Ácido ou base conxugados
Ácido conxugado e base conxugada son dous termos complementarios aplicados a compostos químicos dentro da teoría ácido-base de Brønsted-Lowry. Un ácido conxugado é un composto químico formado cando un ácido cede un protón (Modelo:Chem2) a unha base (esta última é a que se converte no ácido conxugado), ou expresado doutra maneira, é unha base cun ión hidróxeno engadido, xa que perde un ión hidróxeno na reacción inversa (como é característico dos ácidos). Por outra parte, unha base conxugada é o que queda unha vez que un ácido doou un protón durante unha reacción química. Por tanto, unha base conxugada é unha substancia formada pola eliminación dun protón dun ácido, xa que pode gañar un ión hidróxeno na reacción inversa. [1] Como algúns ácidos, chamados polipróticos poden ceder máis dun protón, a base conxugada dun ácido pode ela mesma ter carácter ácido.
En resumo, isto pode representarse como a seguinte reacción química na que o ácido inicial convértese na base conxugada, e a base inicial convértese no ácido conxugado:
Modelo:Multiple image Johannes Nicolaus Brønsted e Martin Lowry presentaron a teoría de Brønsted–Lowry, que di que calquera composto que poida ceder un protón a outro composto é un ácido, e o composto que recibe o protón é unha base. Un protón é unha partícula subatómica do núcleo dun átomo con carga eléctrica positiva. Represéntase co símbolo Modelo:Chem2 porque ten un núcleo de átomo de hidróxeno,[2] é dicir, é un catión hidróxeno, o que a IUPAC recomenda denominar hidrón.
Un catión pode ser un ácido conxugado, e un anión pode ser unha base conxugada, dependendo da substancia que está implicada e da teoría ácido-base que se está usando. O anión máis simple que pode ser unha base conxugada é o electrón libre en solución cuxo ácido conxugado é o hidróxeno atómico.
Reaccións ácido-base
Nunha reacción ácido-base, un ácido e unha base reaccionan para formar unha base conxugada e un ácido conxugado, respectivamente. O ácido perde un protón e a base gaña un protón. En diagramas que indican isto, o novo enlace formado entre a base e o protón móstrase por unha frecha que empeza nun par de electóns da base e acaba no ión hidróxeno (protón) que será transferido:
Neste caso, a molécula de auga é a que funciona como o ácido conxugado do ión hidróxido básico despois de que este último recibiu o ión hidróxeno do amoníaco. Por outra parte, o amoníaco é a base conxugada do amonio ácido despois de que o amonio doou un ión hidróxeno para producir a molécula de auga. Ademais, o OH− pode ser considerado como a base conxugada da Modelo:Chem, xa que a molécula de auga doa un protón para orixinar Modelo:Chem na reacción inversa. Os termos "ácido", "base", "ácido conxugado" e "base conxugada" non son fixos para unha certa substancia química senón que poden ser intercambiados se a reacción que está tendo lugar se inverte.
Forza dos conxugados
A forza dun ácido conxugado é proporcional á súa constante de disociación. Un ácido conxugado canto máis forte sexa máis facilmente se disociará nos seus produtos, "expulsará" os seus protóns hidróxeno e terá unha constante de equilibrio máis alta. A forza dunha base conxugada pode considerarse que é a súa tendencia a "atraer" os protóns hidróxeno cara a ela. Se unha base conxugada se clasifica como forte, "reterá" o protón hidróxeno en disolución e o seu ácido non se disociará.
Se un composto químico é un ácido forte, a súa base conxugada será débil.[3] Un exemplo deste caso sería a disociación do ácido clorhídrico Modelo:Chem en auga. Como o Modelo:Chem é un ácido forte (disóciase en gran proporción), a súa base conxugada (Modelo:Chem) será feble. Por tanto, neste sistema, a maioría dos Modelo:Chem serán ións hidronio Modelo:Chem en vez de estaren unidos aos anións Cl− e as bases conxugadas serán máis débiles que as moléculas de auga.
Por outro lado, se un composto químico é un ácido feble, a súa base conxugada non será necesariamente forte. Consideremos que o etanoato, a base conxugada do ácido etanoico, ten unha constante de disociación (Kb) de aproximadamente 5,6 × 10-10, o que fai que sexa unha base débil. Para que as especies químicas teñan unha base conxugada forte teñen que ser un ácido moi débil, como a auga.
Identificación de pares de ácidos e bases conxugadas
Para identificar o ácido conxugado, debe buscarse o par de compostos cos que está relacionado. A reacción ácido-base pode verse examinando o antes e o despois. O antes é o lado dos reactantes da ecuación, o despois é o lado dos produtos da ecuación química. O ácido conxugado no lado de despois da ecuación gaña un ión hidróxeno, así que no lado de antes da ecuación o composto que ten un ión hidróxeno menos que o ácido conxugado é a base. A base conxugada no lado de despois da ecuación perde un ión hidróxeno, de tal xeito que no lado de antes da ecuación o composto que ten un hidróxeno máis que a base conxugada é o ácido.
Consideremos a seguinte reacción ácido-base:
Modelo:Chem + Modelo:Chem → Modelo:Chem + Modelo:Chem
O ácido nítrico (Modelo:Chem) é un ácido porque doa un protón á molecula de auga e a súa base conxugada é o nitrato (Modelo:Chem). A molécula de auga actúa como unha base porque recibe o catión hidróxeno (protón) e o seu ácido conxugado é o ión hidronio (Modelo:Chem).
| Ecuación | Ácido | Base | Base conxugada | Ácido conxugado |
|---|---|---|---|---|
| Modelo:Chem + Modelo:Chem → Modelo:Chem + Modelo:Chem | [[ácido cloroso|Modelo:Chem]] | [[auga|Modelo:Chem]] | [[clorito|Modelo:Chem]] | [[hidronio|Modelo:Chem]] |
| Modelo:Chem + Modelo:Chem → Modelo:Chem + Modelo:Chem | Modelo:Chem | [[hipoclorito|Modelo:Chem]] | [[hidróxido|Modelo:Chem]] | [[Ácido hipocloroso|Modelo:Chem]] |
| Modelo:Chem + Modelo:Chem → Modelo:Chem + Modelo:Chem | [[ácido hidroclórico|Modelo:Chem]] | [[fosfato|Modelo:Chem]] | [[cloruro|Modelo:Chem]] | [[ácido fosfórico|Modelo:Chem]] |
Aplicacións
Un uso dos ácidos e bases conxugados é nos sistemas tampóns, os cales inclúen unha solución tampón. Nun tampón úsanse un ácido débil e a súa base conxugada (en forma de sal), ou unha base débil e o seu ácido conxugado, para limitar o cambio de pH durante un proceso de titulación. Os tampóns teñen aplicacións químicas orgánicas e inorgánicas. Por exemplo, ademais do uso dos tampóns en procesos de laboratorio, o sangue humano actúa como un tampón para mater o pH. O tampón máis importante na nosa circulación sanguínea é o tampón ácido carbónico-bicarbonato, que impide cambios drásticos de pH cando se introduce Modelo:Chem. Isto funciona así:
Ademais, velaquí unha táboa dalgúns tampóns comúns.
| Axente tamponante | pKa | Rango de pH útil |
|---|---|---|
| Ácido cítrico | 3,13, 4,76, 6,40 | 2,1 - 7,4 |
| Ácido acético | 4,8 | 3,8 - 5,8 |
| KH2PO4 | 7,2 | 6,2 - 8,2 |
| CHES | 9,3 | 8,3–10,3 |
| Borato | 9,24 | 8,25 - 10,25 |
Unha segunda aplicación común un composto orgánico sería a produción dun tampón con ácido acético. Se o ácido acético, un ácido débil coa fórmula Modelo:Chem, se pon en forma de solución tampón, necesitaría combinarse coa súa base conxugada Modelo:Chem en forma de sal. A mestura resultante chámase tampón acetato, consistente en Modelo:Chem acuoso e Modelo:Chem acuoso. O ácido acético, xunto con moitos outros ácidos débiles, serven como compoñentes útiles dos tampóns en diferentes instalacións de laboratorios, cada un deles é útil dentro do seu propio rango de pH.
A solución de lactato de Ringer é un exemplo no que a base conxugada dun ácido orgánico, o ácido láctico, Modelo:Chem se combina cos catións sodio, calcio e potasio e anións cloruro en auga destilada,[4] os cales xuntos forman un líquido que é isotónico respecto ao sangue humano e utilízase como fluído de substitución despois dunha perda de sangue debido a un trauma, cirurxía ou queimaduras.[5]
Táboa de ácidos e as súas bases conxugadas
Velaquí unha táboa con varios exemplos de ácidos e as súas bases conxugadas correspondentes; nótese como difiren nun só protón (ión H+). A forza do ácido decrece e a forza da base conxugada aumenta conforme baixamos na táboa.
| Ácido | Base conxugada |
|---|---|
| Modelo:Chem ión fluoronio | HF fluoruro de hidróxeno |
| HCl ácido clorhídrico | Cl− ión cloruro |
| H2SO4 ácido sulfúrico | HSOModelo:Su ión sulfato de hidróxeno (ión bisulfato) |
| HNO3 ácido nítrico | NOModelo:Su ión nitrato |
| H3O+ ión hidronio | H2O auga |
| HSOModelo:Su ión sulfato de hidróxeno | SOModelo:Su ión sulfato |
| H3PO4 ácido fosfórico | H2POModelo:Su ión fosfato de dihidróxeno |
| CH3COOH ácido acético | CH3COO− ión acetato |
| HF ácido fluorhídrico | F− ión fluoruro |
| H2CO3 ácido carbónico | HCOModelo:Su ión carbonato de hidróxeno |
| H2S ácido sulfhídrico | HS− ión hidrosulfuro |
| H2POModelo:Su ión fosfato de dihidróxeno | HPOModelo:Su ión fosfato de hidróxeno |
| NHModelo:Su ión amonio | NH3 amoníaco |
| H2O auga (pH=7) | OH− ión hidróxido |
| HCOModelo:Su ión hidroxenocarbonato (bicarbonato) | COModelo:Su ión carbonato |
Táboa de bases e os seus ácidos conxugados
Como comparación, velaquí unha táboa de bases e os seus ácidos conxugados. De xeito similar, a forza da base diminúe e a forza do ácido conxugado increméntase conforme baixamos na táboa.
Notas
Véxase tamén
Outros artigos
Ligazóns externas
- MCAT General Chemistry Review - 10.4 Titulación e tampóns
- The Pharmaceutics and Compounding Laboratory - Tampóns e capacidade de tamponamento. Modelo:Webarchive
- ↑ Zumdahl, Stephen S., & Zumdahl, Susan A. Chemistry. Houghton Mifflin, 2007, Modelo:ISBN
- ↑ Modelo:Cite web
- ↑ Modelo:Cite web
- ↑ Modelo:Cite book
- ↑ Modelo:Cite book