Syrer

Syrer  er kemiske forbindelser, der er i stand til at donere en hydrogenkation ( Brønsted - syrer ), eller forbindelser, der er i stand til at acceptere et elektronpar til at danne en kovalent binding ( Lewis-syrer ) [1] .

I hverdagen og teknologien betyder syrer normalt Bronsted-syrer, som danner et overskud af hydroniumioner H 3 O + i vandige opløsninger . Tilstedeværelsen af ​​disse ioner forårsager den sure smag af syreopløsninger, evnen til at ændre farven på indikatorer og, i høje koncentrationer, den irriterende virkning af syrer. De mobile brintatomer i syrer er i stand til at blive erstattet af metalatomer med dannelse af salte indeholdende metalkationer og anioner af syreresten .

Definition af en syre

Historien om udviklingen af ​​ideer om syrer

Syrer som en klasse af kemiske forbindelser med en række lignende egenskaber har været kendt siden oldtiden.

I 1778 foreslog den franske kemiker Antoine Lavoisier , at deres sure egenskaber skyldtes tilstedeværelsen af ​​ilt i deres sammensætning . Denne hypotese viste sig at være uholdbar, da mange syrer ikke har oxygen i deres sammensætning, mens mange oxygenholdige forbindelser ikke udviser sure egenskaber. Det var dog denne hypotese, der gav navnet til oxygen som et kemisk grundstof [2] . I 1833 definerede den tyske kemiker Justus Liebig en syre som en brintholdig forbindelse, hvor brint kan erstattes af et metal [2] .

Det første forsøg på at skabe en generel teori om syrer og baser blev lavet af den svenske fysisk kemiker Svante Arrhenius . I hans teori, formuleret i 1887, blev en syre defineret som en forbindelse, der dissocierer i en vandig opløsning for at danne hydrogenioner H + [2] . Arrhenius-teorien viste hurtigt sine begrænsninger. For det første blev det fundet, at det er umuligt at forestille sig eksistensen af ​​en uopløst H + -kation i opløsning; for det andet tog Arrhenius-teorien ikke højde for opløsningsmidlets virkning på syre-base ligevægte; endelig viste teorien sig at være uanvendelig på ikke-vandige systemer [3] .

Ifølge Franklins opløsningsmiddelteori, skabt i 1924, var en syre et stof, der, når det blev opløst, øgede antallet af de samme kationer , der dannes under opløsningsmidlets dissociation. Denne teori har spillet en vigtig rolle i studiet af ikke-vandige opløsninger af syrer. Den kemiske teori om syrer og baser blev dannet i værker af A. Hanch (1917-1927). Ifølge Hanch kaldes brintforbindelser for syrer, hvor sidstnævnte kan erstattes af et metal- eller ikke-metalradikal for at danne et salt [2] .

I 1923 dukkede Brønsted-Lowry og Lewis teorierne om syrer og baser frem, som er meget udbredte på nuværende tidspunkt [4] .

Syre i Brønsted-Lowry-teorien

I protonteorien om syrer og baser, fremsat i 1923 uafhængigt og næsten samtidigt af den danske videnskabsmand J. Bronsted og den engelske videnskabsmand T.-M. Lowry (Lauri) , en syre er en forbindelse eller en molekylær ion, der er i stand til at donere en proton til en anden kemisk forbindelse - en base [5] . Ifølge Brønsted-Lowry-teorien er der i den kemiske vekselvirkning mellem syrer og baser altid en syre involveret - en protondonor (Brønsted-syre) og dens konjugerede base - enhver forbindelse, der er i stand til at binde en proton (Brønsted-base). Da en base kan opfattes som produktet af fjernelse af en proton fra en syre, er den elektriske ladning af den konjugerede syre altid en mindre end ladningen af ​​dens konjugerede base. For eksempel svarer syren HCl til dens konjugerede base, chloridionen Cl − [6] [2] .

Syre i Lewis teori

Ifølge elektronteorien foreslået i 1923 af den amerikanske fysiske kemiker G. N. Lewis , er en syre et stof, der accepterer et elektronpar og danner en binding med en Lewis-base på grund af dette elektronpar [7] . Syrer i Lewis-teorien kan være molekyler med en ufyldt otte-elektronskal (BF 3 , SO 3 ), kompleksdannende metalkationer (Fe 2+ , Zn 2+ ), overgangsmetalhalogenider (TiCl 4 ) , molekyler med polære dobbeltbindinger ( SO 2 ) , kulhydrater . Sammenlignet med Brønsted-Lowry-teorien er Lewis-teorien mere generel og dækker et bredere spektrum af syrer [3] [4] .

Nøgleegenskaben, der bestemmer en Lewis-syres evne til at interagere med en Lewis-base, er energioverensstemmelsen mellem den laveste frie molekylære orbital, der accepterer et elektronpar, og den højest besatte molekylære orbital, hvorfra dette elektronpar forlader. Denne evne blev taget i betragtning inden for rammerne af Pearsons princip om hårde og bløde syrer og baser (HICA-princippet). Dette princip fastslår, at bløde syrer er mest tilbøjelige til at interagere med bløde baser og hårde syrer med hårde baser. I dette tilfælde forstås hårde syrer som Lewis-syrer, der har en stor positiv ladning, høj elektronegativitet og lav polariserbarhed . I modsætning hertil har bløde syrer en lav positiv ladning, lav elektronegativitet og høj polariserbarhed. Da disse egenskaber ændrer sig jævnt, indtager en række Lewis-syrer en mellemposition mellem hård og blød [4] . Princippet om GMKO har ikke et kvantitativt kriterium til vurdering af syres styrke, så det kan ikke anvendes til analytiske beregninger [3] .

Klassificering af syrer og baser inden for rammerne af IMCA-princippet [4] [8]
Hårde syrer Mellemliggende syrer Bløde syrer
H + , Li + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ , BF 3 , B(OR) 3 , AlR 3 , AlCl 3 , SO 3 , BF3 , RCO + , CO2 , RSO2 + Cu 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ , SO 2 , R 3 C + , C 6 H 5 + , NO + Ag + , Cu + , Hg2 + , RS + , I + , Br + , Pb2 + , BH3 , carbener
Stive baser Mellembaser Bløde grunde
OH- , RO- , F- , Cl- , RCOO- , NO 3- , NH 3 , RNH 2 , H 2 O, ROH, SO 4 2- , CO 3 2- , R 2 O, NR 2- , NH 2 - Br- , C6H5NH2 , NO2- , C5H5N _ _ _ _ _ _ _ _ _ RS- , RSH , I- , H- , R3C- , alkener , C6H6 , R3P , ( RO ) 3P _

Syre i Usanovichs generelle teori

I 1939 formulerede M. I. Usanovich en generel teori om syrer og baser, ifølge hvilken en syre er en partikel, der kan donere kationer , herunder en proton , eller tilføje anioner , herunder en elektron . Begrebet en syre omfatter således ifølge Usanovich både Bronsted- og Lewis-syrer samt oxidationsmidler [3] . Derudover betragtes selve begrebet surhed såvel som basicitet i Usanovichs generelle teori ikke som en funktion af stoffet som sådan, men som den rolle, det spiller afhængigt af reaktionspartneren [9] .

Klassificering af syrer

Ud over opdelingen i Lewis-syrer og Bronsted-syrer klassificeres sidstnævnte normalt efter forskellige formelle kriterier:

Nomenklatur for syrer

Nomenklatur for uorganiske syrer

Navnene på iltholdige syrer består af to dele: syrens egennavn, udtrykt som et adjektiv , og gruppeordet syre ( svovlsyre , fosforsyre ). Det rigtige navn på syren er dannet af det russiske navn på det syredannende element ved at tilføje forskellige suffikser:

Hvis det syredannende grundstof i to syrer er i samme oxidationstilstand, men syrerne adskiller sig i "vandindhold", så tilføjes for en syre med et lavere iltindhold præfikset meta- til navnet , og for en syre med et højt iltindhold, præfikset ortho- f.eks. metaphosphorsyre HPO 3 og orthophosphorsyre H 3 PO 4 .

Iltholdige syrer med flere syredannende grundstoffer kaldes isopolysyrer . De omtales normalt ved deres traditionelle navne ( diphosphorsyre H 4 P 2 O 7 , disulfuric acid H 2 S 2 O 7 ).

Syrer, hvori oxygenatomer er erstattet af svovlatomer , kaldes thiosyrer og har det tilsvarende præfiks thio- ( thiophosphorsyre H 3 PO 3 S). Hvis hydroxylgrupperne i syre- eller oxygenatomerne erstattes af halogenatomer eller en aminogruppe , tilføjes det tilsvarende præfiks også til navnet ( amidofosforsyre H 2 PO 3 NH 2 ), og substituerede svovlsyrer er traditionelt kaldet sulfonsyrer ( chlorsulfonsyre ClSO 3 H).

Syrer med en peroxidbro -OO- er peroxosyrer og har præfikset peroxo- ( peroxomonosulfuric acid H 2 SO 5 ) eller over- ( persulfuric acid ) [11] .

I de systematiske navne på syrer tilføjes suffikset -at til roden af ​​det syredannende grundstofs latinske navn , og navnene på de resterende grundstoffer eller deres grupper i anionen er angivet med præfikser. I parentes angives oxidationstilstanden for det syredannende grundstof, hvis det har en heltalsværdi. Ellers omfatter navnet også antallet af brintatomer: HClO 4  - hydrogentetraoxochlorat (VII) (perchlorsyre), HAuCl 4  - hydrogentetrachloraurat (III) (saltsyre), H [Sb (OH) 6 ] - hexahydroxoantibat (V ) ) brint osv. [12]

Nomenklatur for organiske syrer

Traditionelt er trivielle navne mest almindelige for de simpleste carboxylsyrer , hvoraf nogle blev dannet så tidligt som i det 17. århundrede ( eddikesyre , smørsyre , adipinsyre , phthalsyre ). Højere carboxylsyrer med et lige antal kulstofatomer har også trivielle navne, som dog er så ens, at deres anvendelse kan forårsage forvirring ( caprylsyre , caprinsyre ).

De systematiske navne på carboxylsyrer dannes ved at tilføje endelsen -ovoic acid til navnet på den alkan , der svarer til syren ( hexansyre , pentacosansyre ). I tilfælde af dicarboxylsyrer anvendes slutningen -diosyre (dekandisyre). Nogle gange er navnet mere bekvemt dannet med endelsen -carboxylsyre , hvilket betyder udskiftning af et hydrogenatom i forbindelsen med en carboxylgruppe. Denne tilgang tages, når carboxylgruppen er knyttet til et cyklisk system ( cyclopropancarboxylsyre ).

Hvis en carboxylsyre indeholder en peroxidbro, tilføjes præfikserne peroxy- , per- eller over- ( pereddikesyre , peroxybenzoesyre ) til navnet på sådanne syrer.

For at betegne svovlholdige organiske syrer bruges endelserne -sulfonsyre (RSO 3 H), -sulfinsyre (RSO 2 H), -sulfonsyre (RSOH), som på samme måde tilføjer dem til navnet på moderalkanen RH [13 ] .

Trivielle navne på nogle organiske syrer [14] [15]
Formel IUPAC navn Trivielt navn Trivialnavnets oprindelse
UNSD methansyre myresyre lat.  formica  - myrer
CH3 - COOH ethansyre eddikesyre lat.  acetum  - eddike
CH3 - CH2 - COOH propansyre propionsyre anden græsk proto + pion  - først + fedt
CH3- ( CH2 ) 2 - COOH butansyre smørsyre lat.  butyrum  - olie
CH3- ( CH2 ) 3 - COOH pentansyre baldriansyre lat.  Valeriana  - baldrian
CH3- ( CH2 ) 4 - COOH hexansyre capronsyre lat.  kapers  - ged
CH3- ( CH2 ) 5 - COOH heptansyre enantinsyre anden græsk oenanthe  - drueblomst
CH3- ( CH2 ) 6 - COOH oktansyre caprylsyre lat.  kapers  - ged
CH3- ( CH2 ) 7 - COOH nonansyre pelargonsyre lat.  Pelargonium  - pelargonium
CH3- ( CH2 ) 8 - COOH decansyre caprinsyre lat.  kapers  - ged
CH3- ( CH2 ) 9 - COOH undecansyre undecylsyre
CH3- ( CH2 ) 10 - COOH dodecansyre laurinsyre lat.  Laurus  - laurbær
CH3- ( CH2 ) 11 - COOH tridecansyre tridecylsyre
CH3- ( CH2 ) 12 - COOH tetradecansyre myristinsyre lat.  Myristica  - muskatnød, anden græsk. mύρων  - olivenolie
CH3- ( CH2 ) 13 - COOH pentadecansyre pentadecylsyre
CH3- ( CH2 ) 14 - COOH hexadecansyre palmitinsyre lat.  palma  - palme
CH3- ( CH2 ) 15 - COOH heptadecansyre margarinsyre anden græsk margaron  - perle
CH3- ( CH2 ) 16 - COOH octadecansyre stearinsyre anden græsk stear  - fedt
CH3- ( CH2 ) 17 - COOH nonadecansyre nonadecylsyre
C6H5 - COOH _ _ benzencarboxylsyre benzoesyre
CH 2 \u003d CH-COOH propensyre akrylsyre lat.  acer + olere  - skarp lugt
CH=C-COOH propinsyre propionsyre
CH3 - C (CH3 ) 2 - COOH 2,2-dimethylpropansyre pivalinsyre abbr. fra pinacolin + baldriansyre [K 1]

Dissociation og styrke af syrer

En kvantitativ beskrivelse af styrken af ​​syrer

Brønsted-teorien om syrer og baser, der betragter en syre som en partikel, der er i stand til at donere en proton , gør det muligt at kvantificere denne evne hos en syre - dens styrke. Styrken af ​​syrer beskrives ved ligevægtskonstanten for dissociationsreaktionen af ​​en syre i en vandig opløsning, også kaldet surhedskonstanten K a . Jo større værdien af ​​K a er, jo større er syrens evne til at donere en proton og jo højere er dens styrke. Også surhedskonstanten er udtrykt som en mere bekvem værdi pKa -  den negative logaritme af værdien af ​​Ka . For eksempel kan dissociationsligningen og surhedskonstanten for flussyre skrives som følger [16] [17] :

For polybasiske syrer anvendes flere dissociationskonstanter Ka1 , Ka2 osv . svarende til hvert dissociationstrin. For eksempel dissocierer fosforsyre i tre trin [17] :

Syre Værdi ( m  - n ) K a
HClO 0 10-8 _
H 3 AsO 3 0 10-10 _
H 2 SO 3 en 10-2 _
H 3 RO 4 en 10-2 _
HNO3 _ 2 10 1
H2SO4 _ _ _ 2 10 3
HClO 4 3 10 10

Syrer opdeles konventionelt efter deres styrke i meget stærke ( p Ka < 0 ), stærk ( 0 < p K a < 4,5 ), medium styrke ( 4,5 < p K a < 9 ), svag ( 9 < p K a < ) 14 ), meget svag ( p K a > 14 ) [2] .

Til en omtrentlig vurdering af syrerstyrken anvendes Paulings tommelfingerregler . Så for uorganiske oxygenholdige syrer af typen H n XO m kendes en empirisk regel, ifølge hvilken værdien af ​​den første konstant er forbundet med værdien ( m  - n ). Hvis A = ( m  - n ) = 0, så er syren meget svag, ved 1 - svag, ved 2 - stærk, og endelig ved 3 er syren meget stærk [18] . Desuden, hvis en sådan syre skrives som (HO) a XO b , der separat adskiller oxygenatomerne, der udgør hydroxylgrupperne (bemærk, at b = mn), så kan værdien af ​​dissociationskonstanten for det første trin estimeres ved ligningen:

dvs. værdien af ​​den første dissociationskonstant bestemmes hovedsageligt af antallet af ikke-hydroxyl oxygenatomer b . Denne afhængighed er forbundet med den negative induktive effekt af disse oxygenatomer på OH-bindingerne, på grund af hvilken elimineringen af ​​en proton fra syremolekylet lettes [19] .

L. Pauling tilskrives også den tommelfingerregel, der er forbundet med surhedsgraden af ​​polybasiske syrer, som siger, at de successive dissociationskonstanter for polybasiske syrer pK a1 , pK a2 , pK a3 er i forholdet 1 : 10 −5  : 10 −10 . Faldet i surhedskonstanter er forbundet med en stigning i ladningen af ​​den resulterende anion [19] . Værdierne af pK a beregnet i henhold til Pauling-reglerne afviger fra de eksperimentelle med kun ±1 [20] .

En anden karakteristik af syrestyrke kan være graden af ​​dissociation α - forholdet mellem antallet af syremolekyler dissocieret til ioner og deres oprindelige mængde i opløsning. Graden af ​​dissociation udtrykkes som en procentdel eller som en dimensionsløs værdi fra 0 til 1 [21] :

pKa- værdier for nogle syrer i fortyndede vandige opløsninger [2]
Syreformel p K a Syreformel p K a
HClO 4 -5±0,5 H2PO4- _ _ _ _ 7,20
H2SO4 _ _ _ -2,8±0,5 HClO 7,25
H3O + _ _ -1,74 H3BO3 _ _ _ 9,24
HNO3 _ -1,32 NH4 + _ 9,25
(COOH) 2 1,26 HCN 9,22
H2SO3 _ _ _ 1,92 HCO3- _ _ 10.33
HSO 4- _ 1,96 H2O2 _ _ _ 11,62
H3PO4 _ _ _ 2.12 HPO 4 2- 12.32
HF 3.14 H2O _ _ 15,74
HNO 2 3,35 NH 3 (l.) 33
CH3COOH _ _ 4,76 H2 _ 38,6
H2S _ _ 7.05 CH 4 ~58

Opløsningsmiddeleffekt

Udjævning og differentiering af syrer

Opløsningsmidlet har en betydelig effekt på syre-base balancen. Især for vandige opløsninger blev det fundet, at alle syrer med surhedskonstanter pK a < 0 har de samme egenskaber (f.eks. opløsningernes pH ). Dette forklares ved, at for sådanne syrer er ligevægten næsten fuldstændig forskudt mod dannelsen af ​​hydroniumionen H 3 O + , som er den eneste syre i opløsning. Faktisk er hydroniumionen den stærkeste syre i vandige opløsninger, da alle stærkere syrer er fuldstændig omdannet til den og dermed udligner i styrke. For eksempel er alle syrer med pKa < 0 (HCl, HBr, H 2 SO 4 ) fuldstændigt dissocierede i vandige opløsninger.

En lignende situation observeres i andre opløsningsmidler: hvis pKa af den protiske syre i "syre-opløsningsmiddel"-systemet overstiger surhedsgraden af ​​det protonerede opløsningsmiddel (dets konjugerede syre), så er der en fuldstændig overførsel af protoner fra syren til opløsningsmiddel, og kationer bliver den eneste og stærkeste syre i opløsningen protoneret opløsningsmiddel; opløsningens surhedsgrad bestemmes af surhedsgraden af ​​opløsningsmidlets konjugerede syre. Dette fænomen kaldes opløsningsmidlets udjævningseffekt [22] . Tilsvarende udligner meget svage syrer med pKa > 14 i vandige opløsninger i styrke [23] [24] .

Surhedsgraden af ​​protoneret eddikesyre CH 3 CO 2 + H 2 er meget højere end surheden af ​​protoneret vand H 3 O + , så udjævningseffekten i eddikesyreopløsninger observeres ved meget lavere pK a - syrer.

Syrer med pKa fra 0 til 14 dissocieres ikke fuldstændigt i vand: deres sure egenskaber i opløsning afhænger af værdien af ​​pKa . For eksempel adskiller monochloreddikesyre og dichloreddikesyrer med henholdsvis pKa 2,86 og 1,26 meget i graden af ​​dissociation (i en 0,1 M opløsning dissocierer den første med 11 %, og den anden med 52 %) [ 25] . I dette tilfælde taler man om opløsningsmidlets differentierende virkning . Intervallet pK a , hvori syrerne er differentierede efter styrke, er lig med opløsningsmiddelautoprotolysekonstanten. For forskellige opløsningsmidler er dette interval forskelligt (henholdsvis 14 for vand, 19 for ethanol , 33 for ammoniak osv.), og sættet af differentierede og udjævnede syrer er forskelligt for dem [26] .

Hvis opløsningsmidlet har basiske egenskaber, bliver alle syrer i det stærkere, og et større antal syrer udjævnes i styrke (f.eks. i ammoniak dissocierer eddikesyre fuldstændigt, selvom den i vandige opløsninger har en gennemsnitlig styrke). Tværtimod, hvis opløsningsmidlets grundlæggende egenskaber falder, så kan stærke syrer blive svage, og antallet af udjævnede syrer falder [26] . For eksempel tjener eddikesyre som udjævningsmiddel for perchlorsyre HClO 4 , som dissocierer fuldstændigt i det, og saltsyre HCl og svovlsyre H 2 SO 4 , som er svage i eddikesyre [27] .

Indflydelse af permittivitet

Dissociationen af ​​syrer er stærkt påvirket af opløsningsmidlets dielektriske konstant . Denne effekt er især mærkbar, når man sammenligner to syrer af forskellige ladningstyper. Ved dissociering af en neutral syre, for eksempel phenol C 6 H 5 OH, dannes to ioner i opløsning. Positivt ladede syrer, såsom triethylammoniumionen ( C2H5 )NH + , dissocieres for at danne en enkelt positivt ladet ion. I det første tilfælde, efter reaktionen, stiger antallet af ioner, og i det andet tilfælde ændres dette tal ikke [28] .

Derfor bør overgangen fra et opløsningsmiddel med en høj dielektricitetskonstant (mere polær) til opløsningsmidler med en lavere dielektricitetskonstant (mindre polær) i høj grad reducere styrken af ​​neutrale syrer og relativt lille effekt på ladede syrer. Så i vand er phenol 5 gange stærkere end triethylammoniumionen, men i methanol er phenol 2500 gange svagere end denne ion [28] .

Indflydelse af specifik solvatisering af anioner

Opløsningsmidlet kan i høj grad øge surhedsgraden af ​​stoffer ved specifikt at stabilisere de anioner, der dannes som følge af dissociation.

Indflydelse af strukturen af ​​syrer på deres styrke

Der er flere faktorer, der bestemmer den relative styrke af organiske og uorganiske syrer, og som er relateret til strukturen af ​​en given syre. Ofte virker flere faktorer samtidigt, så det er svært at forudsige deres samlede indflydelse. Blandt de mest betydningsfulde er følgende faktorer [29] .

  • Induktiv effekt (felteffekt) af substituenter i syregruppen. Elektronegative substituenter, som har en negativ induktiv effekt (-I- effekt ), øger styrken af ​​syrer. For eksempel er nitroeddikesyre O 2 NCH 2 COOH næsten 1000 gange stærkere end eddikesyre CH 3 COOH (pKa er henholdsvis 1,68 og 4,76). Årsagen til dette er den stabiliserende virkning, som disse substituenter udøver på den negative ladning af den resulterende syreanion. Selv når en syre er positivt ladet, og den konjugerede base er uladet, øger elektronegative grupper dens surhedsgrad, fordi de destabiliserer syremolekylet, hvilket øger mængden af ​​positiv ladning. Tværtimod sænkerdonorsubstituenter med + I -effekt styrken af ​​syrer. Den induktive effekt aftager med stigende afstand mellem syrestedet og den substituent, der påvirker det [4] [29] .
  • Mesomerisk effekt (resonanseffekt). Hvis den negative ladning i anionen, der dannes under dissociationen af ​​en syre, fordeles mellem flere atomer på grund af resonansfænomenet, så stabiliseres en sådan anion, og surhedsgraden af ​​forbindelsen stiger. Af denne grund er carboxylsyrer  stærkere syrer end deres tilsvarende alkoholer (den negative ladning af carboxylationer er fordelt mellem to oxygenatomer ). En lignende effekt opnås også i phenoler, hvor det aromatiske system deltager i stabiliseringen af ​​den negative ladning af konjugatbasen [4] [29] .
  • Korrelation med arrangementet af atomer i det periodiske system . Jo højere elektronegativiteten af ​​det grundstof, som den sure proton er bundet til, jo højere er syrens styrke. Af denne grund stiger surhedsgraden, når du bevæger dig langs perioden i det periodiske system fra venstre mod højre. Også surhedsgraden stiger, når man bevæger sig ned i gruppen fra top til bund, hvilket er forbundet med en stigning i radius af det syredannende atom og følgelig en lavere ladningstæthed på det, hvilket i sidste ende fører til lettere dissociation [29] :

Mønstre i ændringen i styrken af ​​Lewis-syrer er også forbundet med placeringen af ​​det centrale element i det periodiske system af kemiske elementer. Så stærkere Lewis-syrer er de molekyler, der kun mangler et elektronpar for at fuldende det ydre elektronlag . Af denne grund er for eksempel gallium(III) chlorid GaCl 3 en stærkere syre end zinkchlorid ZnCl 2 . Også, ceteris paribus, er en sådan syre MXn mindre stærk , hvis centrale atom er større i størrelse, hvilket er forbundet med en svækkelse af interaktionen mellem den positivt ladede kerne og det indkommende elektronpar [29] .
  • statiske effekter . I tilfælde af symmetriske dibasiske syrer er dissociationskonstanten for det første trin dobbelt så stor som forventet, da syren indeholder to ioniserbare protoner. Samtidig er dissociationskonstanten for det andet trin to gange mindre end forventet, da dicarboxylsyredianionen kan tilføje en proton i to ækvivalente positioner. Således er Ka 1 / Ka 2 forholdet omtrent lig med 4, hvilket faktisk observeres for dicarboxylsyrer med syregrupper fjernt fra hinanden [29] .
  • Hydrogenbinding . Intramolekylære hydrogenbindinger kan virke stabiliserende på de resulterende anioner og dermed øge styrken af ​​de tilsvarende syrer. Således er pKa for ortho - hydroxybenzoesyre 2,98, og for para-hydroxybenzoesyre er det kun 4,58, da den første forbindelse kan realisere en intramolekylær hydrogenbinding, mens den anden ikke gør [29] .
  • Rumlige effekter . For Brønsted-syrer er sterisk hindring i syre-base-reaktioner sjælden, fordi protonen er ret lille. Rumlige virkninger er meget mere udtalte for Lewis-syrer og -baser. For eksempel, når man bruger en bulk Lewis-syre Bt-Bu3 , bestemmes vekselvirkningsstyrken ikke af basens styrke, men af ​​den rumlige tilgængelighed af dets elektronpar [29] .
  • hybridisering . Alkyner og HCN er forholdsvis stærkere syrer end dobbeltbindings- og enkeltbindingsanaloger, da anionerne ved sp - hybridatomet er mere stabile end dem ved sp 2- eller sp 3 -hybridatomet [29] .

Hammetts surhedsfunktion og supersyrer

En kvantitativ vurdering af syre-base egenskaberne af meget stærke eller koncentrerede syrer kan ikke udføres ved hjælp af pH -skalaen , da denne skala for vandige opløsninger er begrænset nedefra af pH = 0, hvilket svarer til en 5% opløsning af svovlsyre H 2 SO 4 . Samtidig opstår et sådant behov. For at løse dette problem foreslog L. Hammett og A. Deirup i 1932 Hammett- syrefunktionen H 0 . Deres tilgang var at studere syre-base ligevægten af ​​meget stærke syrer i nærværelse af en base mindre stærk end vand og at måle koncentrationsforholdet mellem de protonerede og ikke-protonerede former af denne base ved elektronspektroskopi . Dette gjorde det muligt at udvide surhedsskalaen til den negative region, hvilket gjorde det muligt at vurdere surhedsgraden af ​​koncentrerede opløsninger af uorganiske syrer [30] .

Surhedsskalaen introduceret af Hammett er meget brugt til at vurdere styrken af ​​supersyrer  - medier med en surhedsgrad højere end surhedsgraden af ​​100 % svovlsyre [31] , for hvilke Hammetts surhedsfunktion er H 0 = −12. Blandt individuelle uorganiske forbindelser er stærke syrer perchlorsyre HClO 4 ( H 0 = -13), chlorsulfonsyre ClSO 3 H ( H 0 = -13,8) og fluorsulfonsyre FSO 3 H ( H 0 = -15,1). Den stærkeste kendte organiske syre er trifluormethansulfonsyre CF 3 SO 3 H ( H 0 = -14,1) [30] .

Supersyrer omfatter også blandinger af Brønsted-syrer og Lewis-syrer, for eksempel en blanding af HF og antimon(V) fluorid SbF 5 i forskellige forhold ( H 0 < -30 i et forhold på 1:1). Et velkendt eksempel på en supersyre er oleum , hvor Lewis-syrens rolle udføres af SO 3 , som ved reaktion med svovlsyre giver supersyren H 2 S 2 O 7 ( H 0 = -14,5) [30 ] .

Kemiske egenskaber af syrer

  • Stærke syrer fortrænger svagere fra deres salte :

(i dette tilfælde dannes der ustabil kulsyre H 2 CO 3 , som straks nedbrydes til vand og kuldioxid )

For eksempel:

  • I et ikke-polært opløsningsmiddel (for eksempel benzen) kan syremolekyler blive til dimerer:

Indhentning af syrer

Syrer får:

  • Ved interaktion mellem ikke-metaller og brint:
  • Ved at reagere svovlsyre med faste salte:

Ikke-flygtig svovlsyre er, når den opvarmes, i stand til at fortrænge flygtige syrer fra deres salte (hydrogenbromid og hydrogeniodid kan ikke opnås på denne måde på grund af deres oxidation med koncentreret svovlsyre) [33] .

  • Ved at reagere sure oxider med vand:

Se også

Kommentarer

  1. ↑ Pivalinsyre kan opnås ved oxidation af pinacolin og er isomer til baldriansyre.

Noter

  1. ↑ IUPAC Gold Book - Acid . Hentet 15. april 2013. Arkiveret fra originalen 17. april 2013.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Chemical Encyclopedia / Red. I. L. Knunyants. - M . : Great Russian Encyclopedia, 1992. - T. 2. - S. 393-395. — ISBN 5-85270-039-8 .
  3. ↑ 1 2 3 4 Zolotov Yu. A., Dorokhova E. N., Fadeeva V. I. et al. Fundamentals of Analytical Chemistry. Bog 1. Generelle spørgsmål. Adskillelsesmetoder / Ed. Yu. A. Zolotova. - 2. udg., revideret. og yderligere - M . : Higher School, 1999. - S. 118. - ISBN 5-06-003558-1 .
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Moskva VV Begrebet syre og base i organisk kemi  // Soros Educational Journal. - 1996. - Nr. 12 . - S. 33-40 .
  5. ↑ IUPAC Guldbog - Brønsted syre . Hentet 15. april 2013. Arkiveret fra originalen 17. april 2013.
  6. ↑ IUPAC Gold Book - konjugeret syre-base par . Hentet 15. april 2013. Arkiveret fra originalen 17. april 2013.
  7. ↑ IUPAC Gold Book - Lewis acid . Hentet 15. april 2013. Arkiveret fra originalen 17. april 2013.
  8. ↑ Zolotov et al., 1999 , s. 152.
  9. ↑ Kusainova K. M. Der er hverken syrer eller baser! Om en halvglemt teori og dens skaber  // Kemi og liv. - 2004. - Nr. 6 . - S. 40-44 .
  10. ↑ 1 2 Rudzitis G. E., Feldman F. G. Chemistry. Uorganisk kemi. 8. klasse. - 15. udg. - M . : Uddannelse, 2011. - S. 101. - ISBN 978-5-09-025532-5 .
  11. ↑ Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L., Tsvetkov A. A. Fundamentals of the nomenclature of uorganiske stoffer / Ed. B.D. Stepina. - M .: Kemi, 1983. - S. 39-45.
  12. ↑ Stepin B. D., Tsvetkov A. A. Uorganisk kemi / Ed. B.D. Stepina. - M . : Højere skole, 1994. - S. 18-19. — ISBN 5-06-001740-0 .
  13. ↑ Kahn R., Dermer O. Introduction to Chemical Nomenclature = Introduction to Chemical Nomenclature / Pr. fra engelsk. N. N. Shcherbinovskaya, red. V. M. Potapova og R. A. Lidin. - M .: Kemi, 1983. - S. 131-134.
  14. ↑ Terney A. Moderne organisk kemi. T. 2. - M . : Mir, 1981. - S. 103.
  15. ↑ Senning A. Elsevier's Dictionary of Chemoetymology. Den kemiske nomenklaturs og terminologis årsager. - Elsevier, 2007. - 434 s. — ISBN 978-0-444-52239-9 .
  16. ↑ Zolotov et al., 1999 , s. 121-122.
  17. ↑ 1 2 Rabinovich V. A., Khavin Z. Ya. Kort kemisk opslagsbog. - Ed. 2. rev. og yderligere - Leningrad: Kemi, 1978. - S. 235.
  18. ↑ Chemical Encyclopedia, 1992 , bind 2, s. 396.
  19. ↑ 1 2 Drozdov A. A., Zlomanov V. P. Kemi af grundstofferne i hovedgrupperne i det periodiske system af D. I. Mendeleev: halogener. 9. Egenskaber af oxosyrer af chlor (1998). Hentet 17. april 2013. Arkiveret fra originalen 16. februar 2013.
  20. ↑ Shriver, Atkins, 2004 , s. 244.
  21. ↑ Chemical Encyclopedia, 1992 , bind 5, s. 432.
  22. ↑ Udjævningseffekt // IUPAC Ordliste over termer, der bruges i fysisk organisk kemi. Pure & Appl. Chem., bind. 51, s. 1768 (ikke tilgængeligt link) . Hentet 24. april 2013. Arkiveret fra originalen 4. oktober 2013. 
  23. ↑ Reutov et al., 2010 , s. 230-232.
  24. ↑ Uorganisk kemi / Ed. Yu. D. Tretyakova. - M . : Akademiet, 2004. - T. 1. - S. 89-94. — ISBN 5-7695-1446-9 .
  25. ↑ Reutov et al., 2010 , s. 231.
  26. ↑ 1 2 Zolotov et al., 1999 , s. 123-125.
  27. ↑ Tanganov B. B. Kemiske analysemetoder . - Ulan-Ude: ESGTU Publishing House, 2005. - S. 8-14. — ISBN 5-89230-037-4 .
  28. ↑ 1 2 Reutov et al., 2010 , s. 233.
  29. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Marts J. Organisk kemi. Reaktioner, mekanismer og struktur. T. 1 / Pr. fra engelsk. Z. E. Samoilova, red. I. P. Beletskaya. - M .: Mir, 1987. - S. 340-346.
  30. ↑ 1 2 3 Steinarts V. D. Superacids  // Soros Educational Journal. - 1999. - Nr. 3 . - S. 82-87 .
  31. ↑ IUPAC Gold Book - supersyre . Hentet 23. april 2013. Arkiveret fra originalen 28. april 2013.
  32. ↑ Manuilov A.V., Rodionov V.I. - Syrer. Klassificering af syrer. Kemiske egenskaber. Arkiveret 21. februar 2010 på Wayback Machine // Fundamentals of Chemistry. Internet tutorial.
  33. ↑ Pavel Orzhekovsky, Lyudmila Meshcheryakova, Marina Shalashova. Kemi. 9. klasse Lærebog for uddannelsesinstitutioner. - Bustard. - Moskva: Astrel, 2016. - S. 124.

Litteratur

  • Reutov O. A., Kurts A. L., Butin K. P. Organisk kemi. - 3. udg. - M . : Binom. Videnslaboratoriet, 2010. - Vol. 1. - 567 s. — ISBN 978-5-94774-613-6 .
  • Shriver D., Atkins P. Uorganisk kemi = uorganisk kemi / Pr. fra engelsk. M. G. Rozova, S. Ya. Istomin, M. E. Tamm, red. V. P. Zlomanova. - M . : Mir, 2004. - T. 1. - 679 s. — ISBN 5-03-003628-8 .

Links