ACIZI: CARACTERISTICI ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

De Acizii sunt compuși cu tendințe ridicate de protoni sau de a dona acceptarea unei perechi de electroni. Există multe definiții (Bronsted, Arrhenius, Lewis) care caracterizează proprietățile acizilor și fiecare dintre ele este completat pentru a construi o imagine globală a acestor tipuri de compuși.

Din perspectiva de mai sus, toate substanțele cunoscute pot fi acide, cu toate acestea, numai cele care ies în evidență cu mult peste celelalte sunt considerate ca atare. Cu alte cuvinte: dacă o substanță este un donator de protoni extrem de slab, în ​​comparație cu apa, de exemplu, se poate spune că nu este un acid.

Acidul acetic, un acid slab, donează un proton (ion de hidrogen, evidențiat în verde) apei într-o reacție de echilibru pentru a da ionul de acetat și ionul de hidroniu. Roșu: oxigen. Negru: carbon. Alb: hidrogen.

Acesta fiind cazul, care sunt exact acizii și sursele lor naturale? Un exemplu tipic al acestora poate fi găsit în multe fructe: cum ar fi citricele. Limonadele au aroma lor caracteristică datorită acidului citric și a altor componente.

Limba poate detecta prezența acizilor, la fel cum face și alte arome. În funcție de nivelul de aciditate al acestor compuși, gustul devine mai intolerabil. În acest fel, funcțiile limbii ca un contor pentru organoleptică concentrația acizilor, în special concentrația de ioni de hidroniu (H ₃ O ⁺ ).

Pe de altă parte, acizii nu se găsesc numai în alimente, ci și în organismele vii. La fel, solurile prezintă substanțe care le pot caracteriza drept acide; acesta este cazul cationilor din aluminiu și al altor metale.

Caracteristicile acizilor

Ce caracteristici trebuie să aibă un compus, conform definițiilor existente, pentru a fi considerat acid?

Acesta trebuie să fie capabil să genereze H ⁺ și OH ^- ioni prin dizolvare în apă (Arrhenius), acesta trebuie să doneze protoni la alte specii foarte usor (Bronsted) sau în cele din urmă, trebuie să fie capabil să accepte o pereche de electroni, fiind încărcat negativ (Lewis).

Cu toate acestea, aceste caracteristici sunt strâns legate de structura chimică. Prin urmare, învățând să o analizeze, se poate deduce rezistența sa de aciditate sau a unui cuplu de compuși care dintre cei doi este cel mai acid.

- Proprietăți fizice

Acizii au o aromă, în valoare de redundanță, acid și mirosul lor arde adesea nările. Sunt lichide cu o textură lipicioasă sau uleioasă și au capacitatea de a schimba culoarea hârtiei litmus și portocaliu de metil în roșu (Proprietățile acizilor și bazelor, SF).

- Capacitatea de a genera protoni

În 1923, chimistul danez Johannes Nicolaus Brønsted și chimistul englez Thomas Martin Lowry au introdus teoria Brønsted și Lowry afirmând că orice compus care poate transfera un proton în orice alt compus este un acid (Encyclopædia Britannica, 1998). De exemplu, în cazul acidului clorhidric:

HCl → H ⁺ + Cl ^-

Teoria lui Brønsted și Lowry nu au explicat comportamentul acid al anumitor substanțe. În 1923, chimistul american Gilbert N. Lewis a introdus teoria sa, în care un acid este considerat ca orice compus care, într-o reacție chimică, este capabil să unească o pereche de electroni care nu sunt împărtășiți într-o altă moleculă (Encyclopædia Britannica, 1998) .

În acest fel, ioni precum Cu ²⁺ , Fe ²⁺ și Fe ³⁺ au capacitatea de a se lega de perechi de electroni liberi, de exemplu din apă pentru a produce protoni în felul următor:

Cu ²⁺ + 2H ₂ O → Cu (OH) ₂ + 2H ⁺

- Au hidrogeni săraci în densitate de electroni

Pentru molecula de metan, CH ₄ , niciunul dintre hidrogenii săi nu este deficient electronic. Acest lucru se datorează faptului că diferența de electronegativități între carbon și hidrogen este foarte mică. Dar dacă înlocuiți unul dintre atomii H de unul dintre fluor, atunci ar fi o schimbare notabilă în momentul de dipol: H ₂ FC- H .

H experimentează o deplasare a norului său de electroni spre atomul adiacent legat la F, care este același, δ + crește. Din nou, dacă un alt H este înlocuit cu un alt F, atunci molecula devine: HF ₂ C- H .

Acum δ + este chiar mai mare, deoarece doi atomi de F, densitate de electroni foarte electronegativ care îndepărtează C, și aceasta din urmă , prin urmare , la H . Dacă procesul de înlocuire continuă obținut în final: F ₃ C- H .

În această ultimă moleculă H prezintă, ca urmare a celor trei atomi F vecini, o deficiență electronică marcată. Acest δ + nu trece neobservat pentru nici o specie suficient de bogată în electroni pentru a dezbrăca acest H și, în acest fel, F ₃ CH să se încarce negativ:

F ₃ C– H +: N ^- (specie negativă) => F ₃ C: ^- + H N

Ecuația chimică de mai sus poate fi, de asemenea, considerată astfel: F ₃ CH donează un proton (H ⁺ , H odată detașat de moleculă) la: N; sau, F ₃ CH câștigă o pereche de electroni de la H când o altă pereche este donată acestuia din urmă de la: N ^- .

- Constanta de rezistenta sau aciditate

Cât de mult F ₃ C: ^- este prezent în soluție? Sau, câte molecule de F ₃ CH pot dona hidrogen acid la N? Pentru a răspunde la aceste întrebări, este necesar să se determine concentrația de F ₃ C: ^- sau H N și, folosind o ecuație matematică, să se stabilească o valoare numerică numită constantă de aciditate, Ka.

Cele mai multe molecule de F ₃ C: ^- sau HN a produs, cu atât mai acide F ₃ CH va fi și cu atât mai mare Ka ei. În acest fel Ka ajută la clarificarea, cantitativ, a compușilor care sunt mai acide decât alții; și, de asemenea, îi aruncă ca acizi pe cei ale căror Ka sunt de ordin extrem de mic.

Unele Ka pot avea valori care sunt în jur de 10 ^-1 și 10 ^-5 , iar altele, valori milionime mai mici ca 10 ^-15 și 10 ^-35 . Se poate spune apoi că acestea din urmă, având acele constante de aciditate, sunt acizi extrem de slabi și pot fi aruncați ca atare.

Deci , care dintre următoarele molecule are cea mai mare Ka: CH ₄ , CH ₃ F, CH ₂ F _2, sau CHF ₃ ? Răspunsul constă în lipsa densității electronilor, δ +, în hidrogenii lor.

măsurători

Dar care sunt criteriile pentru standardizarea măsurătorilor Ka? Valoarea sa poate varia enorm în funcție de ce specie va primi H ⁺ . De exemplu, dacă: N este o bază puternică, Ka va fi mare; dar dacă, dimpotrivă, este o bază foarte slabă, Ka va fi mică.

Măsurătorile Ka se fac folosind cea mai comună și cea mai slabă dintre toate bazele (și acizii): apa. În funcție de gradul de donare a H ⁺ moleculelor de H ₂ O, la 25ºC și la presiunea unei atmosfere, sunt stabilite condițiile standard pentru a determina constantele de aciditate pentru toți compușii.

Din aceasta apare un repertoriu de tabele de constante de aciditate pentru mulți compuși, atât anorganici cât și organici.

- Are baze conjugate foarte stabile

Acizii au atomi sau unități extrem de electronegative (inelele aromatice) în structurile lor chimice care atrag densitățile de electroni din hidrogenii din jur, ceea ce îi determină să devină parțial pozitivi și reactivi la o bază.

Odată ce protonii donează, acidul se transformă într-o bază conjugată; adică o specie negativă capabilă să accepte H ⁺ sau să doneze o pereche de electroni. În exemplul de CF ₃ H molecula baza sa conjugat este CF ₃ ^- :

CF ₃ ^- + HN <=> CHF ₃ +: N ^-

Dacă CF ₃ ^- este o bază conjugată foarte stabilă, echilibrul va fi deplasat mai mult spre stânga decât spre dreapta. De asemenea, cu cât este mai stabil, cu atât acidul va fi mai reactiv și acid.

De unde știi cât de stabile sunt? Totul depinde de modul în care se ocupă de noua taxă negativă. Dacă îl pot delocaliza sau difuza eficient densitatea de electroni în creștere eficient, nu va fi disponibil pentru utilizarea în legătură cu baza H.

- Pot avea sarcini pozitive

Nu toți acizii au hidrogeni cu deficiență de electroni, dar pot avea și alți atomi capabili să accepte electroni, cu sau fără o sarcină pozitivă.

Cum este aceasta? De exemplu, în trifluorura de bor, BF ₃ , atomul B îi lipsește un octet de valență, deci poate forma o legătură cu orice atom care îi dă o pereche de electroni. Dacă un anion F ^- round în vecinătatea sa are următoarea reacție chimică:

BF ₃ + F ^- => BF ₄ ^-

Pe de altă parte, cationii metalici liberi, cum ar fi Al ³⁺ , Zn ²⁺ , Na ⁺ etc., sunt considerați acizi, deoarece pot accepta legături dative (de coordonare) ale speciilor bogate în electroni din mediul lor. De asemenea, ei reacționează cu OH ^- ioni pentru a precipitat sub formă de hidroxizi metalici:

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

Toate acestea sunt cunoscute sub numele de acizi Lewis, în timp ce cei care donează protoni sunt acizii Bronșati.

- Soluțiile lor au valori ale pH-ului mai mici de 7

Figura: scala pH.

Mai precis, un acid atunci când este dizolvat în orice solvent (care nu îl neutralizează în mod considerabil), generează soluții cu un pH mai mic de 3, deși sub 7 sunt considerați acizi foarte slabi.

Acest lucru poate fi verificat folosind un indicator acid-bază, cum ar fi fenolftaleina, indicator universal sau suc de varză violet. Acei compuși care transformă culorile către cele indicate pentru un pH scăzut, sunt tratate ca acizi. Acesta este unul dintre cele mai simple teste pentru a determina prezența acestora.

Același lucru se poate face, de exemplu, pentru diferite eșantioane de sol din diferite părți ale lumii, determinând astfel valorile pH-ului lor pentru a le caracteriza, împreună cu alte variabile.

Și în sfârșit, toți acizii au arome acre, atât timp cât nu sunt atât de concentrați încât să arde ireversibil țesuturile limbii.

- Capacitatea de neutralizare a bazelor

Arrhenius, în teoria sa, propune ca acizii, fiind capabili să genereze protoni, să reacționeze cu hidroxilul bazelor pentru a forma sare și apă în felul următor:

HCl + NaOH → NaCl + H ₂ O.

Această reacție se numește neutralizare și stă la baza tehnicii analitice numită titrare (Bruce Mahan, 1990).

Acizii tari și acizii slabi

Acizii sunt clasificați în acizi puternici și acizi slabi. Forța unui acid este asociată constantei sale de echilibru, de aceea, în cazul acizilor, aceste constante sunt numite constante de acid Ka.

Astfel, acizii puternici au o constantă mare de acid, astfel încât tind să se disocieze complet. Exemple de acești acizi sunt acidul sulfuric, acidul clorhidric și acidul azotic, ale cărui constante de acid sunt atât de mari încât nu pot fi măsurate în apă.

Pe de altă parte, un acid slab este unul a cărui constantă de disociere este scăzută, deci este în echilibru chimic. Exemple de acești acizi sunt acidul acetic și acidul lactic și acidul azotat ale cărui constante de aciditate sunt de ordinul 10 ^-4 . Figura 1 prezintă constantele de aciditate diferite pentru acizi diferiți.

Figura 1: constante de disociere a acidului.

Exemple de acizi

Haloguri halogenate

Toate halogenurile de hidrogen sunt compuși acizi, în special atunci când sunt dizolvați în apă:

-HF (acid clorhidric).

-HCl (acid clorhidric).

-HBr (acid clorhidric).

-HI (acid iodic).

oxoacizi

Acizii oxo sunt formele protonate ale oxoanionilor:

HNO ₃ (acid azotic).

H ₂ SO ₄ (acid sulfuric).

H ₃ PO ₄ (acid fosforic).

HClO ₄ (acid percloric).

Super-acizi

Super-acizii sunt amestecul dintre un acid bronzat puternic și un acid Lewis puternic. Odată amestecate, acestea formează structuri complexe în care, conform anumitor studii, H ⁺ „sare” în interiorul lor.

Puterea lor coroziv este de așa natură încât acestea sunt de miliarde de ori mai puternice decât concentrate H ₂ SO ₄ . Sunt utilizate pentru a crăpa molecule mari prezente în țiței, în molecule mai mici, ramificate și cu o valoare economică adăugată mare.

-BF ₃ / HF

-SbF ₅ / HF

-SbF ₅ / HSO ₃ F

-CF ₃ SO ₃ H

Acizi organici

Acizii organici se caracterizează prin faptul că au una sau mai multe grupări carboxilice (COOH), iar printre aceștia se numără:

-Acidul citric (prezent în multe fructe)

Acid malic (din mere verzi)

-Acid acetic (din oțet comercial)

-Acidul butic (din untul rancid)

-Acid tartaric (din vinuri)

-Și familia acizilor grași.

Referințe

1. Torrens H. Acide și baze dure și moi. . Luate de la: depa.fquim.unam.mx
2. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (3 mai 2018). Nume a 10 acizi comuni. Recuperat de la: thinkco.com
3. Chempages Netorials. Acizi și baze: structură moleculară și comportament. Luat de la: chem.wisc.edu
4. Deziel, Chris. (27 aprilie 2018). Caracteristici generale ale acizilor și bazelor. Sciencing. Recuperat de la: știința.com
5. Pittsburgh Supercomputing Center (PSC). (25 octombrie 2000). Recuperat din: psc.edu.