Konjugovaný pár je dvojice atomů nebo molekul v Brønstedově–Lowryho teorii kyselin a zásad, vzniklá tím, že jedna částice přijme proton (H+) od druhé. Částice vzniklá odštěpením protonu se nazývá konjugovaná zásada a může znovu proton zachytit, zatímco částice, která přijala proton, je konjugovanou kyselinou a může tento proton odštěpit.Zumdahl, Stephen S., & Zumdahl, Susan A. Chemistry. Houghton Mifflin, 2007, Jelikož mohou některé kyseliny odštěpit více protonů, tak jsou i některé konjugované zásady kyselé.
Uvedený proces lze zapsat následující rovnicí:
kyselina + zásada ⇄ konjugovaná zásada + konjugovaná kyselina
Johannes Nicolaus Brønsted a Martin Lowry vytvořili teorii kyselin a zásad , nazývanou Brønstedova–Lowryho teorie, kde je kyselina definována jako sloučenina, jež může předat proton jiné, zatímco zásada je sloučenina, která může proton přijmout.
Kationty jsou většinou konjugovanými kyselinami, zatímco anionty bývají většinou konjugovanými zásadami. Nejjednodušší konjugovanou zásadou je solvatovaný elektron, jehož konjugovanou kyselinou je atom vodíku.
Acidobazické reakce Při acidobazické reakci reaguje kyselina se zásadou za vzniku konjugované zásady a konjugované kyseliny. Kyselina odštěpuje proton, který následně zachycuje zásada. Vznik nové vazby mezi zásadou a protonem se znázorňuje šipkou, která míří od elektronového páru zásady k přesouvajícímu se protonu:
Soubor:Conjugate base reaction-cs.svg
Na obrázku výše je molekula vody konjugovanou kyselinou hydroxidového aniontu, který získal proton z amonného kationtu. Obdobně je amoniak konjugovanou zásadou amonného kationtu, který odštěpí vodíkový ion a vytvoří molekulu vody, která je konjugovanou kyselinou hydroxidového iontu –OH− je pak konjugovanou zásadou H2O, vznikající oddělením protonu z molekuly vody (který je pak zachycen amoniakem a vytvoří NH. Pro tutéž částici lze, v závislosti na tom, jaká reakce se uvažuje, použít označení kyselina, zásada, konjugovaná kyselina, i konjugovaná zásada.
Síla konjugovaných kyselin a zásad Síla konjugované kyseliny souvisí s její disociační konstantou. U silnější kyseliny má její disociace vyšší rovnovážnou konstantu a rovnováha je více posunuta směrem k produktům. Sílu konjugované zásady lze popsat jako její náchylnost k přitahování protonů. Silná konjugovaná zásada může způsobit „zadržení“ protonů a zabránit disociaci odpovídající kyseliny.
Silným konjugovaným kyselinám odpovídají slabé zásady; jak příklad lze uvést disociaci kyseliny chlorovodíkové (HCl) ve vodném roztoku. Protože je HCl silnou kyselinou (má velkou míru disociace), tak je její konjugovaná zásada, chloridový anion (Cl−), slabou zásadou; většina H+ tak bude vytvářet hydroniové ionty (H3O+) a nebude se vázat na Cl−, konjugovaná zásada této kyseliny bude tak slabší zásadou než voda.
Pokud je látka slabou kyselinou, tak její konjugovaná zásada nemusí být silnou zásadou. Octanový anion, konjugovaná zásada kyseliny octové, má disociační konstantu přibližně , a je tak slabou zásadou. Aby byla konjugovaná zásada silná, tak její konjugovaná kyselina musí být velmi slabá. Ve vodných roztocích 25 °C platí KA*KB = KW = (při 25 °C) 10−14.
Využití Konjugované kyseliny a zásady se využívají v pufrech. V těchto roztocích slabá kyselina a její konjugovaná zásada (v podobě soli), nebo slabá zásada a její konjugovaná kyselina, slouží k tlumení změn pH během titrací. Pufry lze využít v anorganické i organické chemii, jako roztok udržující stálé pH funguje i krev. Nejvýznamnějším pufračním systémem v lidské krvi jsou soustava kyseliny uhličité a hydrogenuhličitanů, která omezuje změny pH při přijímání CO2. Reakce vypadají takto: CO2 + H2O ⇄ H2CO3 ⇄ HCO + H+
V následující tabulce jsou shrnuty některé běžné pufry:
Pufrační činidlopKaVyužitelný rozsah pHKyselina citronová3,13, 4,76, 6,402,1–7,4Kyselina octová4,83,8–5,8KH2PO47,2 6,2–8,2Kyselina N-cyklohexyl-2-aminoethansulfonová9,3 8,3–10,3Kyselina boritá9,248,25–10,25
V organické chemii se používají octanové pufry, založené na kyselině octové (CH3COOH) a octanových iontech (CH3COO−), zpravidla dodávaných octanem sodným (CH3COONa).
Hartmannův roztok využívá konjugovanou zásadu organické kyseliny, konkrétně kyseliny mléčné (CH3CH(OH)COOH) se sodnými, draselnými a vápenatými kationty a chloridovými anionty, ve vodném roztoku. Výsledný roztok je izotonický vůči lidské krvi a používá se jako náhrada krevní plazmy po úrazech, operacích a popáleninách.
Tabulka kyselin a jejich konjugovaných zásad V následující tabulce je uvedeno několik kyselin a jejich konjugovaných zásad. Směrem dolů v tabulce klesá síla kyselin a roste síla zásad.
Kyselina Konjugovaná zásada H2F+ fluoroniový ion HF kyselina fluorovodíková HCl kyselina chlorovodíková Cl− chloridový ion H2SO4 kyselina sírová HSO hydrogensíranový ion HNO3 kyselina dusičná NO dusičnanový ion H3O+ hydroniový ion H2O voda HSO hydrogensíranový ion SO síranový ion H3PO4 kyselina fosforečná H2PO dihydrogenfosforečnanový ion CH3COOH kyselina octová CH3COO− octanový ion HF kyselina fluorovodíková F− fluoridový ion H2CO3 kyselina uhličitá HCO hydrogenuhličitanový ion H2S kyselina sulfanová HS− hydrogensulfidový ion H2PO dihydrogenfosforečnanový ion HPO hydrogenfosforečnanový ion NH amonný ion NH3 amoniak H2O voda (pH=7) OH− hydroxidový ion HCO hydrogenuhličitanový ion CO uhličitanový ion
Tabulka zásad a jejich konjugovaných kyselin Níže následuje tabulka zásad a jejich konjugovaných kyselin, kde směrem dolů síla zásady klesá a síla konjugované kyseliny roste.
Zásada Konjugovaná kyselina C2H5NH2 ethylamin C2H5NH ethylamonný ion CH3NH2 methylamin CH3NH methylamonný ion NH3 amoniak NH amonný ion C5H5N pyridin C5H5NH+ pyridinium C6H5NH2 anilin C6H3NH fenylamonný ion C6H5COO− benzoanový ion C6H5COOH kyselina benzoová F− fluoridový ion HF kyselina fluorovodíková PO fosforečnanový ion HPO hydrogenfosforečnanový ion OH− hydroxidový ion H2O voda HCO hydrogenuhličitanový ion H2CO3 kyselina uhličitá CO uhličitanový ion HCO hydrogenuhličitanový ion Br− bromidový ion HBr kyselina bromovodíková HPO hydrogenfosforečnanový ion H2PO dihydrogenfosforečnanový ion Cl− chloridový ion HCl kyselina chlorovodíková H2O voda H3O+ hydroniový ion
Odkazy
Reference
Související články Pufr Deprotonace Protonace Soli
Externí odkazy MCAT General Chemistry Review – 10.4 Titration and Buffers (titrace a pufry) pufry a pufrační kapacita
Kategorie:Kyseliny Kategorie:Zásady