы также меняют цвет индикаторов.Лакмус становится синим в присутствии основания, а фенолфталеин становится розовым.
  4. Основания не реагируют с металлами так, как кислоты.
  5. Основания реагируют с кислотами с образованием соли и воды.

Обратите внимание, что дегустация химикатов и прикосновение к ним НЕ являются хорошей лабораторной практикой и, другими словами, не делайте этого дома.

Основы менее распространены в качестве пищевых продуктов, но, тем не менее, они присутствуют во многих бытовых товарах. Многие чистящие средства содержат в качестве основы аммиак.Гидроксид натрия содержится в очистителе канализации. Антациды , которые борются с избытком желудочной кислоты, состоят из оснований, таких как гидроксид магния или гидрокарбонат натрия.

Сводка

  • Описаны свойства кислот.
  • Перечислены свойства баз.

Практика

Кислоты

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

  1. Какой из четырех растворов является кислотным?
  2. Остановите видео на 0:30 минут и спрогнозируйте электропроводность.
  3. Какого цвета изменились кислоты при добавлении универсального индикатора?
Базы

Прочтите эту страницу о химических свойствах оснований и ответьте на следующие вопросы:

  1. Что дает реакция между кислотой и основанием?
  2. Как называется эта реакция?
  3. Что происходит при реакции основания с солью аммония?

Обзор

Кислоты
  1. Все ли кислоты электролиты в воде?
  2. В какой цвет превращается синяя лакмусовая бумажка в присутствии кислоты?
  3. Что дает реакция кислоты и основания?
Базы
  1. Основания — электролиты?
  2. Какого цвета основа превращает фенолфталеин?
  3. Реагируют ли основания с металлами так же, как кислоты?

Глоссарий

  • антацид: Коммерческий препарат, нейтрализующий кислоту желудка.

10.1: Кислоты: свойства и примеры

Цели обучения

  • Изучить свойства кислот.

Многие люди любят пить кофе. Чашка с утра помогает начать день. Но содержать кофеварку в чистоте может быть проблемой. Через некоторое время накапливаются известковые отложения, которые замедляют процесс пивоварения. Лучшее лекарство от этого — налить в кастрюлю уксус (разбавленную уксусную кислоту) и пропустить его через цикл заваривания.Уксус растворяет отложения и очищает кофеварку, что ускоряет процесс пивоварения до исходной скорости. Просто обязательно пропустите воду в процессе заваривания после уксуса, иначе вы получите действительно ужасный кофе.

Кислоты

Кислоты очень часто встречаются в некоторых продуктах, которые мы едим. Цитрусовые, такие как апельсины и лимоны, содержат лимонную кислоту и аскорбиновую кислоту, более известную как витамин С. Газированные газированные напитки содержат фосфорную кислоту. Уксус содержит уксусную кислоту.Ваш собственный желудок использует соляную кислоту для переваривания пищи. Кислоты представляют собой отдельный класс соединений из-за свойств их водных растворов, как указано ниже:

  1. Водные растворы кислот являются электролитами, то есть проводят электрический ток. Некоторые кислоты являются сильными электролитами, потому что они полностью ионизируются в воде, давая большое количество ионов. Другие кислоты представляют собой слабые электролиты, которые существуют в основном в неионизированной форме при растворении в воде.
  2. Кислоты имеют кислый вкус.Лимоны, уксус и кислые конфеты содержат кислоты.
  3. Кислоты изменяют цвет определенных кислотно-щелочных индикаторов. Два общих индикатора — это лакмусовая бумажка и фенолфталеин. Синий лакмус становится красным в присутствии кислоты, а фенолфталеин становится бесцветным.
  4. Кислоты реагируют с активными металлами с образованием газообразного водорода. Напомним, что серия активности — это список металлов в порядке убывания их реакционной способности. Металлы, которые находятся выше водорода в ряду активности, будут заменять водород кислоты в реакции однократного замещения, как показано ниже:
    \ [\ ce {Zn} \ left (s \ right) + \ ce {H_2SO_4} \ left (aq \ right) \ rightarrow \ ce {ZnSO_4} \ left (aq \ right) + \ ce {H_2} \ left (g \ right) \ label {eq1} \]
  5. Реакция взаимодействия кислоты и основания с образованием соединения соли и воды.Когда равные моли кислоты и основания объединяются, кислота нейтрализуется основанием. Продуктами этой реакции являются ионное соединение, обозначенное как соль, и вода.

Вам не составит труда назвать несколько распространенных кислот, но вы можете обнаружить, что перечисление оснований немного сложнее. Вот неполный список некоторых распространенных кислот и оснований, а также некоторые химические формулы:

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Общие кислоты и их применение

Имя химика

Общее название Использует

соляная кислота, HCl

соляная кислота (используется в бассейнах) и желудочная кислота — HCl) Используется при очистке (рафинировании) металлов, при обслуживании бассейнов, а также для уборки дома.

серная кислота, H 2 SO 4

Используется в автомобильных аккумуляторах и при производстве удобрений.

азотная кислота, HNO 3

Используется при производстве удобрений, взрывчатых веществ и при добыче золота.

уксусная кислота, HC 2 H 3 O 2

уксус Основной ингредиент в уксусе.

угольная кислота, H 2 CO 3

отвечает за «физ» в газированных напитках В качестве ингредиента газированных напитков.

лимонная кислота, C 6 H 8 O 7

Используется в продуктах питания и диетических добавках. Также добавляется в качестве подкислителя в кремы, гели, жидкости и лосьоны.

ацетилсалициловая кислота, C 6 H 4 (OCOCH 3 ) CO 2 H

аспирин Активный ингредиент аспирина.

В следующем разделе мы начнем исследовать, что именно делает кислоту кислотой, а что заставляет основание действовать как основание. Взгляните на формулы, приведенные в первой таблице, и сделайте предположение.

соляная кислота

Соляная кислота — коррозионно-агрессивная сильная минеральная кислота, которая используется во многих промышленных целях.{-} (водн.)} \]

Таким образом, соляная кислота может использоваться для получения хлоридных солей. Соляная кислота — сильная кислота, так как полностью диссоциирует в воде. Соляная кислота является предпочтительной кислотой при титровании для определения количества оснований.

Серная кислота

Серная кислота — сильно коррозионная сильная минеральная кислота с молекулярной формулой \ (\ ce {h3SO4} \). Серная кислота является дипротоновой кислотой и имеет широкий спектр применения, в том числе в бытовых кислотных очистителях канализации, [ в качестве электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах и в различных чистящих средствах.Это также центральное вещество в химической промышленности.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Капли концентрированной серной кислоты быстро разлагают кусок хлопкового полотенца путем обезвоживания. (CC BY-SA 3.0; Токсичный ходок).

Поскольку гидратация серной кислоты термодинамически благоприятна (и сильно экзотермична), а ее сродство к воде достаточно велико, серная кислота является отличным дегидратирующим агентом. Концентрированная серная кислота обладает очень сильным обезвоживающим свойством, удаляя воду (\ (\ ce {h3O} \)) из других соединений, включая сахар и другие углеводы, и выделяя углерод, тепло и пар.Серная кислота ведет себя как обычная кислота в реакции с большинством металлов с образованием газообразного водорода (уравнение 14.2.1).

Азотная кислота

Азотная кислота (\ (\ ce {HNO3} \)) — это очень коррозионная минеральная кислота, которая также широко используется в качестве сильного окислителя. Азотная кислота обычно считается сильной кислотой при температуре окружающей среды. Азотную кислоту можно получить путем реакции диоксида азота (\ (\ ce {NO_2 (g)} \)) с водой.

\ [\ ce {3 NO2 (г) + h3O (l) → 2 HNO3 (ag) + NO (г)} \]

Азотная кислота реагирует с большинством металлов, но детали зависят от концентрации кислоты и природы металла.Разбавленная азотная кислота ведет себя как обычная кислота в реакции с большинством металлов (например, азотная кислота с магнием, марганцем или цинком выделяет газ \ (\ ce {h3} \)):

\ [\ ce {Mg + 2 HNO3 → Mg (NO3) 2 + h3} \]

\ [\ ce {Mn + 2 HNO3 → Mn (NO3) 2 + h3} \]

\ [\ ce {Zn + 2 HNO3 → Zn (NO3) 2 + h3} \]

Азотная кислота — это едкая кислота и мощный окислитель. Основная опасность, которую представляет он, — это химические ожоги, поскольку он выполняет кислотный гидролиз с белками (амидом) и жирами (сложным эфиром), что, следовательно, разлагает живую ткань (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).Концентрированная азотная кислота окрашивает кожу человека в желтый цвет из-за реакции с кератином

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Ожог второй степени, вызванный азотной кислотой. (CC BY-SA 3.0; Алькаман).

Угольная кислота

Углекислота — это химическое соединение с химической формулой \ (\ ce {h3CO3} \), которое также иногда называют растворами углекислого газа в воде (газированная вода), поскольку такие растворы содержат небольшие количества \ (\ ce {h3CO3 (водн.)} \).Угольная кислота, которая является слабой кислотой, образует два вида солей: карбонаты и бикарбонаты. В геологии углекислота вызывает растворение известняка с образованием бикарбоната кальция, который приводит к появлению многих особенностей известняка, таких как сталактиты и сталагмиты. Угольная кислота — это полипротонная кислота, в частности, дипротонная, что означает, что она имеет два протона, которые могут диссоциировать от исходной молекулы.

Когда диоксид углерода растворяется в воде, он находится в химическом равновесии (обсуждается в главе 15) с образованием угольной кислоты:

\ [\ ce {CO2 + h3O <=> h3CO3} \]

Реакцию можно подтолкнуть к тому, чтобы реагенты генерировали \ (\ ce {CO2 (g)} \) из раствора, что является ключом к пузырькам, наблюдаемым в газированных напитках (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): стакан газированной воды. (CC BY-SA 3.0; Невит Дильмен).

Муравьиная кислота

Муравьиная кислота (\ (\ ce {HCO2H} \)) представляет собой простейшую карбоновую кислоту и является важным промежуточным продуктом в химическом синтезе и встречается в природе, особенно у некоторых муравьев. Слово «муравейник» происходит от латинского слова «муравей», formica, имея в виду его раннее выделение путем дистилляции муравьиных тел. Муравьиная кислота широко встречается в природе в виде конъюгированного с ней формиата основания.

Лимонная кислота

Лимонная кислота (\ (\ ce {C6H8O7} \)) — слабая органическая трикарбоновая кислота, которая в природе встречается в цитрусовых.Цитрат-ион является промежуточным звеном в цикле TCA (цикл Кребса), центральном метаболическом пути для животных, растений и бактерий. Поскольку это одна из наиболее сильных пищевых кислот, лимонная кислота чаще всего используется в качестве ароматизатора и консерванта в продуктах питания и напитках, особенно в безалкогольных напитках.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): лимоны, апельсины, лаймы и другие цитрусовые содержат высокую концентрацию лимонной кислоты (CC BY-SA 2.5; Андре Карват).

Ацетилсалициловая кислота

Ацетилсалициловая кислота (также известная как аспирин) — это лекарство, используемое для лечения боли, лихорадки и воспалений.Аспирин в виде листьев ивы использовался для улучшения здоровья уже не менее 2400 лет.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): шариковая модель молекулы аспирина. (Общественное достояние; Бен Миллс).

Аспирин — белое кристаллическое слабокислотное вещество.

Сводка

Было дано краткое изложение ключевых аспектов нескольких ключевых кислот, с которыми обычно сталкиваются студенты. Кислоты представляют собой особый класс соединений из-за свойств их водных растворов.

Авторы и авторство

Кислоты и основания

Согласно теории Бренстеда, кислота является донором протонов , а основание является акцептором протонов . В кислотно-основной реакции каждая сторона равновесия имеет кислотный и основной реагент или продукт, и они могут быть нейтральными частицами или ионами.

Структурно связанные пары кислота-основание, такие как {H-A и A: (-) } или {B: (-) и B-H}, называются конъюгированными парами .Вещества, которые могут служить как кислотами, так и основаниями, например вода, называются амфотерными .

Кислотность
Относительная сила группы кислот может быть оценена путем измерения степени реакции каждого члена с общим основанием. Вода прекрасно служит общей базой для таких определений. Таким образом, для кислоты H-A ее сила пропорциональна степени ее реакции с основной водой, которая задается константой равновесия K экв .

Поскольку эти исследования обычно экстраполируются на высокие разведения, молярная концентрация воды (55,5) постоянна и может быть исключена из знаменателя. Полученное значение K называется константой кислотности , K a . Ясно, что сильные кислоты имеют больше K и , чем более слабые кислоты. Действительно, если HA полностью ионизируется в растворе, K a стремится к бесконечности ([HA] почти равно нулю). Из-за очень большого диапазона концентраций кислоты (более 10 40 ) обычно используется логарифмическая шкала кислотности (pK a ).Более сильные кислоты имеют меньшие или более отрицательные значения pK и , чем более слабые кислоты.

Во всех приведенных выше примерах вода действует как общее основание, причем самая слабая кислота и самое слабое основание будут преобладать и обязательно будут находиться на одной и той же стороне равновесия). В идеале следует использовать концентрацию кислоты не более 0,1 М. Поскольку вода является амфотерной, она может подвергаться автопротолизу, как показано в следующем уравнении. Автоионизация показана как Keq, и если рассматривать концентрацию воды, как и раньше, константа кислотности (K a ) для воды обозначается K w (водная постоянная).Таким образом, pH чистой воды составляет 7,0.

Диапазон выделяемых сильных кислот ограничен. Таким образом, кислоты, которые сильнее, чем катион гидроксония, H 3 O (+) , и слабые кислоты, имеющие сопряженные основания сильнее, чем гидроксид-анион, OH (-) , не могут быть измерены непосредственно в водном растворе. Если сильная кислота (HA) имеет Ka = 100, 0,1 М раствор в воде будет полностью ионизирован, давая концентрацию гидроксония 100 и концентрацию [HA] 10 -4 .Подобный раствор кислоты с концентрацией в 10 3 раз неочевидно отличался бы из-за выравнивающего эффекта растворителя. Термин выравнивающий эффект относится к влиянию амфотерного растворителя, такого как вода, на измерения кислотности и основности. Сила сильной кислоты выравнивается основностью растворителя, а основность сильных оснований также ограничивается кислотностью растворителя.

Поскольку многие органические реакции протекают либо в водной среде (живые клетки), либо гасятся или обрабатываются в воде, важно учитывать, как смесь кислотно-щелочного равновесия конъюгата изменяется с изменением pH.Эту информацию предоставляет простая связь, известная как уравнение Хендерсона-Хассельбаха .

Когда pH водного раствора или смеси равен pK a кислотного компонента, концентрации кислотных и основных конъюгированных форм должны быть равны (логарифм 1 равен 0). Если pH снижен на две или более единицы относительно pK a , концентрация кислоты будет больше 99%. С другой стороны, если pH (относительно pK a ) повышается на две или более единицы, концентрация основания конъюгата будет более 99%.Следовательно, смеси кислых и некислотных соединений легко разделяются путем регулирования pH водного компонента при двухфазной экстракции растворителем.

Основность
В водном растворе основание — это растворенное вещество, которое увеличивает концентрацию гидроксид-ионов. Алкоксиды металлов, такие как NaOCH 3 и KOC (CH 3 ) 3 , реагируют с водой с образованием сольватированных катионов металлов и ионов алкоксида и гидроксида. Эти 100% ионизации делают такие соединения очень сильными основаниями.Многие нейтральные основания представляют собой соединения азота. Для этого мы можем написать основные-кислотные равновесия, которые определяют K b и соответствующий pK b , как показано для аммиака в первом уравнении ниже. Однако более распространенной процедурой является определение кислотности сопряженных кислот оснований, как показано во втором уравнении (эти сопряженные кислоты обычно являются «ониевыми» катионами). Значения pK и для оснований в этой системе пропорциональны прочности основания.Обратите внимание, что в таких отношениях pK a + pK b = 14.

Большинство простых алкиламинов имеют pK a в диапазоне от 9,5 до 11,0, а их водные растворы являются основными (имеют pH От 11 до 12, в зависимости от концентрации). Первые четыре соединения в следующей таблице, включая аммиак, попадают в эту категорию. Последние шесть соединений (цветные ячейки) являются значительно более слабыми основаниями вследствие трех факторов. Первый из них — гибридизация азота.В пиридине азот sp 2 гибридизован, а в нитрилах (последняя запись) sp-гибридный азот является частью тройной связи. В каждом из этих соединений (заштриховано красным) несвязывающая электронная пара локализована на атоме азота, но увеличение s-символа приближает его к ядру азота, уменьшая его тенденцию связываться с протоном. Во-вторых, анилин и п-нитроанилин (первые две структуры, закрашенные зеленым) являются более слабыми основаниями из-за делокализации несвязывающей пары электронов азота в ароматическое кольцо (и нитрозаместитель).Это та же делокализация, которая приводит к активации бензольного кольца в сторону электрофильного замещения. Действительно, анилин является более слабым основанием, чем циклогексиламин, примерно в миллион раз, благодаря тому же фактору фенол является более сильной кислотой, чем циклогексанол. Эта делокализация электронной пары сопровождается определенной степенью регибридизации атома азота аминогруппы, но делокализация электронной пары, вероятно, является основным фактором пониженной основности этих соединений. Подобная делокализация электронных пар ответственна за очень низкую основность (и нуклеофильную реакционную способность) амидных атомов азота (последняя структура, закрашенная зеленым).

Теория Льюиса

Согласно теории Льюиса, кислота является акцептором электронной пары , а основание является донором электронной пары . Базы Льюиса также являются базами Бронстеда; однако многие кислоты Льюиса, такие как BF 3 , AlCl 3 и Mg 2+ , не являются кислотами Бренстеда. Продукт кислотно-основной реакции Льюиса представляет собой нейтральный, диполярный или заряженный комплекс, который может быть стабильной ковалентной молекулой. Как показано в верхней части следующего рисунка, координационное ковалентное связывание фосфорного основания Льюиса с борной кислотой Льюиса создает комплекс, в котором формальный заряд бора отрицательный, а заряд фосфора положительный.В этом комплексе бор приобретает конфигурацию неоновой валентной оболочки, а фосфор — конфигурацию аргона. Два примера кислотно-основного равновесия Льюиса, которые играют роль в химических реакциях, показаны в уравнениях 1 и 2 ниже.

В первом примере электронодефицитный атом алюминия связывается с ковалентным атомом хлора, разделяя одну из его несвязывающих валентных электронных пар, и, таким образом, достигает октета аргоноподобной валентной оболочки.Поскольку это разделение является односторонним (хлор вносит вклад в оба электрона), как показано, и алюминий, и хлор имеют формальные заряды. Если связь углерод-хлор в этом комплексе разрывается, и оба связывающих электрона остаются с более электроотрицательным атомом (хлор), углерод принимает положительный заряд. Мы называем такие виды углерода
карбокатионы . Карбокатионы также являются кислотами Льюиса, как показывает обратная реакция. Если заместители (R) на этих атомах не велики, комплекс будет находиться в равновесии.Однако стерические затруднения объемных заместителей могут препятствовать образованию комплексов. Полученная смесь несвязанных пар кислота / основание Льюиса была названа «фрустрированной» и демонстрирует необычные химические и каталитические свойства. Комбинация P (трет-бутил) 3 и B (C 6 F 5 ) 3 является примером.

Многие карбокатионы (но не все) могут также действовать как кислоты Бренстеда. Уравнение 3 иллюстрирует это двойное поведение для (CH 3 ) 3 C (+); кислотный центр Льюиса окрашен в красный цвет, а три из девяти кислых атомов водорода окрашены в оранжевый цвет.В своей роли кислоты Бренстеда карбокатион отдает протон основанию (гидроксид-анион) и превращается в стабильную нейтральную молекулу, имеющую двойную связь углерод-углерод.

Терминология, относящаяся к номенклатуре кислот и оснований Льюиса, часто используется химиками-органиками. Здесь термин электрофил соответствует кислоте Льюиса, а нуклеофил соответствует основанию Льюиса.

Электрофил : электронодефицитный атом, ион или молекула, имеющая сродство к электронной паре и связывающаяся с основанием или нуклеофилом.
Нуклеофил : атом, ион или молекула, имеющая электронную пару, которая может быть подарена при связывании с электрофилом (или кислотой Льюиса).

Некоторая путаница в различении основности (основной силы) и нуклеофильности (нуклеофильной силы) неизбежна. Поскольку основность — это менее хлопотное понятие; с него удобно начинать.

Основность относится к способности основания принимать протон . Основность может быть связана с pK a соответствующей конъюгированной кислоты.Самые сильные основания имеют самые слабые сопряженные кислоты и , наоборот, . В кислотно-основном равновесии самая слабая кислота и самое слабое основание будут преобладать, и они обязательно будут на одной стороне равновесия.

Растворители, такие как уксусная кислота, ацетонитрил и нитрометан, часто используются для изучения очень сильных кислот. Аналогичным образом, очень слабокислые растворители, такие как диметилсульфоксид (ДМСО), ацетонитрил, толуол, амины и аммиак, могут быть использованы для изучения кислотности очень слабых кислот.Измерения в этих растворителях можно экстраполировать на воду, и многие из них имеют большую погрешность. Как для кислот, так и для оснований указанные значения pK и , экстраполированные на воду, являются приблизительными. Таблица некоторых основных реагентов приведена ниже. Диапазон основностей замечателен, он охватывает более пятидесяти степеней десяти!

База Я (-) Класс (-) H 2 O CH 3 CO 2 (-) RS (-) CN (-) РО (-) NH 2 (-) CH 3 (-)
Conj.Кислота HI HCl H 3 O (+) CH 3 CO 2 H RSH HCN ROH NH 3 CH 4
pK a -9 -7 -1,7 4,8 8 9.1 16 33 48

Нуклеофильность — более сложное свойство. Обычно это относится к скорости реакции замещения в
галогенсодержащий атом углерода эталонного галогенида алкила, такого как CH 3 -Br.
Таким образом, нуклеофильность реагента Nu: (-) в следующей реакции замещения изменяется, как показано на диаграмме ниже. Диапазон реактивности, охватываемый этими реагентами, превышает 5000 раз, причем тиолат является наиболее реактивным.Ясно, что есть существенные различия между этими нуклеофильностями и основностями, обсужденными выше.

Нуклеофильность: CH 3 CO 2 (-)
(-)
(-) 3 (-)
3 O (-) (-) (-)
3 S (-)

Были задокументированы некоторые полезные тенденции:
(i) Для данного элемента отрицательно заряженные частицы являются более нуклеофильными (и основными), чем эквивалентные нейтральные частицы.
(ii) Для данного периода таблицы Менделеева нуклеофильность (и основность) уменьшается при движении слева направо.
(iii) Для данной группы таблицы Менделеева нуклеофильность увеличивается сверху вниз (
, то есть с увеличением размера),
, хотя существует зависимость от растворителя из-за водородных связей. Основность различается противоположным образом.

Для двух или более молекул, содержащих нуклеофильные атомы одного вида и заряда, более сильное основание обычно является более сильным нуклеофилом.Таким образом, 2,2,2-трифторэтоксид (pK a 12) является более слабым основанием и нуклеофилом, чем этоксид (pK a 16). Заметное исключение из этого правила возникает, когда вицинальный (соседний) атом несет несвязывающую электронную пару. Двумя распространенными примерами этого исключения, называемого альфа-эффект , являются ион гидроксида (pK a 15,7) по сравнению с ионом гидропероксида (pK a 11,6) и аммиак (pK a 9,3) по сравнению с гидразином (pK 8,0). В каждой из этих пар более слабое основание — более сильный нуклеофил.

Сольватация нуклеофильных анионов заметно влияет на их реакционную способность. Указанные выше нуклеофильности были получены в результате реакций в растворе метанола. Полярные протонные растворители, такие как вода и спирты, сольватируют анионы за счет взаимодействия водородных связей, как показано на диаграмме справа. Эти сольватированные частицы более стабильны и менее реакционноспособны, чем несольватированные «голые» анионы. Полярные апротонные растворители, такие как ДМСО (диметилсульфоксид), ДМФ (диметилформамид) и ацетонитрил, не сольватируют анионы почти так же хорошо, как метанол, но обеспечивают хорошую сольватацию сопутствующих катионов.Следовательно, большинство обсуждаемых здесь нуклеофилов быстрее реагируют в растворах, приготовленных из этих растворителей. Такие эффекты растворителя более выражены для небольших основных анионов, чем для крупных слабоосновных анионов. Таким образом, для реакции в растворе ДМСО наблюдается следующий порядок реактивности:

Нуклеофильность: I (-)
(-)
<Класс (-) ~ N 3 (-) 3 CO 2 (-)
(-) ~ CH 3 S (-) 3 O (-)

В отличие от порядка в метаноле (показанном выше), этот порядок примерно соответствует порядку увеличения основности.Нейтральные основания, такие как аммиак и простые первичные и вторичные амины, имеют сходную основность (pKa = от 9 до 11) и также являются хорошими нуклеофилами. В реакциях с бромистым метилом в метаноле их нуклеофильность больше, чем Cl (-) , и меньше, чем N 3 (-) . В слабоосновных апротонных растворителях они реагируют с умеренными электрофилами, такими как алкилгалогениды (Cl, Br и I) и карбонильные группы (альдегиды, кетоны, сложные эфиры и ангидриды), давая четвертичные соли из первых и имины, енамины и амиды из вторых. .Третичные амины и объемные вторичные амины являются более бедными нуклеофилами и ведут себя исключительно как основания.

Эффекты растворителя

Кислоты
Ионизация группы кислот в данном растворителе может использоваться как мера силы кислоты, и в таких случаях растворитель служит общим эталонным основанием. Определение значений K a и pK a для любой системы растворителей может быть выполнено таким же образом, как и в воде; однако кислотности, полученные для группы кислот, измеренные в разных растворителях, обычно будут разными, как по числовому значению для каждого, так и иногда в относительном порядке.

A – H
кислота
+ Sol:
растворитель
A: (-)
сопряженное основание
+ Sol – H (+)
конъюгированная кислота

Есть несколько факторов, которые влияют на измерения кислотности, сделанные в воде и других растворителях. Эти:

1. Ионизация кислоты дает ионы. Растворители с большими диэлектрическими постоянными способствуют образованию и разделению заряда.
2. Конъюгированная кислота из растворителя представляет собой катион, который стабилизируется за счет ассоциации с другими молекулами растворителя, явление, называемое сольватацией.
3. Основание, сопряженное с кислотой, представляет собой анион, который в большинстве случаев также стабилизируется сольватацией.

В качестве примеров рассмотрим следующие данные, полученные для шести сильных кислот в трех распространенных растворителях.

Экспериментальные значения pK

a для некоторых сильных кислот в различных растворителях

Соединение H 2 O ДМСО CH 3 CN
HClO 4 –10 * –10 * 1.6
CF 3 SO 3 H –10 * –10 * 2,6
HBr –9 0,8 5,8
HCl –7 1,8 10,4
H 2 SO 4 –3 1,4 7,9
CF 3 CO 2 H –0,25 3,5 12.7
* Хлорная кислота и трифторметансульфоновая кислота полностью ионизированы в воде и ДМСО.
Значение pK , равное –10, является приблизительным и предназначено для отражения высокой степени диссоциации.

Все три растворителя имеют довольно высокие диэлектрические постоянные, но вода (ε = 80) значительно больше, чем ДМСО (ε = 46,7) или ацетонитрил (ε = 37,5). Более высокая кислотность (более низкий pK a ) последних четырех соединений в воде может быть отнесена на счет диэлектрической разницы; тем не менее, лучшая сольватация анионов, обеспечиваемая водой, считается основным фактором.И ДМСО, и ацетонитрил являются плохими растворителями для анионной сольватации, следовательно, показанное выше ионизационное равновесие будет смещено влево.

Полезно сначала сосредоточить внимание на различиях pK a между водой и ДМСО. Мы делаем это, потому что вода и ДМСО имеют схожую основность, поэтому стабилизация видов кислоты, сопряженной с растворителем, не должна существенно отличаться. HBr и HCl отображают pK a s в ДМСО, которые примерно на 9-10 раз больше, чем в воде, а более слабая кислота HF второго периода показывает еще большее изменение (pK a = 3.17 в воде и 15 в ДМСО). Все сопряженные основания этих кислот представляют собой одноатомные анионы. Поскольку отрицательный заряд локализован, стабилизация анионов путем сольватации, вероятно, является наиболее важным фактором в установлении положения этих равновесий. Напротив, сопряженные основания из серной кислоты и трифторуксусной кислоты внутренне стабилизированы делокализацией заряда по двум или трем атомам кислорода. Следовательно, важность сольватации менее важна, и изменение кислотности в ДМСО снижается до 4-х кратных десяти.
Когда ацетонитрил является растворителем, измеренное значение pK a s этих кислот показывает дальнейшее увеличение, и даже самые сильные кислоты не диссоциируют полностью. Это изменение может быть в значительной степени связано с уменьшением сольватации растворителя, сопряженного с кислотой, которая является основной разновидностью катионов в разбавленных растворах. Поскольку как катионные, так и анионные частицы от кислотной ионизации плохо стабилизируются сольватацией, равновесие диссоциации находится далеко влево (небольшая ионизация).

Экспериментальный pK

a s для некоторых слабых кислот в различных растворителях

Соединение H 2 O ДМСО CH 3 CN
C 2 H 5 OH 17 29 42
CF 3 CH 2 OH 12,4 23,5 33,5
C 6 H 5 C≡CH 19 29 40.6
C 4 H 9 SH 10,5 17 28,6
CH 3 CO 2 H 4,8 12,8 22,3
C 6 H 5 CO 2 H 4,2 11,1 20,7
C 6 H 5 OH 10 18 26,6
C 6 H 5 SH 6.6 10,3 20,6

Большинство органических соединений являются гораздо более слабыми кислотами, чем сильные кислоты, описанные выше. Поэтому представляет интерес определить изменения кислотности, которые имеют место, когда такие соединения исследуются в тех же трех растворителях. Первые четыре соединения в этой таблице (заштрихованные светло-зеленым) представляют собой слабые кислоты с сопряженными основаниями, в которых заряд локализован на одном атоме (O, C и S). Замена воды в растворителе на ДМСО снижает кислотность на 10–12 десятичных степеней для атомов второго периода (C и O) и на 6.5 для третьего периода сульфгидриловой кислоты. Так же, как и в более кислых случаях, рассмотренных выше, сольватация сопряженных основных анионов является важным стабилизирующим фактором в воде, хотя более низкая плотность заряда серы снижает ее значимость. Дальнейшее увеличение pK a , которое происходит в растворах ацетонитрила, относительно ДМСО, довольно равномерно (от 10 до 12 единиц) и немного больше, чем сдвиг, обнаруженный для сильных кислот.
Последние четыре соединения (заштрихованы синим) имеют сопряженные основания, стабилизированные делокализацией заряда.Здесь снижение кислотности при переходе от воды к ДМСО снижено до 7-8 десятичных степеней для кислорода и менее 4 для серы. Как отмечалось ранее, делокализация заряда внутри аниона снижает важность стабилизации сольватации. Увеличение pK a , обнаруженное для растворов ацетонитрила, остается примерно таким же и может быть связано с плохой сольватацией в этом растворителе.

За исключением производного ацетилена, все предыдущие соединения являются гетероатомными кислотами.Подобные измерения для группы активированных угольных кислот показывают согласие с предыдущим анализом и иллюстрируют способ, которым делокализация анионного заряда снижает pK на разницу между измерениями воды и ДМСО. Обратите внимание на близкую идентичность второго и третьего примеров в следующей таблице. Как и ожидалось, увеличение pK на при переходе в ацетонитрил из ДМСО остается примерно постоянным (около 11).

Экспериментальный pK

a s для некоторых углеродных кислот в различных растворителях

Соединение H 2 O ДМСО CH 3 CN
(CH 3 CO) 2 CH 2 9 13.3 24,4
(NC) 2 Канал 2 11,2 11,2 22,2
(C 6 H 5 SO 2 ) 2 CH 2 11,6 12,2 23,2
(C 2 H 5 OCO) 2 CH 2 13,5 16,4 27,8
C 4 H 4 CH 2
циклопентадиен
15.0 18,0 31,2

Основания
Наиболее распространенное обозначение для отчета об относительной силе оснований нейтрального основания (B 🙂 — это pK a соответствующих конъюгированных кислот (эти конъюгированные кислоты часто называют «ониевыми» катионами) . Следующее уравнение показывает равновесие, участвующее в этой взаимосвязи. Обратите внимание, что сильные основания будут иметь слабокислые сопряженные кислоты, поэтому pK a пропорционален основной силе нейтрального основания.

B – H (+)
конъюгированная кислота
+ Sol:
растворитель
B:
основание
+ Sol – H (+)
конъюгированная кислота

Ранее определенные факторы, которые влияли на кислотность, теперь могут быть повторно исследованы для этого нового равновесия.

1. Ионы присутствуют в обеих частях уравнения. Следовательно, различия в диэлектрической проницаемости растворителей должны быть относительно несущественным фактором.
2. Катионы кислоты, сопряженной с основанием, и сопряженной с растворителем кислоты стабилизируются путем сольватации. Это будет решающим фактором, связанным с основностью растворителя.
3. В приведенном выше уравнении нет анионов; однако для нейтрализации заряда требуется противоанион. Поскольку один и тот же анион будет присутствовать в обеих частях уравнения, его влияние на это равновесие будет отменено.

В следующей таблице приведены значения pK и для некоторых важных азотных оснований, некоторые структуры которых показаны справа.В примерах триэтиламина и DABCO в верхней части таблицы катионный заряд относительно локализован на одном атоме азота. Заряд в лутидине может быть делокализован на кольцевых атомах углерода за счет ароматической стабилизации. Последние три примера представляют собой соединения, в которых заряд делокализован за счет резонанса (протонирование происходит у голубого азота) или внутренней водородной связи (протонная губка).
В отличие от более ранних примеров кислоты pK a s, значения для этих катионов аммония почти идентичны в воде и растворителях ДМСО.В самом деле, тот факт, что большая часть DMSO pK a s немного ниже, чем их водные аналоги, предполагает, что DMSO является немного более щелочным, чем вода. В ацетонитриле все значения pK и примерно на 10 единиц выше, чем значения DMSO.

pK

a s для некоторых видов аммония в различных растворителях

Катион аммония H 2 O ДМСО CH 3 CN
(C 2 H 5 ) 3 N – H 9019 (+)

10.75 9,0 18,5
DABCO – H (+) 8,8 8,9 18,3
Лутидин – H (+) 6,3 4,45 14
DBU – H (+) 12 12 24,3
[(CH 3 ) 2 N] 2 C = NR – H (+) 13,8 13,6 23.3
Протонная губка – H (+) 12,3 7,5 ок. 18

Указанное выше влияние растворителя на кислотность и основность может вызвать неожиданные изменения в простых кислотно-основных равновесиях. Если уксусная кислота и триэтиламин смешиваются вместе в воде, происходит быстрый перенос протона с почти количественным образованием ацетата триэтиламмония. Конъюгированные кислоты различаются по силе на 10 6 , и самая слабая из них находится в равновесии.Когда те же два соединения объединяются в растворе ДМСО, перенос протонов незначителен, поскольку уксусная кислота теперь более чем в 10 3 раз слабее кислоты, чем катион триэтиламмония.

Функция кислотности Хаммета

Измерения ионизации водных растворов кислот (и оснований) обычно ограничиваются диапазоном pH от 1,5 до 13. Относительные значения более сильных кислот (и оснований) требуют использования других растворителей, а из-за различий в диэлектрической проницаемости сольватация, и прочие отклонения от идеала, устойчивые отношения не достигаются.Выход из этой ситуации был предложен Луи Хэмметом (Колумбийский университет). Хэмметт предложил использовать серию слабых индикаторных оснований, в которых соотношение [B] / [BH + ] может быть определено колориметрически из-за отчетливо окрашенного конъюгата кислоты. Когда отношение [B] к [BH + ] становится особенно малым и экспериментально невозможно точно измерить, другой, менее щелочной индикатор, перекрывающий первый, будет служить для расширения диапазона кислотности. Дополнительные более слабые индикаторные основания позволили бы тогда перепрыгнуть через шкалу кислотности, увеличив ее примерно в 10 10 раз.Для этого определяли функцию кислотности H o , как показано с помощью следующего уравнения.

В идеале, H o обеспечивает количественную меру силы кислоты для неводных и концентрированных водных кислот Бренстеда. Функция кислотности — это мера кислотности среды или системы растворителей, обычно выражаемая в терминах ее способности отдавать протоны основанию с известной основностью. Преобладающая разновидность кислоты в разбавленных водных растворах — H 3 O + , поэтому шкала pH является наиболее часто используемой функцией кислотности в таких системах.В концентрированной серной кислоте преобладающим видом кислоты является H 3 SO 4 + , гораздо более сильная кислота, таким образом, H o является расширением шкалы pKa для очень сильных кислот.
Ключевым фактором для измерения значимого H o является выбор подходящего растворителя. Идеально. желателен слабоосновный протонный растворитель, имеющий большую диэлектрическую проницаемость, значительную степень автопротолиза и хорошую сольватацию ионов. Нетрадиционным выбором Хамметта была безводная серная кислота .Несмотря на очевидные опасения по поводу коррозионной активности, гигроскопичности и вязкости, этот выбор оказался вдохновляющим, о чем свидетельствуют следующие характеристики. Поскольку следы воды нежелательны, необходимо титрование SO 3 (дымящая серная кислота) до максимальной температуры плавления.

автопротолиз
2 H 2 SO 4 H 3 SO 4 (+) + HSO 4 (-)
Свойства безводной серной кислоты
точка плавления
точка
автопротолиз
постоянная
диэлектрическая
постоянная
pKa
10.3 ºC K ap = 2,7 10 -4 ~ 100 -2,8

В следующих таблицах перечислены некоторые индикаторные основания Hammett и H o некоторых очень сильных кислот или «суперкислот». Значение pKa индикаторных оснований определяли в водных растворах сильных кислот H 2 SO 4 и HClO 4 . Значения Ho были определены в безводной серной кислоте, и значения выше -16 являются оценочными.

90 Нитроанил.

6

y-905 —
Константы индикатора Хаммета (pKa)
Индикатор H 2 SO 4 / Вода HClO 4 / Вода
п-Нитроанилин +1,11 +1,11
-0,19
п-Нитродифениланилин -2,38
2,4-Дихлор-6-нитроаниин -3.22
2,4-Динитроанилин -4,38 -4,33
Бензалацетофенон -5,61
6-бром-2,4-динитроанилин -6,59
Антрахинон -8,15
2,4,6-тринитро -9.29

H)

Magic Acid (Магическая кислота H) · SbF 5 )

Ho для некоторых сильных кислот (pKa)
Кислота Ho
Серная кислота -12,0
Хлорная кислота -13,0
Хлорсульфоновая кислота -14,6
Фтористый водород -15.1
Фторсульфоновая кислота -15,6
Карборан суперкислоты
H (CXB 11 Y 5 Z 6 )
~ -19 -21
Фторированная сурьмяная кислота (HSbF 6 ) -21

Крепкие базы

Химикам-органикам нужны основы разной силы в качестве реагентов, адаптированных к требованиям конкретных реакций.Нейтральные соединения азота могут охватывать диапазон основности примерно 10 10 , как показано в следующей таблице. Пиридин обычно используется в качестве акцептора кислоты в реакциях с образованием побочных продуктов минеральных кислот. Его основность и нуклеофильность могут быть изменены стерическими препятствиями, как в случае лутидина (pK a = 6,3), или резонансной стабилизацией, как в случае 4-диметиламинопиридина (pK a = 9,2). Основание Хюнига относительно ненуклеофильно (из-за стерических затруднений) и, как DBU, часто используется в качестве основания в реакциях элиминирования E2, проводимых в неполярных растворителях.Основание Бартона представляет собой сильное, слабонуклеофильное нейтральное основание, которое используется в случаях, когда электрофильное замещение DBU или других аминовых оснований является проблемой.

Самыми сильными основаниями, доступными химикам-органикам, являются соли алкоксидов щелочных металлов, такие как трет-бутоксид калия (pK a = от 16 до 19), алкилы щелочных металлов, такие как реактивы Гриньяра, н-бутиллитий и димсил натрия (pK a ). = От 28 до 40 лет) и амидные соли щелочных металлов, такие как LDA (pK a = от 30 до 40) и гидрид натрия (pK a ~ 42).Все эти мощные основания являются потенциальными нуклеофилами (некоторые в большей степени, чем другие) и имеют частично ионные связи с металлами. Основания в этих диапазонах pKa используются для превращения слабых кислот C-H в пригодные для использования карбанионные металлические реагенты.

9017

Слабые C-H кислоты
Соединение рК
нитрометан 10,2
диэтилмалонат 13
Циклопентадиен 16
Ацетон 20
Ацетилен 25
Ацетонитрил 25
Диметилсульфон 28
ДМСО * 35
Трифенилметан
Трифенилметан
Этан 49

———————————-
* ДМСО = диметилсульфоксид

Некоторые примеры получения алкилметаллов вместе с аналогичными металлическими основаниями амидов показаны в следующих уравнениях.Во всех случаях используются инертные растворители, такие как бензол, циклогексан, тетрагидрофуран и простой эфир. Поскольку эти реакции продолжаются до завершения, стрелки равновесия не нарисованы.


Метилмагниййодид: CH 3 I + Mg — > CH 3 MgI (эфирный раствор)
Бутиллитий: 2 Li + C 4 H 9 X — > C 4 H 9 Li + LiX (где X = Cl, Br)
Тритил-натрий *: (C 6 H 5 ) 3 CCl + 2 Na — > (C 6 H 5 ) 3 CNa + NaCl
Димсил натрий: CH 3 SOCH 3 + NaH — > CH 3 SOCH 2 Na + H 2 : [(CH 3 ) 2 ) CH] 2 NH + C 4 H 9 Li — > [(CH 3 ) 2 ) CH] 2 NLi + C 4 H 10
LiHMDS: {(CH 3 ) 3 Si} 2 NH + C 4 H 9 Li — > {(CH 3 ) 3 Si} 2 NLi + C 4 H 10
* Этот анион красного цвета и служит индикатором.Это также одноэлектронный восстановитель.
Алкилирование нитрила: RCH 2 CN + LDA — > RCHCNLi + {(CH 3 ) 2 ) C} 2 NH;
RCHCNLi + R’X — > R’RCHCN + LiX
Альдегиды, кетоны и сложные эфиры, имеющие активированные C-H-группы, можно аналогичным образом превратить в их сопряженные основания с последующим алкилированием или присоединением к электрофильным функциям.

48 Амиак

48 Amia

48 «центр»>

Слабые NH кислоты
Соединение pK a
Пиррол 16
Анилин 27
HMDS * 27
35
Диизопропиламин 35.7
TMP * 37
Водород, H 2 ~ 42

———————————
* TMP = 2,2,6,6-Тетраметилпиперидин
* HMDS = Бис (триметилсилил) амин

Неионные сверхоснования
Недавно был получен и изучен новый класс неметаллических слабонуклеофильных нейтральных оснований. Некоторые примеры показаны на следующей диаграмме.
Основным сайтом в основании Веркаде является атом фосфора, сопряженная кислота стабилизируется трансаннулярным связыванием с азотом.Сила этих оснований может быть изменена заместителями во фланкирующих атомах азота. Фосфазеновые основания Швезингера увеличивают свою силу, поскольку дополнительные фосфазеновые звенья добавляются вместе с основным сайтом (голубым атомом азота). Все pK и s для этих оснований измерены в ацетонитриле.

Кинетическая кислотность

Наиболее распространенная кислотно-основная терминология, pK a , отражает равновесную кислотность, экстраполированную или нормированную на воду.В следующем уравнении основание B: (-) M (+) отрывает протон от кислоты HA с образованием пары сопряженных кислот и оснований (A: (-) M (+ ) и BH). Скорость прямого отрыва протона составляет k f , а скорость обратного переноса протона составляет k r . Этот вид равновесия обычно характеризуется константой равновесия K eq , которая представляет собой отношение констант скорости (k f / k r ).Если H-A является более слабой кислотой, чем H-B, равновесие будет находиться влево, и K экв. будет меньше 1.

H-A + B: (-) M (+) A: (-) M (+) + B-H
(кислота 1 ) (основание 1 ) (основание 2 ) (кислота 2 )

В случаях, когда H-A намного слабее, чем H-B, K eq может быть слишком маленьким для измерения, но при определенных обстоятельствах можно определить скорость прямого отрыва протона.Если меченый изотопом конъюгат кислоты основания используется в качестве растворителя для реакции (B-D в следующих уравнениях), то любое происходящее отщепление протона будет отмечено преобразованием H-A в D-A. Уравнение, закрашенное зеленым сверху, показывает начальную потерю протона, а второе уравнение описывает быстрое дейтерирование промежуточного сопряженного основания, A: (-) . По мере протекания этих реакций реагент H-A будет все больше обозначаться как D-A, и скорость изотопного обмена будет указывать на кинетическую кислотность H-A .Предполагается, что кинетическая кислотность примерно пропорциональна равновесной (термодинамической) кислотности, но это не всегда верно.

растворитель = B-D
H-A + B: (-) M (+) A: (-) M (+) + B-H
D-A + B: (-) M (+) A: (-) M (+) + B-D

Следующая диаграмма представляет собой поучительный пример этих принципов.Первое уравнение, выделенное желтым цветом, дает важную информацию о тяжелой воде (оксид дейтерия), которая будет использоваться в качестве растворителя в нашем эксперименте. Тяжелая вода во многих отношениях похожа на воду, но она на 10% плотнее и в десять раз слабее кислоты. 1 молярная концентрация дейтероксида натрия будет служить основанием, а эквимолярное количество 3,3-диметил-1-бутина будет служить слабой кислотой. Самый кислый водород в этом углеводороде (окрашен в красный цвет) находится в C-1. На практике нам необходимо использовать сорастворитель для полного растворения углеводорода в тяжелой воде, но это было опущено, чтобы упростить обсуждение.
Второе уравнение описывает существенные изменения, ожидаемые при объединении этих реагентов в тяжелом водном растворителе. Поскольку концевой алкин является гораздо более слабой кислотой, чем тяжелая вода, кислотно-основное равновесие не благоприятствует его сопряженному основанию. Тем не менее, если образуется ацетилид-анион даже в низкой концентрации, он должен быстро отреагировать, отрывая дейтерий от соседней молекулы оксида дейтерия. Результатом будет наблюдаемый обмен дейтерия на водород, свидетельствующий о том, что произошла кислотно-основная реакция.

Поле с зеленым затенением содержит уравнения, которые помогают нам интерпретировать экспериментальные результаты. Чтобы оценить равновесную кислотность субстрата, нам необходимо измерить константу равновесия K eq для начального кислотно-щелочного равновесия, показанного в верхней части заштрихованной рамки. Поскольку нам известны 3,3-диметил-1-бутин и тяжелая вода для K a , мы можем оценить K eq , разделив первое (10 -25 ) на второе (10 -17 ).Этот расчет показывает K eq , который было бы трудно измерить напрямую из-за его небольшой величины (10 -8 ). В самом деле, равновесная концентрация ацетилид-аниона оценивается только в 2 * 10 -10 M.
Если мы рассмотрим этот эксперимент с точки зрения кинетики, получим легко наблюдаемые доказательства терминальной алкиновой кислотности. Последние три строки уравнений в зеленой заштрихованной рамке проясняют это. Поскольку K eq представляет собой отношение констант прямой и обратной скорости, можно сделать выводы о скорости отрыва концевых протонов от алкина.Это приводит к выводу, что будет происходить достаточно быстрый обмен водород-дейтерий, даже если анион ацетилида никогда не присутствует в концентрациях, превышающих 10 -9 M.

Этот пример также демонстрирует пределы подхода изотопного обмена. Подложка 3,3-диметил-1-бутина также имеет девять других атомов водорода (окрашенных в оранжевый цвет), которые не обмениваются с дейтерием в этих условиях. Мы знаем, что эти водороды гораздо менее кислые (K a ca.10 -48 ), и интересно рассмотреть их возможное участие в кислотно-основных реакциях с помощью предыдущего анализа. Расчетное значение K eq для такого образования карбаниона составляет примерно 10 -30 с учетом девятикратного увеличения концентрации. Это означает концентрацию одного карбаниона на каждые 10 9 литров раствора. Кинетический анализ также обескураживает. Константа прямой скорости оценивается в 10 -20 Ms -1 .Следовательно, время, необходимое для обмена половины этих атомов водорода на дейтерий, составит около 100 веков!
Для изучения кинетической кислотности чрезвычайно слабых кислот (pK a s = от 30 до 50) необходимо использовать более сильные основания, которые, конечно, имеют гораздо более слабые сопряженные кислоты. Для этой цели использовали амидные анионы (pK a s = от 26 до 36).

Путем сравнения скоростей водородного обмена для различных соединений в идентичных условиях можно составить таблицы относительных кинетических кислотностей.Об интересном примере такого исследования сообщалось для группы нитроалканов, имеющих кислые α-атомы водорода. Удаление α-водорода основанием приводит к образованию конъюгированного основания, называемого аци-анионом , как показано здесь.

R 2 CH-NO 2 + B: (-) M (+) R 2 C = NO 2 (-) M (+) + B-H
нитросоединение аци-сопряженное основание

По сравнению с рассмотренным выше концевым алкином такие нитроалканы являются относительно сильными C-H кислотами.Поскольку они являются более сильными кислотами, чем вода, эксперименты по кинетическому обмену должны проводиться в более мягких условиях, чем те, которые используются для терминального алкина. Это достигается за счет использования меньших концентраций основания и снижения температуры реакции обмена. Точные значения pK и для 2-нитропропана, нитроэтана и нитрометана могут быть измерены непосредственно в водном растворе. Эти кинетическая и равновесная кислотности перечислены в таблице справа. Обратите внимание, что для этих трех соединений кинетическая кислотность изменяется противоположно равновесной кислотности.Кинетический порядок, кажется, отражает стерические препятствия и карбанионную стабильность; тогда как равновесие способствует усиленному замещению двойной связи аци-аниона.

NO 2

Соединение pK a Относительная скорость обмена
CH 3 NO 2 10,2 120
8,5 20
(CH 3 ) 2 CHNO 2 7.7 1.0


Исследования изотопного обмена, катализируемого основаниями, в соединениях, включающих более одного набора кислых водородов, дают дополнительную информацию о создании и использовании нуклеофильных конъюгированных оснований. Кетоны предоставляют множество примеров образования региоизомерного енолятного основания, и на следующей диаграмме показаны два таких случая. Как отмечалось в исследовании нитроалканов, атомы водорода на α-метильной группе обмениваются быстрее, чем на более замещенных α-атомах углерода.Уравнения на диаграмме показывают только исходный продукт от единственного обмена. Эти продукты содержат дополнительные α-водороды, которые также обмениваются в последующих реакциях такого рода, так что полная замена всех α-водородов дейтерием происходит за короткое время.
Относительная стабильность полученных енолятов увеличивается при замещении енолятной двойной связи. Уравнения, показывающие равновесные концентрации этих изомерных енолятов, будут отображены при нажатии кнопки Toggle Equations .Для определения енолятного анионного равновесия для этих кетонов использовали объемный сильный щелочной бис (триметилсилил) амид натрия (pK a = 26).

При повторном нажатии кнопки Toggle Equations выше будут отображаться относительные скорости обмена α-водорода для некоторых замещенных циклогексанонов. И снова менее замещенные α-углеродные атомы обмениваются быстрее, но обнаружено, что более высокозамещенные еноляты преобладают в условиях равновесия.Третье нажатие кнопки Toggle Equations отобразит энергетический профиль для случая 2-метилциклогексанона, который должен прояснить различие между кинетической и равновесной кислотностью. Также показаны два других примера. Эти дисплеи могут периодически переключаться.

Большинство углеродных кислот образуют сопряженные основания, которые стабилизируются делокализацией заряда на соседних гетероатомах. Эта резонансная стабилизация требует значительной структурной реорганизации исходного соединения, которая, в свою очередь, создает энергетический барьер, замедляющий скорость отрыва протонов.Например, альфа-углерод кетона или сложного эфира должен подвергаться повторной гибридизации при образовании енолят-аниона. Стереоэлектронные требования этого изменения были описаны выше, и неудивительно, что образование енолят-аниона происходит намного медленнее, чем перенос эквивалентных протонов между спиртами и другими гидроксильными соединениями. Скорости депротонирования фенола и нитрометана, соединений с почти идентичными pK a (10,0), являются поучительным примером этого фактора структурной реорганизации.Кислый протон в феноле связан с кислородом, поэтому депротонирование требует небольшого изменения структуры и происходит очень быстро. Нитрометан — это угольная кислота. Депротонирование до аци-аниона включает значительные структурные изменения и в миллион раз медленнее, чем образование фенолята. Эти структурные изменения показаны на следующей диаграмме.

Обратите внимание, что электронная пара O-H в феноле остается в основном на кислороде в соответствующем сопряженном основании, тогда как электронная пара C-H в нитрометане преимущественно смещена на кислород в его сопряженном основании (окрашен в синий цвет).Обозначенные здесь тенденции немного упрощены, поскольку не учитывались влияния растворителей и катионов.


Эта страница является собственностью Уильяма Ройша. Комментарии, вопросы и ошибки следует присылать по адресу:
[email protected]

Объяснение кислотности органических кислот

КИСЛОТА ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ

 

На этой странице объясняется кислотность простых органических кислот и рассматриваются факторы, влияющие на их относительную силу.

 

Почему органические кислоты кислые?

Органические кислоты как слабые кислоты

Для целей этой темы мы будем использовать определение кислоты как «вещества, которое отдает ионы водорода (протоны) другим вещам». Мы собираемся измерить это, посмотрев, насколько легко кислоты выделяют ионы водорода молекулам воды, когда они находятся в растворе в воде.

Кислота в растворе устанавливает это равновесие:


Примечание: Мы пишем кислоту как AH, а не как HA, потому что во всех случаях, которые мы будем рассматривать, интересующий нас водород находится в правом конце молекулы.


Ион гидроксония образуется вместе с анионом (отрицательным ионом) кислоты.

Это равновесие иногда упрощают, не обращая внимания на воду, чтобы подчеркнуть ионизацию кислоты.

Если вы напишете это так, вы должны включить государственные символы — «(aq)». Запись H + (aq) подразумевает , что ион водорода присоединен к молекуле воды как H 3 O + .Ионы водорода всегда прикрепляются к чему-либо во время химических реакций.

Органические кислоты слабые в том смысле, что ионизация очень неполная. В любой момент времени большая часть кислоты будет присутствовать в растворе в виде неионизированных молекул. Например, в случае разбавленной этановой кислоты раствор содержит около 99% молекул этановой кислоты — в любой момент только около 1% фактически ионизировано. Таким образом, положение равновесия находится значительно левее.

Сравнение сильных сторон слабых кислот

Сила слабых кислот измеряется по шкале pK .Чем меньше число на этой шкале, тем сильнее кислота.

Три соединения, которые мы будем рассматривать, вместе с их значениями pK и составляют:

Помните — чем меньше число, тем сильнее кислота. Сравнивая два других с этановой кислотой, вы увидите, что фенол намного слабее с pK a , равным 10,00, а этанол настолько слаб с pK a около 16, что он вообще не считается кислотным!

 

Почему эти кислоты кислые?

В каждом случае разрывается одна и та же связь — связь между водородом и кислородом в группе -ОН.Запись остальной части молекулы как «X»:


Примечание: Если вы не уверены в координатном ковалентном связывании (дательный ковалентный), вы можете перейти по этой ссылке. Однако это не особенно важно для остальной части текущей страницы.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу позже.


Итак. . . если в каждом случае разрывается одна и та же связь, почему эти три соединения имеют такую ​​сильно различающуюся силу кислоты?

 

Различия в концентрации кислот карбоновых кислот, фенолов и спиртов

Факторы, которые следует учитывать

На ионизацию кислоты влияют два фактора:

  • прочность разрыва связи,

  • стабильность образующихся ионов.

В этих случаях кажется, что вы каждый раз разрываете одну и ту же кислородно-водородную связь, и поэтому вы можете ожидать, что силы будут одинаковыми.


Примечание: Вы должны быть осторожны с этим. Связи не будут одинаково прочными, потому что то, что их окружает в молекуле, в каждом случае неодинаково.


Наиболее важным фактором при определении относительной силы кислоты этих молекул является природа образующихся ионов.Вы всегда получаете ион гидроксония — так что он постоянный — но природа аниона (отрицательного иона) заметно варьируется от случая к случаю.

 

этановая кислота

Этановая кислота имеет структуру:

Кислый водород присоединен к кислороду. Когда этановая кислота ионизируется, она образует этаноат-ион, CH 3 COO .

Вы могли бы разумно предположить, что структура этаноат-иона была такой, как показано ниже, но измерения длин связей показывают, что две углерод-кислородные связи идентичны и находятся где-то между одинарной и двойной связью.

Чтобы понять, почему это так, вы должны более подробно изучить связь в этаноат-ионе.


Предупреждение! Если вы еще не понимаете связь в двойной связи углерод-кислород, вам следует пропустить этот следующий фрагмент — вплоть до упрощенной структуры этаноат-иона ближе к ее концу. Это выходит за рамки всего того, что вам может понадобиться для целей UK A level.

Если вы все же решите перейти по этой ссылке, она, вероятно, перенесет вас на несколько других страниц, прежде чем вы будете готовы вернуться сюда снова. Используйте кнопку НАЗАД (или файл ИСТОРИИ или меню ПЕРЕЙТИ) в вашем браузере, чтобы вернуться на эту страницу.


Как и любая другая двойная связь, двойная связь углерод-кислород состоит из двух разных частей. Одна электронная пара находится на линии между двумя ядрами — это называется сигма-связью. Другая электронная пара находится выше и ниже плоскости молекулы в пи-связи.

Связи

Pi образуются за счет бокового перекрытия между p-орбиталями углерода и кислорода.

В этаноат-ионе одна из неподеленных пар отрицательного кислорода заканчивается почти параллельно этим p-орбиталям и перекрывается с ними.

Это приводит к делокализованной пи-системе по всей группе -COO , как в бензоле.

Во избежание путаницы все неподеленные кислородные пары исключены из этой диаграммы.

Поскольку атомы кислорода более электроотрицательны, чем углерод, делокализованная система сильно искажена, так что электроны проводят гораздо больше времени в области атомов кислорода.

Так где же во всем этом отрицательный заряд? Он был распределен по всей группе -COO , но с наибольшей вероятностью обнаружить его в области двух атомов кислорода.

Ионы этаноата могут быть изображены просто как:

Пунктирная линия представляет делокализацию.Отрицательный заряд написан в центре этого конца молекулы, чтобы показать, что он не локализован на одном из атомов кислорода.

Чем больше вы можете распределить заряд, тем более стабильным становится ион. В этом случае, если вы делокализуете отрицательный заряд по нескольким атомам, он будет гораздо менее привлекательным для ионов водорода — и, следовательно, вы с меньшей вероятностью переформируете этановую кислоту.

 

Фенол

Фенолы имеют группу -ОН, присоединенную непосредственно к бензольному кольцу.Сам фенол является простейшим из них, и к кольцу не присоединено ничего, кроме группы -ОН.

Когда связь водород-кислород в феноле разрывается, вы получаете ион феноксида, C 6 H 5 O .


Предупреждение! Вы должны понимать связь в бензоле, чтобы разобраться в следующем моменте.

Если в вашем учебном плане указано, что вам необходимо знать кислотность фенола, тогда вам нужно будет понять следующие несколько абзацев — что, в свою очередь, означает, что вам нужно будет знать о бензоле.Если в нем не упоминается фенол, пропустите его!

Если вы перейдете по этой ссылке, возможно, вам придется изучить несколько других страниц, прежде чем вы будете готовы вернуться сюда снова. Используйте кнопку НАЗАД (или файл ИСТОРИИ или меню ПЕРЕЙТИ) в вашем браузере, чтобы вернуться на эту страницу.


В этом ионе также происходит делокализация. На этот раз одна из неподеленных пар атома кислорода перекрывается с делокализованными электронами бензольного кольца.

Это перекрытие приводит к делокализации, которая распространяется от кольца на атом кислорода.В результате отрицательный заряд больше не локализуется полностью на кислороде, а распространяется вокруг всего иона.

 

Почему тогда фенол намного более слабая кислота, чем этановая кислота?

Снова подумайте об этаноат-ионе . Если бы не было делокализации, весь заряд был бы на одном из атомов кислорода, например:

Но делокализация распределяет это обвинение по всей группе COO.Поскольку кислород более электроотрицателен, чем углерод, вы можете представить себе, что большая часть заряда распределяется между двумя атомами кислорода (показано жирной красной штриховкой на этой диаграмме).

Если бы не было делокализации, один из атомов кислорода имел бы полный заряд, что было бы очень привлекательно для ионов водорода. При делокализации этот заряд распространяется на два атома кислорода, и ни один из них не будет так привлекателен для иона водорода, как если бы один из атомов кислорода нес весь заряд.

Это означает, что этаноат-ион не будет поглощать ион водорода так легко, как если бы не было делокализации. Поскольку часть его остается ионизированной, образование ионов водорода означает, что он кислый.

В ионе феноксида одиночный атом кислорода по-прежнему является наиболее электроотрицательным существом, и делокализованная система будет сильно искажена в его сторону. При этом у атома кислорода остается большая часть отрицательного заряда.

То, что происходит делокализация, делает ион феноксида более стабильным, чем он был бы в противном случае, и поэтому фенол в некоторой степени является кислым.

Однако делокализация не очень эффективно распределяла заряд. Вокруг кислорода по-прежнему много отрицательного заряда, к которому будут притягиваться ионы водорода, поэтому фенол легко переформируется. Следовательно, фенол имеет очень слабую кислотность.

 

Этанол

Этанол, CH 3 CH 2 OH, настолько слабокислый, что его вряд ли вообще можно будет считать кислотным.Если связь водород-кислород разрывается с высвобождением иона водорода, образуется ион этоксида:

В этом нет ничего общего. Невозможно сделать локализацию отрицательного заряда, который прочно остается на атоме кислорода. Этот интенсивный отрицательный заряд будет очень привлекательным для ионов водорода, поэтому этанол мгновенно переформируется.

Поскольку этанол очень плохо теряет ионы водорода, он практически не является кислым.

 

Различия в концентрации кислоты для разных карбоновых кислот

Вы можете подумать, что все карбоновые кислоты будут иметь одинаковую силу, потому что каждая из них зависит от делокализации отрицательного заряда вокруг группы -COO , чтобы сделать анион более стабильным и, таким образом, менее склонным к повторному объединению с ионом водорода. .

На самом деле, карбоновые кислоты имеют сильно разную кислотность. Одно очевидное различие заключается между метановой кислотой, HCOOH, и другими простыми карбоновыми кислотами:

905 9019

Канал 3 Канал 2 Канал 2 COOH

pK a
HCOOH 3,75
CH 3 COOH 4,76
4.82

Помните, что чем выше значение pK a , тем слабее кислота.

Почему этановая кислота слабее метановой кислоты? Это опять же зависит от стабильности образующихся анионов — от того, насколько возможно делокализовать отрицательный заряд. Чем меньше делокализован заряд, тем менее устойчив ион и слабее кислота.

Ион метаноата (из метановой кислоты):

Единственная разница между этим и этаноат-ионом — это присутствие группы CH 3 в этаноате.

Но это важно! Алкильные группы имеют тенденцию «отталкивать» электроны от себя. Это означает, что на группе -COO будет накоплен небольшой дополнительный отрицательный заряд. Любое накопление заряда сделает ион менее стабильным и более привлекательным для ионов водорода.

Следовательно, этановая кислота слабее метановой кислоты, потому что она легче переформируется из своих ионов.

Другие алкильные группы обладают эффектом «выталкивания электронов», очень похожим на метильную группу, и поэтому пропановая и бутановая кислоты по силе действия очень похожи на этановую кислоту.


Примечание: Если вам нужна дополнительная информация об индуктивном эффекте алкильных групп, вы можете прочитать о карбокатионах (ионах карбония) в разделе механизмов на этом сайте.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу, если вы решите перейти по этой ссылке.


Кислоты можно усилить, отводя заряд от конца -COO . Вы можете сделать это, прикрепив к цепи электроотрицательные атомы, такие как хлор.

Как показано в следующей таблице, чем больше хлора вы добавите, тем лучше:

CCl 3 COOH

pK a
CH 3 COOH 4,76
CH 2 ClCOOH 2.86

0,65

Трихлорэтановая кислота — довольно сильная кислота.

Добавление разных галогенов тоже имеет значение. Фтор является наиболее электроотрицательным, поэтому можно ожидать, что он наиболее успешно снимает заряд с конца -COO и, таким образом, укрепляет кислоту.

90

pK a
CH 2 FCOOH 2,66
CH 2 ClCOOH H 2,86 8
Канал 2 ICOOH 3,17

Эффект есть, но не настолько велик, как можно было ожидать.

Наконец, обратите внимание, что эффект довольно быстро спадает по мере того, как присоединенный галоген удаляется от конца -COO . Вот что произойдет, если вы переместите атом хлора по цепи в бутановой кислоте.

COOH COOH 2 COOH 2
pK a
CH 3 CH 2 CH 2 COOH 4.82
CH 3 CH 2 CHClCOOH 2,84
CH 3 CHClCH 2 COOH 4,06
4,52

Хлор эффективен для снятия заряда, когда он находится рядом с группой -COO , и гораздо меньше, поскольку он уносит еще один углерод.

 

Вопросы для проверки вашего понимания

Если это первый набор вопросов, которые вы задали, пожалуйста, прочтите вводную страницу перед тем, как начать.Вам нужно будет использовать КНОПКУ «НАЗАД» в браузере, чтобы потом вернуться сюда.

вопросов по органическим кислотам

ответов

 

Куда бы вы сейчас хотели отправиться?

В меню кислот и щелочей. . .

В меню основ органической химии. . .

В главное меню. . .

 
 

© Джим Кларк 2000 (последнее изменение — декабрь 2012 г.)

Факторы контроля относительной силы кислот и оснований

Факторы
которые контролируют относительную силу кислот и оснований


Полярность
H
Облигация

Когда все остальные факторы остаются постоянными, кислоты становятся
сильнее, чем X H
связь становится более полярной.Гидриды неметаллов второго ряда, для
например, становятся более кислыми, поскольку разница между
электроотрицательность атомов X и H возрастает. ВЧ
самая сильная из этих четырех кислот, а CH 4 — одна из
самые слабые известные кислоты Бренстеда.

ВЧ K a = 7,2 x 10 -4 EN
= 1.8
H 2 O K a = 1,8 x 10 -16 EN
= 1,2
NH 3 K a = 1 x 10 -33 EN
= 0.8
Канал 4 K a = 1 x 10 -49 EN
= 0,4

Когда эти соединения действуют как кислота, связь H- X
разорваны с образованием ионов H + и X
чем полярнее эта связь, тем легче образовывать эти ионы. Таким образом,
чем полярнее связь, тем сильнее кислота.

Раствор 0,1 M HF умеренно кислый. Вода
гораздо менее кислый, а кислотность аммиака настолько мала, что
в химии водных растворов этого соединения преобладают
его способность действовать как база.

ВЧ pH = 2,1
H 2 O pH = 7
NH 3 pH = 11.1


Размер X Atom

На первый взгляд можно было ожидать, что HF, HCl, HBr и HI
станут более слабыми кислотами, когда мы спустимся вниз по этой колонке
периодической таблицы, потому что связь X -H становится менее полярной.
Экспериментально обнаруживается обратная тенденция. Эти кислоты на самом деле
становимся сильнее, когда мы спускаемся по этой колонке.

Это происходит потому, что размер атома X влияет на
кислотность связи X -H.Кислоты становятся сильнее, чем X -H
облигация становится слабее, и облигации обычно становятся слабее, чем
атомы становятся больше, как показано на рисунке ниже.

Данные K a для HF, HCl, HBr и HI
отражают тот факт, что энтальпия диссоциации связи X -H ( BDE )
становится меньше по мере того, как атом X становится больше.

ВЧ К a = 7.2 х 10 -4 BDE = 569 кДж / моль
HCl К a = 1 x 10 6 BDE = 431 кДж / моль
HBr К a = 1 x 10 9 BDE = 370 кДж / моль
HI K a = 3 x 10 9 BDE = 300 кДж / моль


Заряд кислоты
или База

Заряд молекулы или иона может влиять на их способность
действуют как кислота или основание.Это ясно видно, когда pH
0,1 M растворы H 3 PO 4 и H 2 PO 4 ,
HPO 4 2- и PO 4 3-
ионы сравниваются.

H 3 PO 4 pH = 1,5
H 2 PO 4 pH = 4.4
HPO 4 2- pH = 9,3
PO 4 3- pH = 12,0

Соединения становятся менее кислыми и более щелочными по мере того, как отрицательный
заряд увеличивается.

Кислотность: H 3 PO 4 > H 2 PO 4
> HPO 4 2-

Основность: H 2 PO 4
4 2- 4 3-


Состояние окисления
Центральный Атом

Нет разницы в полярности, размере или заряде при
мы сравниваем оксикислоты одного и того же элемента, например H 2 SO 4
и H 2 SO 3 или HNO 3 и HNO 2 ,
тем не менее, есть существенная разница в сильных сторонах этих
кислоты.Рассмотрим следующие данные K a ,
Например.

H 2 SO 4 : К a = 1 x 10 3 HNO 3 : К a = 28
H 2 SO 3 : К a = 1.7 х 10 -2 HNO 2 : K a = 5,1 x 10 -4

Кислотность этих оксикислот значительно увеличивается по мере того, как
степень окисления центрального атома становится больше. H 2 SO 4
является намного более сильной кислотой, чем H 2 SO 3 и HNO 3
намного более сильная кислота, чем HNO 2 .Эта тенденция
Легче всего увидеть в четырех оксикислотах хлора.

Оксикислота К a Окисление
Количество
Хлор
HOCl 2,9 x 10 -8 +1
HOClO 1.1 х 10 -2 +3
HOClO 2 5,0 x 10 2 +5
HOClO 3 1 х 10 3 +7

Этот коэффициент 10 11 разница в значении K a
для хлорноватистой кислоты (HOCl) и хлорной кислоты (HOClO 3 )
можно проследить до того факта, что существует только одно значение для
электроотрицательность элемента, но склонность атома к
притягивать электроны к себе увеличивается по мере того, как степень окисления
атом увеличивается.

По мере увеличения степени окисления атома хлора
атом становится более электроотрицательным. Это имеет тенденцию притягивать электроны
от атомов кислорода, окружающих хлор, тем самым
делая атомы кислорода более электроотрицательными, как показано на
рисунок ниже. В результате связь O-H становится более полярной, а соединение — более кислым.

Относительная сила баз Брнстеда
можно предсказать по относительной силе их сопряженных
кислоты в сочетании с общим правилом, что более сильная пара
кислот всегда имеет более слабое сопряженное основание.

Справка по свойствам, определяющим кислотную силу | Руководство по изучению кислот и оснований

Свойства, определяющие кислотную силу

Самые горячие новые тенденции для кислот

До сих пор мы видели несколько определений кислоты, наиболее популярным из которых является определение Бренстеда-Лоури, которое сообщает нам о кислоте. переносит протон. Мы также рассмотрели примеры сильных и слабых кислот и их равновесие в воде. Вплоть до этого раздела мы могли вычислить относительную силу кислоты, зная ее константу диссоциации кислоты: чем больше константа диссоциации кислоты, тем сильнее кислота.

В духе искренности и честности, вероятно, лучше всего просто запомнить кучу кислот (и оснований), которые мы уже прошли, и независимо от того, сильные они или слабые. Если вы забудете некоторые из них, в этом разделе мы поговорим о свойствах, определяющих силу кислоты — это может помочь вам, если вы окажетесь в маринаде.

Периодическая таблица — это карта сокровищ химии. Возможно, в нем не спрятан горшок с золотом, но он может помочь вам пройти следующий тест.Мы будем ссылаться на него в этом руководстве, чтобы помочь предсказать силу кислоты.

Двумя важными предикторами силы кислоты являются прочность связи H-A и полярность связи H-A. Оба свойства могут быть отображены в Периодической таблице и следовать определенным тенденциям.

Прочность связи и кислоты

Давайте посмотрим на прочность галогена (группа 7), содержащего кислоты HF, HCl, HBr и HI.

Сила связи кислоты обычно зависит от размера атома «А»: чем меньше атом «А», тем прочнее связь Н-А.При движении вниз по строке в Периодической таблице (см. Рисунок ниже) атомы становятся больше, поэтому прочность связей ослабевает, а это означает, что кислоты становятся сильнее. Для галогенсодержащих кислот, указанных выше, HF имеет самую прочную связь и является самой слабой кислотой. Сильная связь между атомами «H» и «F» более схожего размера не хочет разрываться и позволяет «H» перемещаться.

HI, с другой стороны, очень сильная кислота. Большой атом «I» преобладает над беспомощным маленьким «H», и связь H-I очень слабая.Следовательно, HI является отличным переносчиком протонов и чертовски кислотой ( K a ~ 10 9 M).

Полярность связей и кислоты

При сравнении кислот, которые имеют атомы «A» в одном ряду, различия полярности связи более важны для определения силы кислоты. Это потому, что разница в прочности связи между атомами, находящимися рядом друг с другом в одном ряду, намного меньше.

Полярность связи в значительной степени определяется разницей электроотрицательности между двумя атомами, участвующими в связи.Электроотрицательность — это то, насколько атом хочет электронов. Подумайте об электроотрицательности как о мере разрушения атома электронами. Да, мы говорим о влюбленности бойз-бэнда. Для связей, которые включают атом, который сильно раздавлен электронами, и атом, который просто не чувствует любви к электронам, связь имеет тенденцию быть действительно полярной. Электроны распадаются взаимно и устремляются к тому атому, который любит их больше всего. Разве это не хорошо?

Связь плавиковой кислоты (HF) полярна, потому что F действительно любит электроны.Сравним это с CH 4 . Углерод находится в том же ряду, что и фтор (см. Рисунок выше), но HF — гораздо более сильная кислота, чем CH 4 . Связи C-H неполярны по сравнению со связью H-F. CH 4 — действительно слабая кислота.

Вот еще один класс кислот, сила которых также предсказуема на основе Периодической таблицы: оксикислоты. У них есть общая формула: H n YO m .

Некоторые примеры из реальной жизни: H 2 CO 3 , H 2 PO 4 и HNO 3 .Эти кислоты содержат связь ОН, которая диссоциирует с образованием иона гидроксония и сопряженного основания:

( Примечание: В этом разделе, когда мы говорим «атом Y», мы не имеем в виду иттрий. Y в качестве заполнителя для элемента.)

Чем сильнее кислота, тем больше предпочтение отдается правой стороне равновесия. Чем больше атом Y способен стабилизировать отрицательно заряженный продукт Y-O в правой части равновесия, тем сильнее будет кислота.

Если Y сильно раздавлен электронами (сильно электроотрицателен), он будет счастлив оказаться на правой стороне равновесия. Это потому, что в молекуле, находящейся справа от равновесия, больше электронов. Несмотря на то, что Y не получает все электроны, он все же получает некоторое удовлетворение, зная, что соседний атом кислорода наслаждается ими. Разве это не хорошо?

В целом, чем более электроотрицательным является атом Y, тем лучше он может стабилизировать продукт Y-O и тем сильнее будет кислота.Ряд гипогалогеновых кислот хорошо показывает увеличение силы кислоты с увеличением электроотрицательности атома Y (в данном случае атома галогена).

Каждый раз, когда связь O-H ослабевает, тем сильнее будет кислота. В приведенном выше примере связь O-H ослаблена за счет увеличения электроотрицательности атома Y. Подумайте об атоме Y как об электронном пылесосе, который высасывает электроны из связи O-H, чтобы они больше не разделялись с протоном и не попадали на сопряженную основную молекулу.Чем сильнее вакуум, вытягивающий электроны из связи, тем сильнее будет кислота.

Тот же принцип справедлив для кислот, которые содержат один и тот же атом Y, но разное количество атомов кислорода. Атомы кислорода также похожи на электронные пылесосы. Они ослабляют связь O-H через центральный атом Y и стабилизируют отрицательно заряженный продукт. В результате, чем больше атомов кислорода присоединено к центральному атому Y, тем сильнее H n YO m кислота.

Ряд оксокислот хлора иллюстрирует то, что мы имеем в виду:

Увеличение числа атомов кислорода, которые присоединены к центральному атому, также увеличивает степень окисления центрального атома. Высокая степень окисления центрального атома означает положительный заряд этого атома.

Поскольку противоположные заряды притягиваются, очень положительный центральный атом будет больше притягиваться отрицательным зарядом неподеленной пары электронов на соседнем атоме кислорода. Чтобы соседний кислород получил желанные электроны неподеленной пары, он переносит протон и действует как кислота.

Хотя приведенные выше тенденции и примеры будут полезны, вы неизбежно столкнетесь с чужими молекулами. Напоминает старый фильм Спилберга. Когда нам нужно сравнить кислотность молекул, которые мы не видели раньше, попытайтесь определить, сколько электронных пылесосов (если они есть) есть на молекуле. Эти атомы «пылесоса» обычно имеют высокую электроотрицательность, например, кислород. Эти атомы стабилизируют неподеленную пару электронов, которая обычно возникает, когда кислота переносит протон.Чем лучше молекула может стабилизировать лишние электроны, тем сильнее она будет, как кислота.

карбоновая кислота | Структура, свойства, формула, использование и факты

Карбоновая кислота , любой из класса органических соединений, в которых атом углерода (C) связан с атомом кислорода (O) двойной связью и с гидроксильной группой (OH) одинарной связью. Четвертая связь связывает атом углерода с атомом водорода (H) или с какой-либо другой одновалентной объединяющей группой. Карбоксильная (COOH) группа названа так из-за онильной группы carb (C = O) и гидр оксильной группы .

окисление спиртов

Спирты могут окисляться с образованием альдегидов, кетонов и карбоновых кислот. Окисление органических соединений обычно увеличивает количество связей углерода с кислородом и может уменьшать количество связей с водородом.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Основной химической характеристикой карбоновых кислот является их кислотность. Как правило, они более кислые, чем другие органические соединения, содержащие гидроксильные группы, но обычно слабее, чем известные минеральные кислоты (например,g., соляная кислота, HCl, серная кислота, H 2 SO 4 и т. д.).

Карбоновые кислоты широко встречаются в природе. Жирные кислоты являются компонентами глицеридов, которые, в свою очередь, являются компонентами жира. Гидроксильные кислоты, такие как молочная кислота (содержится в кисломолочных продуктах) и лимонная кислота (содержится в цитрусовых), а также многие кетокислоты являются важными продуктами метаболизма, которые существуют в большинстве живых клеток. Белки состоят из аминокислот, которые также содержат карбоксильные группы.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Соединения, в которых OH карбоксильной группы заменен некоторыми другими группами, называются производными карбоновых кислот, наиболее важными из которых являются ацилгалогениды, ангидриды кислот, сложные эфиры и амиды.

Производные карбоновых кислот имеют множество применений. Например, в дополнение к использованию в качестве дезинфицирующего средства муравьиная кислота, простейшая карбоновая кислота, используется при обработке текстиля и в качестве кислотного восстановителя. Уксусная кислота широко используется в производстве целлюлозных пластиков и сложных эфиров.Аспирин, сложный эфир салициловой кислоты, получают из уксусной кислоты. Пальмитиновая кислота и стеариновая кислота важны для производства мыла, косметики, фармацевтических препаратов, свечей и защитных покрытий. Стеариновая кислота также используется в производстве резины. Акриловая кислота используется в виде сложного эфира при производстве полимеров (длинноцепочечных молекул), известных как акрилаты. Метакриловая кислота служит сложным эфиром и полимеризуется с образованием люцита. Олеиновая кислота используется в производстве мыла, моющих средств и текстильных изделий.

таблеток аспирина

таблеток аспирина.

© James Stuart Griffith / Shutterstock.com

Номенклатура карбоновых кислот и их солей

Название карбоновой кислоты по ИЮПАК происходит от названия самой длинной углеродной цепи, содержащей карбоксильную группу, путем удаления конечного -e из название исходного алкана и добавление суффикса -oic, за которым следует слово «кислота». Цепь пронумерована, начиная с углерода карбоксильной группы. Поскольку считается, что углерод карбоксильной группы представляет собой углерод 1, нет необходимости давать ему номер.Например, соединение CH 3 CH 2 COOH имеет три атома углерода и называется пропановой кислотой, от пропана, названия трехуглеродной цепи, с -ойной кислотой, суффиксом для этого класса соединений, добавленным . Если карбоновая кислота содержит двойную связь углерод-углерод, окончание меняется с -ановой кислоты на -еноевую кислоту, чтобы указать на наличие двойной связи, и число используется для обозначения местоположения двойной связи.

Большинство простых карбоновых кислот, вместо того, чтобы называться их названиями IUPAC, чаще упоминаются общими названиями, которые старше их систематических названий.Большинство простых карбоновых кислот изначально были выделены из биологических источников; поскольку их структурные формулы часто были неизвестны во время изоляции, им давали имена, которые обычно происходили от названий источников. Например, CH 3 CH 2 CH 2 COOH, масляная кислота, впервые полученная из сливочного масла, была названа в честь латинского butyrum , что означает «масло». Кислоты, содержащие нечетное число атомов углерода больше девяти, обычно не имеют общих названий.Причина в том, что длинноцепочечные карбоновые кислоты были первоначально выделены из жиров (которые представляют собой сложные эфиры карбоновых кислот), и, как правило, эти жиры содержат карбоновые кислоты только с четным числом атомов углерода (потому что процесс, с помощью которого живые организмы синтезируют такие жирные кислоты, вызывает молекулы вместе в двухуглеродные части).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.