SYROR: EGENSKAPER OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

De syror är föreningar med höga tendenser av protondonerande eller godtagande av ett elektronpar. Det finns många definitioner (Bronsted, Arrhenius, Lewis) som karakteriserar egenskaperna hos syror, och var och en av dem kompletteras för att skapa en global bild av dessa typer av föreningar.

Ur ovanstående perspektiv kan alla kända ämnen vara sura, men endast de som skiljer sig långt över de andra betraktas som sådana. Med andra ord: om ett ämne är en extremt svag protondonator jämfört med till exempel vatten, kan man säga att det inte är en syra.

Ättiksyra, en svag syra, donerar en proton (vätejon, markerad i grönt) till vatten i en jämviktsreaktion för att ge acetatjon och hydroniumjon. Röd: syre. Svart: kol. Vit: väte.

Detta är fallet, vad är exakt syrorna och deras naturliga källor? Ett typiskt exempel på dem finns i många frukter: till exempel citrus. Citroner har sin karakteristiska smak på grund av citronsyra och andra komponenter.

Tungen kan upptäcka närvaron av syror, precis som andra smaker. Beroende på surhetsnivån för dessa föreningar, blir smaken mer outhärdlig. På detta sätt, fungerar de tung som en organoleptisk mätare för koncentrationen av syror, speciellt koncentrationen av hydroniumjon (H ₃ O ⁺ ).

Å andra sidan finns syror inte bara i livsmedel utan också inom levande organismer. På samma sätt presenterar jord ämnen som kan karakterisera dem som sura; sådant är fallet med aluminium och andra metallkatjoner.

Egenskaper hos syror

Vilka egenskaper måste en förening ha enligt gällande definitioner för att betraktas som sur?

Den måste kunna generera H ⁺ och OH ^- joner genom att lösa upp i vatten (Arrhenius), den måste donera protoner till andra arter mycket lätt (Bronsted) eller slutligen måste den kunna acceptera ett par elektroner, negativt laddade (Lewis).

Dessa egenskaper är emellertid nära besläktade med den kemiska strukturen. Genom att lära sig analysera det kan dess surhetsstyrka eller av ett par föreningar härledas vilken av de två som är mest sur.

- Fysikaliska egenskaper

Syror har en smak, värd redundansen, syra och deras lukt brinner ofta näsborrarna. De är vätskor med en klibbig eller fet textur och har förmågan att ändra färgen på litmuspapper och metylorange till röd (Egenskaper för syror och baser, SF).

- Förmåga att generera protoner

1923 introducerade den danska kemisten Johannes Nicolaus Brønsted och den engelska kemisten Thomas Martin Lowry Brønsted- och Lowry-teorin om att varje förening som kan överföra en proton till någon annan förening är en syra (Encyclopædia Britannica, 1998). Till exempel när det gäller saltsyra:

HCl → H ⁺ + Cl ^-

Brønsted och Lowrys teori förklarade inte det sura beteendet hos vissa ämnen. 1923 introducerade den amerikanska kemisten Gilbert N. Lewis sin teori, där en syra betraktas som någon förening som i en kemisk reaktion kan förena ett par elektroner som inte delas i en annan molekyl (Encyclopædia Britannica, 1998) .

På detta sätt har joner såsom Cu ²⁺ , Fe ²⁺ och Fe ³⁺ förmågan att binda till par av fria elektroner, till exempel från vatten för att producera protoner på följande sätt:

Cu ²⁺ + 2H ₂ O → Cu (OH) ₂ + 2H ⁺

- De har vätgaser som är dåliga i elektrondensitet

För metanmolekylen, CH ₄ , är ingen av dess väten elektroniskt bristfällig. Detta beror på att skillnaden i elektronegativiteter mellan kol och väte är mycket liten. Men om du ersätter en av H-atomer med en av fluor, då skulle det bli en märkbar förändring i dipolmoment: H ₂ FC- H .

H upplever en förskjutning av sitt elektronmoln mot den angränsande atomen bunden till F, som är densamma, ökar +. Återigen, om en annan H ersätts med en annan F, då molekylen blir: HF ₂ C- H .

Nu δ + är ännu större, eftersom två F-atomer, höggradigt elektronegativ elektrontäthet som avlägsna C, och denna senare följaktligen till H . Om utbytesprocessen fortsätter äntligen erhållits: F ₃ C- H .

I denna sista molekyl presenterar H , som en följd av de tre angränsande F-atomerna, en markant elektronisk brist. Denna δ + går inte obemärkt för någon art som är tillräckligt rik på elektroner för att remsa denna H och på detta sätt F ₃ CH för att bli negativt laddad:

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

Ovanstående kemiska ekvation kan också betraktas på detta sätt: F ₃ CH donerar en proton (H ⁺ , H när en gång har lossnat från molekylen) till: N; eller, F ₃ CH får ett par elektroner från H när ett annat par doneras till det senare från: N ^- .

- Styrka eller surhetskonstant

Hur mycket F ₃ C: ^- finns i lösningen? Eller, hur många molekyler av F ₃ CH kan donera surt väte till N? För att besvara dessa frågor är det nödvändigt att bestämma koncentrationen av F ₃ C: ^- eller HN och med hjälp av en matematisk ekvation upprätta ett numeriskt värde som kallas surhetskonstanten, Ka.

Ju fler molekyler av F ₃ C: ^- eller HN produceras, desto surare F ₃ CH kommer att vara och desto större är Ka. På detta sätt hjälper Ka till att klargöra kvantitativt vilka föreningar som är surare än andra; och på samma sätt förkastar den som syror de vars Ka är av en extremt liten ordning.

Vissa Ka kan ha värden som är omkring ^10-1 och 10 ^-5 , och andra värderar miljoner om mindre än ^10-15 och 10 ^-35 . Det kan då sägas att de senare, med nämnda surhetskonstanter, är extremt svaga syror och kan kastas som sådana.

Så vilken av följande molekyler har den högsta Ka: CH ₄ , CH ₃ F, CH ₂ F _2, eller CHF ₃ ? Svaret ligger i bristen på elektrondensitet, 5 +, i deras väten.

mätningar

Men vilka är kriterierna för att standardisera Ka-mätningar? Dess värde kan variera enormt beroende på vilken art som får H ⁺ . Till exempel, om: N är en stark bas, kommer Ka att vara stor; men om det tvärtom är en mycket svag bas, kommer Ka att vara liten.

Ka-mätningar görs med hjälp av den vanligaste och svagaste av alla baser (och syror): vatten. Beroende på graden av donation av H ⁺ till H ₂ O molekyler , vid 25 ° C och vid ett tryck av en atmosfär, är standardbetingelser upprättas för att bestämma surhetsgraden konstanterna för alla föreningarna.

Från detta uppstår en repertoar av tabeller med surhetskonstanter för många föreningar, både oorganiska och organiska.

- Den har mycket stabila konjugerade baser

Syror har mycket elektronegativa atomer eller enheter (aromatiska ringar) i sina kemiska strukturer som lockar elektrontätheter från omgivande väten, vilket gör att de blir delvis positiva och reaktiva på en bas.

När protonerna donerat förvandlas syran till en konjugatbas; det vill säga en negativ art som kan acceptera H ⁺ eller donera ett par elektroner. I exemplet i CF ₃ H -molekyl dess konjugatbas är CF ₃ ^- :

CF ₃ ^- + HN <=> CHF ₃ +: N ^-

Om CF ₃ ^- är en mycket stabil konjugatbas flyttas jämvikten mer åt vänster än till höger. Ju stabilare den är, desto mer reaktiv och syrlig blir syran.

Hur vet du hur stabila de är? Det beror på hur de hanterar den nya negativa laddningen. Om de kan lokalisera eller sprida den ökande elektrontätheten på ett effektivt sätt kommer den inte att vara tillgänglig för användning i bindning med basen H.

- De kan ha positiva avgifter

Inte alla syror har elektronbristiga väten, men kan också ha andra atomer som kan ta emot elektroner, med eller utan positiv laddning.

Hur är detta? Till exempel i bortrifluorid, BF ₃ , saknar B-atomen en octet av valens, så den kan bilda en bindning med vilken atom som helst som ger den ett elektronpar. Om en anjon F ^- runda i dess närhet inträffar följande kemiska reaktion:

BF ₃ + F ^- => BF ₄ ^-

Å andra sidan betraktas fria metallkatjoner, såsom Al ³⁺ , Zn ²⁺ , Na ⁺ , etc. som syror, eftersom de kan acceptera dativa (koordinerade) bindningar av elektronrika arter från deras miljö. Likaledes, reagerar de med OH ^- joner till fällning som metallhydroxider:

Zn2 ⁺ (aq) + 2OH ^- (aq) => Zn (OH) ₂ (s)

Alla dessa är kända som Lewis-syror, medan de som donerar protoner är Bronsted-syror.

- Deras lösningar har pH-värden lägre än 7

Bild: pH-skala.

Mer specifikt genererar en syra, när den upplöses i något lösningsmedel (som inte neutraliserar den märkbart), lösningar med ett pH-värde lägre än 3, även om de under 7 anses vara mycket svaga syror.

Detta kan verifieras med en syra-basindikator, såsom fenolftalin, universalindikator eller lila kålsaft. De föreningar som förvandlar färgerna till de som indikeras för lågt pH behandlas som syror. Detta är ett av de enklaste testerna för att bestämma närvaron av dem.

Detsamma kan göras, till exempel, för olika jordprover från olika delar av världen och bestämmer därmed deras pH-värden för att, tillsammans med andra variabler, karakterisera dem.

Och slutligen har alla syror syrliga smaker, så länge de inte är så koncentrerade att de irreversibelt förbränner tungans vävnader.

- Förmåga att neutralisera baser

Arrhenius föreslår i sin teori att syror, som kan generera protoner, reagerar med hydroxylen i baserna för att bilda salt och vatten på följande sätt:

HCl + NaOH → NaCl + H ₂ O.

Denna reaktion kallas neutralisering och är grunden för den analytiska tekniken som kallas titrering (Bruce Mahan, 1990).

Starka syror och svaga syror

Syror klassificeras i starka syror och svaga syror. Styrkan hos en syra är förknippad med dess jämviktskonstant, följaktligen, för syror, kallas dessa konstanter syrakonstanter Ka.

Således har starka syror en stor syrakonstant så de tenderar att dissociera fullständigt. Exempel på dessa syror är svavelsyra, saltsyra och salpetersyra, vars syrakonstanter är så stora att de inte kan mätas i vatten.

Å andra sidan är en svag syra en vars dissociationskonstant är låg så att den är i kemisk jämvikt. Exempel på dessa syror är ättiksyra och mjölksyra och salpetersyra vars surhetskonstanter är i storleksordningen ^10-4 . Figur 1 visar de olika surhetskonstanterna för olika syror.

Figur 1: sura dissociationskonstanter.

Exempel på syror

Vätehalogenider

Alla vätehalogenider är sura föreningar, särskilt när de löses i vatten:

-HF (fluorvätesyra).

-HCl (saltsyra).

-HBr (bromvätesyra).

-HI (jodsyra).

oxosyror

Oxosyror är de protonerade formerna av oxoanioner:

HNO ₃ (salpetersyra).

H ₂ SO ₄ (svavelsyra).

H ₃ PO ₄ (fosforsyra).

HClO ₄ (klorvätesyra).

Super syror

Supersyror är blandningen av en stark Bronsted-syra och en stark Lewis-syra. När de är blandade bildar de komplexa strukturer där, enligt vissa studier, H ⁺ "hoppar" inuti dem.

Deras frätande effekt är sådan att de är miljarder gånger starkare än koncentrerad H ₂ SO ₄ . De används för att knäcka stora molekyler som finns i råolja, till mindre, grenade molekyler och med stort ekonomiskt värde.

-BF ₃ / HF

-SbF ₅ / HF

-SbF ₅ / HSO ₃ F

-CF ₃ SO ₃ H

Organiska syror

Organiska syror kännetecknas av att de har en eller flera karboxylgrupper (COOH) och bland dem är:

-Sitronsyra (finns i många frukter)

Älsyra (från gröna äpplen)

-Ättiksyra (från kommersiell vinäger)

- Smörsyra (från harskt smör)

-Vinsyra (från viner)

-Och familjen av fettsyror.

referenser

1. Torrens H. Hårda och mjuka syror och baser. . Hämtad från: depa.fquim.unam.mx
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 maj 2018). Namn på 10 vanliga syror. Återställd från: thoughtco.com
3. Chempages Netorials. Syror och baser: Molekylär struktur och beteende. Hämtad från: chem.wisc.edu
4. Deziel, Chris. (27 april 2018). Allmänna egenskaper hos syror och baser. Sciencing. Återställd från: sciencing.com
5. Pittsburgh Supercomputing Center (PSC). (25 oktober 2000). Återställd från: psc.edu.