Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

14,9: Сила донора протонів - PkA

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    28030

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Корисно мати спосіб порівняння Бронстед-Лоурі кислотності різних сполук. Якщо хімія протонів передбачає передачу з більш кислого ділянки на менш кислий ділянку, то ділянка, яка більш щільно зв'язує протон, збереже протон, а ділянка, яка менш щільно зв'язує протони, втратить протон. Якщо ми знаємо, які ділянки пов'язують протони міцніше, ми можемо передбачити, в якому напрямку буде передаватися протон.

    clipboard_e3c649f0cff3b0fbd5cc1e5678c15fa9e.png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): В якому напрямку буде лежати рівновага? На яку основу потрапляє протон?

    Існує експериментально визначений параметр, який говорить нам про те, наскільки щільно протони пов'язані з різними сполуками. «Експериментальний» часто має на увазі перед учнями «неперевірений» або «ненадійний», але тут мається на увазі, що хтось зробив роботу, щоб виміряти, наскільки міцно пов'язаний протон. Експериментальний в цьому сенсі означає «на основі речових доказів».

    Цей експериментальний параметр називається «ПКа». PKA вимірює, наскільки міцно протон утримується кислотою Brønsted. ПКа може бути невеликим, від'ємним числом, наприклад -3 або -5. Це може бути більше, позитивне число, наприклад 30 або 50. Чим нижче рКа кислоти Бронстеда, тим легше вона віддає свій протон. Чим вище рКа кислоти Бронстеда, тим міцніше утримується протон, і тим менше легко віддається протон.

    clipboard_e74944dd3d8f47b1a159e1fa11bdfe2b1.png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Шкала PkA як індекс доступності протонів.
    • Низький pKA означає, що протон не тримається щільно.
    • РКа іноді може бути настільки низьким, що це негативне число!
    • Високий pKA означає, що протон тримається щільно.
    clipboard_ea8fa110536243338e4a50dcb1c08efda.png
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Деякі кислі сполуки Brønsted; всі ці сполуки постачають протони відносно легко.

    Наприклад, азотна кислота і соляна кислота дуже легко віддають свої протони. Азотна кислота у воді має рКа -1,3, а бромна кислота має рКа -9,0. З іншого боку, оцтова кислота (міститься в оцті) і мурашина кислота (подразник при укусах мурах і бджіл) також віддадуть протони, але утримують їх трохи міцніше. Їх ПКА повідомляється як 4,76 і 3,77 відповідно. Вода, звичайно, може відмовитися від протона, але не дуже легко; вона має pKA близько 14. Метан насправді не є кислотою взагалі, і він має оцінку рКа близько 50.

    clipboard_ea21f1e44930e1e15bfd261a0281cdaa2.png
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Деякі не дуже кислі сполуки. Вода дуже і дуже слабо кисла; метан зовсім не кислий.

    PKA вимірює «силу» кислоти Бронстеда. Протон, H +, є сильною кислотою Льюїса; він дуже ефективно притягує електронні пари, настільки, що майже завжди прикріплений до донора електронів. Сильна кислота Brønsted - це сполука, яка дуже легко віддає свій протон.

    Слабка кислота Бронстеда - це та, яка віддає свій протон з більшими труднощами. Перейшовши в дальню крайність, з'єднання, з якого дуже і дуже складно видалити протон, зовсім не вважається кислотою.

    Коли сполука віддає протон, вона зберігає електронну пару, яку вона раніше ділила з протоном. Вона стає сполученим підставою. Подивившись на інший шлях, сильна кислота Бронстеда легко віддає протон, стаючи слабкою основою Бронстеда. Основа Бронстеда не легко утворює зв'язок з протоном. Недобре дарувати свою електронну пару протону. Робить це тільки слабо.

    Аналогічним чином, якщо з'єднання віддає протон і стає міцною основою, основа охоче забере протон назад. Ефективно, сильна основа настільки добре конкурує за протон, що з'єднання залишається протонованим. З'єднання залишається кислотою Brønsted, а не іонізує і стає сильною сполученою основою. Це слабка кислота Brønsted.

    clipboard_ef19b61713c136c96e9293c74fc1c079d.png
    Рисунок\(\PageIndex{5}\): Шкала pKA та її вплив на сполучені основи.
    • «Сильні» Бронстед кислоти легко іонізуються, забезпечуючи Н +.
    • Цей термін зазвичай використовується для опису поширених кислот, таких як сірчана кислота та бромна кислота.
    • «Слабкі» кислоти Brønsted не іонізуються так легко.
    • Цей термін часто використовується для опису поширених кислот, таких як оцтова кислота та плавикова кислота.

    Однак терміни «сильний» і «слабкий» дійсно відносні. Значення pKA, які ми бачили, коливаються від -5 до 50. Якщо щось з рКа 4 описується як слабка кислота, що таке щось з РКа 25? Дуже-дуже слабка кислота? Це, безумовно, краще джерело протонів, ніж щось з pKA 35. Це дуже, дуже, дуже, дуже слабка кислота? Скільки «вери» в блоці ПКа?

    Ця ідея вірна і при розгляді протилежного: основа, яка підбирає протон для утворення кон'югатної кислоти. Наскільки міцно кон'югатна кислота утримує протон, пов'язано з тим, наскільки сильно основа може видаляти протони з інших кислот. Чим слабкіше щось є джерелом протонів, тим сильніше його кон'югат як протонна губка.

    clipboard_ea8585ca747268ea03056ed070dc69e0a.png
    Малюнок\(\PageIndex{6}\): Приклади міцного підстави і ще більш міцного.
    • Будьте обережні. Терміни «сильна кислота» і «слабка кислота» можуть використовуватися відносно, а не абсолютно.
    • Те ж саме стосується «міцної основи» і «слабкої основи».
    • Іноді, чи називається щось «сильним» або «слабким», залежить від того, з чим ще його порівнюють.

    Таблиця\(\PageIndex{1}\). Орієнтовні значення pKA для обраних сполук.

    clipboard_ec4823ce3d3f9307093961f4335a7c864.png
    clipboard_e5980a4a6d389980588d3a3f5b12ba19a.png

    Більш велику таблицю PkA можна знайти на сайті професора Девіда Еванса в Гарварді.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Знайдіть таблицю PkA. Використовуйте його, щоб допомогти вам вирішити, яка з наступних пар є найбільш кислою Бронстед у воді.

    а) HNO 3 або HNO 2 b) H 2 Se або H 2 O c) HCl або H 2 SO 4 d) Be (OH) 2 або HSeO 3

    Відповідь

    Знімок екрана 2020-01-23 о 9.17.40 PM.png

    Відповідь б

    Знімок екрана 2020-01-23 о 9.17.48 PM.png

    Відповідь c

    Знімок екрана 2020-01-23 о 9.17.56 PM.png

    Відповідь d

    Знімок екрана 2020-01-23 о 9.18.01 PM.png

    * Примітка про pKa води: тексти фізики та фізичної хімії перераховують 14 як значення рКа води. Біохімія та органічна хімія тексти часто перераховують значення як 15,7. Останні тексти просто врахували в постійну молярне значення концентрації води; перші сходяться на думці, що цей фактор повинен бути замінений активністю води, яка має значення 1.