Թթուների և հիմքերի պրոտոլիտիկ տեսություն. Թթուները և հիմքերը կազմակերպչական քիմիայում. Խոնարհել թթու և կոնյուգացիոն հիմք: Թթու-բազային հավասարակշռություն, օրինակներ. Մոլեկուլում փոխարինողների ազդեցությունը թթվայնության և հիմնականության վրա Ժամանակակից պատկերացումները թթվի մասին

Թթուներն ու հիմքերը իրենց հատկությունները ցույց են տալիս միայն միմյանց ներկայությամբ: Ոչ մի նյութ չի հրաժարվի պրոտոնից, եթե համակարգում չկա պրոտոն ընդունող՝ հիմք, և հակառակը, այսինքն. նրանք ձևավորում են զուգակցված թթու-բազային զույգորի մեջ որքան ուժեղ է թթուն, այնքան թույլ է նրա զուգակցված հիմքը, և որքան ուժեղ է հիմքը, այնքան թույլ է նրա զուգակցված թթունը:

Պրոտոն նվիրաբերող թթուն դառնում է զուգակցված հիմք, իսկ պրոտոն ընդունող բազան՝ զուգակցված թթու։ Թթուն սովորաբար նշվում է AN, իսկ հիմքը B է

Օրինակ՝ HC1- H + + C1 -, HC1 - ուժեղ թթու; C1 - ion - conjugate թույլ բազա;

CH 3 COOH - CH 3 COO - + H +, CH 3 COOH-ը թույլ թթու է, իսկ CH 3 COOH - զուգակցված ուժեղ հիմք իոնն է:

Ընդհանուր տեսակետը կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.

Н+¦ : A + B Н:В+ + А:-

դիմադրության հիմունքների հավաքածու դիմադրություն

մի տարրական բան

Մենք արդեն ասացինք, որ միացությունների թթվային հատկությունները բացահայտվում են միայն հիմքի առկայության դեպքում, իսկ հիմնական հատկությունները՝ թթվի առկայությամբ, այսինքն. միացություններում կա որոշակի թթու-հիմնային հավասարակշռություն, որի ուսումնասիրության համար որպես լուծիչ օգտագործվում է H 2 O։ H 2 O-ի նկատմամբ՝ որպես թթու կամ որպես հիմք, որոշվում են միացությունների թթու-բազային հատկությունները։

Թույլ էլեկտրոլիտների դեպքում թթվայնությունը չափվում է TO Ռավռեակցիա, որը ներառում է H +-ի տեղափոխումը թթվից H 2 O որպես հիմք:

CH 3 COOH + H 2 O - CH 3 COO - + H 3 O +

որը հիմնային թթու է

CH 3 COO - - ացետատ իոն, կոնյուգացիոն հիմք;

H 3 O + - հիդրոնիումի իոն, զուգակցված թթու:

Օգտագործելով այս ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունի արժեքը և հաշվի առնելով, որ H 2 O-ի կոնցենտրացիան գրեթե հաստատուն է, կարող ենք որոշել K արտադրյալը. կոչվում է թթվայնության հաստատուն TO թթվայնությունը (Կ Ա).

Որքան բարձր է K a-ն, այնքան ուժեղ է թթուն: CH 3 COOH K a = 1,75 10 -5-ի համար: Նման փոքր արժեքները անհարմար են գործնական աշխատանքում, ուստի K a-ն արտահայտվում է միջոցով rK Ա (pK = -?g Կ Ա) CH 3 COOH-ի համար pK a = 4,75: Որքան ցածր է pKa արժեքը, այնքան ուժեղ է թթուն:

Հիմքերի ամրությունը որոշվում է BH + pK արժեքով:

Ջրածին պարունակող ֆունկցիոնալ խմբերով օրգանական միացությունների թթվային հատկությունները (ալկոհոլներ, ֆենոլներ, թիոլներ, կարբոքսիլաթթուներ, ամիններ):

Օրգանական թթուներ

Օրգանական միացություններում, կախված այն տարրի բնույթից, որի հետ կապված է H +-ը, առանձնանում են հետևյալ թթուները.

ՆԱ- թթուներ (կարբոքսիլաթթուներ, ֆենոլներ, սպիրտներ)

CH -թթուներ (ածխաջրածիններ և դրանց ածանցյալներ)

NH-թթուներ (ամիններ, ամիդներ, իմիդներ)

Շ-թթուներ (թիոլներ):

Թթվային կենտրոնը տարր է և դրա հետ կապված ջրածնի ատոմը:

Թթվի ուժը կախված կլինի անիոնային կայունություն,դրանք. զուգակցված հիմքից, որը ձևավորվում է մոլեկուլից H +-ի անջատման ժամանակ։ Որքան կայուն է անիոնը, այնքան բարձր է միացության թթվայնությունը։

Անիոնի կայունությունը կախված է մի շարք գործոններից, որոնք նպաստում են լիցքի տեղակայմանը: Որքան բարձր է լիցքի տեղակայումը, այնքան ավելի կայուն է անիոնը, այնքան ուժեղ են թթվային հատկությունները:

Տեղակայման աստիճանի վրա ազդող գործոններ.

1. Թթվային տեղամասում հետերոատոմի բնույթը
2. Ածխաջրածնային ռադիկալների ատոմների և դրանց փոխարինողների էլեկտրոնային ազդեցությունները
3. Անիոնների լուծվելու ունակությունը:
1. Թթվայնության կախվածությունը հետերոատոմից.

Հետերոատոմի բնույթը հասկացվում է որպես նրա էլեկտրաբացասականություն (E.O.) և բևեռացում: Որքան մեծ է (E.O.), այնքան ավելի հեշտ է տեղի ունենում մոլեկուլում հետերոլիտիկ ճեղքումը: Ձախից աջ ժամանակահատվածներում, քանի որ միջուկի լիցքը մեծանում է, (E.O) մեծանում է, այսինքն. տարրերի բացասական լիցք պահելու ունակությունը. Էլեկտրոնների խտության փոփոխության արդյունքում ատոմների միջև կապը բևեռացվում է։ Որքան շատ էլեկտրոններ և որքան մեծ է ատոմի շառավիղը, այնքան արտաքին էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնները գտնվում են միջուկից, այնքան բարձր է բևեռայնությունը և այնքան բարձր է թթվայնությունը։

Օրինակ՝ CH- NH- OH- SH-

աճը E.O. և թթվայնությունը

C, N, O - նույն ժամանակաշրջանի տարրեր: Է.Օ. ժամանակահատվածում աճում է, թթվայնությունը մեծանում է: Այս դեպքում բևեռացումը չի ազդի թթվայնության վրա:

Մի ժամանակաշրջանում ատոմների բևեռայնությունը փոքր-ինչ փոխվում է, ուստի թթվայնությունը որոշող հիմնական գործոնը E.O.

Հիմա հաշվի առեք OH-SH-

ավելացել է թթվայնությունը

O, S - նույն խմբում են, խմբում շառավիղը մեծանում է վերևից ներքև, հետևաբար մեծանում է նաև ատոմի բևեռայնությունը, ինչը հանգեցնում է թթվայնության բարձրացման: S-ն ունի ավելի մեծ ատոմային շառավիղ, քան O-ն, ուստի թիոլներն ավելի ուժեղ թթվային հատկություններ են ցուցաբերում՝ համեմատած սպիրտների հետ։

Համեմատեք երեք միացություններ՝ էթանոլ, էթանեթիոլ և ամինոէթանոլ.

H 3 C - CH 2 - ՆԱ, H 3 C - CH 2 - Շև H 3 C - CH 2 - Ն.Հ. 2

1. Համեմատենք ըստ ռադիկալների՝ նույնն են;
2. Ֆունկցիոնալ խմբի հետերոատոմի բնույթով. S-ը և O-ն նույն խմբում են, բայց S-ն ունի ավելի մեծ ատոմային շառավիղ և ավելի բարձր բևեռացում, հետևաբար էթանեթիոլն ունի ավելի ուժեղ թթվային հատկություններ:
3. Այժմ համեմատենք O-ն և N. O-ն ունի ավելի բարձր EO, հետևաբար սպիրտների թթվայնությունը կլինի ավելի բարձր:
2. Ածխաջրածնային ռադիկալի և նրանում առկա փոխարինիչների ազդեցությունը

Անհրաժեշտ է ուսանողների ուշադրությունը հրավիրել այն փաստի վրա, որ համեմատվող միացությունները պետք է ունենան նույն թթվային կենտրոնը և նույն լուծիչը:

Էլեկտրոնների հեռացման (E.A.) փոխարինիչներնպաստում են էլեկտրոնների խտության տեղայնացմանը, ինչը հանգեցնում է անիոնի կայունությանը և, համապատասխանաբար, թթվայնության բարձրացմանը:

Էլեկտրոն նվիրաբերող (E.D.) փոխարինիչներընդհակառակը, դրանք նպաստում են թթվային կենտրոնում էլեկտրոնային խտության կենտրոնացմանը, ինչը հանգեցնում է թթվայնության նվազմանը և հիմնայինության բարձրացմանը։

Օրինակ՝ միահիդրային սպիրտներն ավելի թույլ թթվային հատկություններ են ցուցաբերում՝ համեմատած ֆենոլների:

Օրինակ՝ H 3 C > CH 2 > OH

1. Թթվային կենտրոնը նույնն է
2. Լուծիչը նույնն է

Միաձույլ սպիրտներում էլեկտրոնի խտությունը ածխաջրածնային ռադիկալից տեղափոխվում է OH խումբ, այսինքն. ռադիկալը ցուցադրում է +I ազդեցություն, այնուհետև մեծ քանակությամբ էլեկտրոնային խտություն է կենտրոնանում OH խմբի վրա, ինչի արդյունքում H +-ն ավելի ամուր է կապված O-ի հետ, իսկ O-H կապը խզելը դժվար է, հետևաբար միահիդրային սպիրտները ցուցաբերում են թույլ թթվային հատկություններ: .

Ֆենոլում, ընդհակառակը, բենզոլային օղակը E.A. է, իսկ OH խումբը E.D.

Շնորհիվ այն բանի, որ հիդրոքսիլ խումբը մտնում է բենզոլային օղակի հետ ընդհանուր կոնյուգացիայի մեջ, ֆենոլի մոլեկուլում տեղի է ունենում էլեկտրոնային խտության տեղակայում և թթվայնությունը մեծանում է, քանի որ խոնարհումը միշտ ուղեկցվում է թթվային հատկությունների աճով:

Մոնոկարբոքսիլային թթուներում ածխաջրածնային ռադիկալի ավելացումը նույնպես ազդում է թթվային հատկությունների փոփոխության վրա, և երբ փոխարինիչներ ներմուծվում են ածխաջրածնի մեջ, տեղի է ունենում թթվային հատկությունների փոփոխություն։

Օրինակ:Կարբոքսիլաթթուներում տարանջատվելուց առաջանում են կարբոքսիլատային իոններ՝ ամենակայուն օրգանական անիոնները։

Կարբոքսիլատային իոնում p, p-կոնյուգացիայի պատճառով բացասական լիցքը հավասարապես բաշխվում է թթվածնի երկու ատոմների միջև, այսինքն. այն տեղայնացված է և, համապատասխանաբար, ավելի քիչ կենտրոնացված, հետևաբար, կարբոքսիլաթթուներում թթվային կենտրոնն ավելի ուժեղ է, քան սպիրտներում և ֆենոլներում:

Ածխաջրածնային ռադիկալի ավելացմամբ, որը խաղում է Է.Դ. Մոնոկարբոքսիլային թթուների թթվայնությունը նվազում է կարբոքսիլ խմբի ածխածնի ատոմի վրա d +-ի նվազման պատճառով։ Հետևաբար, թթուների հոմոլոգ շարքում ամենաուժեղն է մածուցիկ թթուն։

Ներկայացնելով Է.Ա. փոխարինող ածխաջրածնային ռադիկալում, օրինակ՝ քլոր - միացության թթվայնությունը մեծանում է, քանի որ -I էֆեկտի պատճառով էլեկտրոնի խտությունը տեղայնացված է և d + կարբոքսիլ խմբի C ատոմի վրա մեծանում է, հետևաբար, այս օրինակում ամենաուժեղը կլինի տրիքլորքացախաթթուն:

3. Լուծողի ազդեցություն.

Լուծվող նյութի մոլեկուլների կամ իոնների փոխազդեցությունը լուծիչի հետ կոչվում է գործընթաց լուծում.Անիոնի կայունությունը էականորեն կախված է լուծույթում նրա լուծույթից. որքան շատ է լուծվում իոնը, այնքան ավելի կայուն է այն, և որքան մեծ է լուծույթը, այնքան փոքր է իոնի չափը և այնքան քիչ է նրա մեջ բացասական լիցքի տեղակայումը:

«Թթու» և «հիմք» տերմիններն օգտագործվում են միացությունների երկու խմբին մատնանշելու համար, որոնք ունեն տրամագծորեն հակառակ հատկությունների մի շարք: 1923 թվականին Ի. Բրոնսթեդը և Տ. Լոուրին առաջարկեցին թթուների և հիմքերի ընդհանուր պրոտոլիտիկ տեսություն։ Ըստ այս տեսության, հետևյալ սահմանումները համապատասխանում են թթու և հիմք հասկացություններին.

Թթուն մոլեկուլ կամ իոն է, որն ընդունակ է նվիրաբերել ջրածնի կատիոն (պրոտոն): Թթուն պրոտոնի դոնոր է:

Հիմքը մոլեկուլ կամ իոն է, որը կարող է միացնել ջրածնի կատիոնը (պրոտոն): Հիմքը պրոտոնային ընդունիչ է։

Թթուն, հրաժարվելով պրոտոնից, վերածվում է այն ընդունելու հակված մասնիկի, որը կոչվում է կոնյուգացիոն հիմք:

Հիմքը, ավելացնելով պրոտոն, վերածվում է մասնիկի, որը հակված է այն տալ, որը կոչվում է conjugate թթու:

Թթվի և նրա զուգակցված հիմքի կամ հիմքի և նրա զուգակցված թթվի համակցությունը կոչվում է զուգակցված թթու-բազային զույգեր.

Թթվի ուժը որոշվում է պրոտոն նվիրելու նրա ունակությամբ, այսինքն՝ ուժեղ թթուն ակտիվ պրոտոն դոնոր է: Ջրային լուծույթներում թթուների ուժը նվազում է հետևյալ հաջորդականությամբ.

Հիմքի ուժը որոշվում է պրոտոն ընդունելու նրա ունակությամբ, այսինքն՝ ուժեղ բազան ակտիվ պրոտոն ընդունող է: Ջրային լուծույթներում հիմքերի ուժը, այսինքն՝ պրոտոնների հետ կապվածությունը, նվազում է շարքում.

Ուժեղ թթուները, հեշտությամբ նվիրաբերելով պրոտոն, վերածվում են կոնյուգացիոն հիմքերի, որոնք հեշտությամբ չեն ընդունում պրոտոնը։ Հետևաբար, այս թթուների տարանջատումը գրեթե անշրջելի է.

Թույլ թթուները, դժվարանալով հրաժարվել պրոտոնից, վերածվում են կոնյուգացիոն հիմքերի, որոնք ակտիվորեն ընդունում են պրոտոնը, ինչը թույլ թթուների տարանջատումը դարձնում է շրջելի գործընթաց, իսկ հավասարակշռությունը տեղափոխվում է դեպի չդիսոցացված ձև.

Ուժեղ և թույլ հիմքերը նույն կերպ են վարվում՝ ռեակցիայի արդյունքում վերածվելով համապատասխան զուգակցված թթուների, այսինքն՝ այս դեպքերում կան նաև թթու-հիմնային զույգեր.

Որոշ նյութեր ի վիճակի են որոշ ռեակցիաներում հանդես գալ որպես պրոտոն դոնոր՝ այն նվիրաբերելով միացություններին, որոնք ավելի բարձր կապ ունեն պրոտոնի նկատմամբ, իսկ մյուսներում՝ որպես պրոտոն ընդունող՝ հեռացնելով այն պրոտոնի նկատմամբ ավելի ցածր կապ ունեցող միացություններից: Նման նյութերը կոչվում են ամֆոլիտներ.

Ամֆոլիտները մոլեկուլներ կամ իոններ են, որոնք կարող են և՛ նվիրաբերել, և՛ ընդունել պրոտոն, և հետևաբար մտնում են ինչպես թթուների, այնպես էլ հիմքերի համար բնորոշ ռեակցիաների մեջ:Ամֆոլիտը ցույց է տալիս թթվի կամ հիմքի հատկությունները՝ կախված նրանից, թե ինչ նյութերի հետ է փոխազդում։ Տիպիկ ամֆոլիտը ջուրն է, քանի որ դրա էլեկտրոլիտային տարանջատման արդյունքում ձևավորվում է և՛ ուժեղ թթու, և՛ ամուր հիմք.

Բացի այդ, ջուրը փոխազդում է թթուների հետ՝ հանդես գալով որպես հիմք, և հիմքերի հետ՝ ցուցադրելով թթվի հատկությունները.

Ամֆոլիտները որոշ մետաղների հիդրօքսիդներ են (Zn, Al, Pb, Sn, Cr).

Ամֆոլիտները պոլիհիմնական թթուների հիդրոանիոններ են, օրինակ՝ HC0 3 -, HP0 4 2- և H2PO4-:

Ամֆոլիտները նաև միացություններ են, որոնց մոլեկուլները պարունակում են երկու տարբեր թթու-բազային խմբեր, օրինակ՝ կենսաբանորեն կարևոր ա-ամինաթթուներ։ Պրոտոնի կարբոքսիլ խմբից ամինո խումբ տեղափոխելու արդյունքում α-ամինաթթվի մոլեկուլը լիցքավորված խմբեր չպարունակող տավտոմերից* փոխակերպվում է երկբևեռ-իոնային (ցվիտերիոնային) կառուցվածք ունեցող տաուտոմերի։ Այսպիսով, a-amino թթուները բնութագրվում են նախատրոպիկ տավտոմերիզմ(Բաժին 21.2.1):

Բյուրեղային վիճակում և ջրային լուծույթներում α-ամինաթթուների այս հավասարակշռությունը գրեթե ամբողջությամբ տեղափոխվում է երկբևեռ կառուցվածք ունեցող տավտոմեր։ Այսպիսով, ջրային լուծույթում գլիցինի համար երկբևեռ իոնային կառուցվածք ունեցող տաուտոմերի պարունակությունը 223000 անգամ ավելի մեծ է, քան մեկ այլ տաուտոմերի:

Այս կառուցվածքային հատկության շնորհիվ α-ամինաթթուների մոլեկուլները ցուցաբերում են թթվային հատկություններ՝ շնորհիվ ամոնիումային խմբի (NH 3 +), իսկ հիմնայինները՝ իոնացված կարբոքսիլ խմբի (-COO-) շնորհիվ, որոնք հանդես են գալիս որպես ամֆոլիտներ.

Ինչպես բոլոր ամֆոլիտները, α-ամինաթթուները թույլ էլեկտրոլիտներ են։

Ըստ պրոտոլիտիկ տեսության՝ թթուները, հիմքերը և ամֆոլիտներն են պրոտոլիտներ,իսկ պրոտոնի տեղափոխումը թթվից հիմք կոչվում է պրոտոլիզիև բացատրվում է նրանով, որ այս երկու նյութերը տարբեր կապեր ունեն պրոտոնների նկատմամբ։ Թթու-բազային փոխազդեցությունը միշտ ներառում է երկու զուգակցված թթու-բազային զույգեր, իսկ պրոտոնի փոխանցումը միշտ տեղի է ունենում ավելի թույլ թթուների, ներառյալ կոնյուգացիոն թթուների ձևավորման ուղղությամբ: Եթե ռեակտիվների պրոտոնի հետ փոխազդելու հակվածությունը համաչափ է, ապա պրոտոլիտիկ հավասարակշռություն.

Պրոտոլիտիկ կամ թթու-բազային հավասարակշռություն ստեղծվել է պրոտոնի համար մրցակցության արդյունքում(H+) փոխազդող զուգակցված թթու-բազային զույգերի հիմքերի միջև(ՆԱ, Ա- Եվ VN +, V). Պրոտոլիտիկ հավասարակշռությունը միշտ փոխվում է ավելի թույլ թթվի ձևավորման ուղղությամբ.

Պրոտոլիտիկ հավասարակշռությունը սխեմատիկորեն կարող է ներկայացվել հետևյալ գծապատկերով.

Պրոտոնի փոխանցումը միշտ տեղի է ունենում ուժեղ թթվից Դեպիթույլ թթվի անիոնին, որն ուղեկցվում է թույլ թթվի տեղաշարժով իր աղից ավելի ուժեղ թթվի ազդեցությամբ։

Ջրում թույլ էլեկտրոլիտների իոնացման ժամանակ դիտվում է պրոտոլիտիկ հավասարակշռություն (Բաժին 7.2): Այսպիսով, թույլ թթվի իոնացումը ջրային լուծույթներում պրոտոնի մրցակցության հետևանք է թույլ թթվի անիոնի և ջրի միջև, որը գործում է որպես հիմք, այսինքն՝ պրոտոն ընդունող: Այս գործընթացը շրջելի է և բնութագրվում է հավասարակշռության հաստատունով Կ ա:

Երբ թույլ հիմքը փոխազդում է ջրի հետ, վերջինս, հանդես գալով որպես պրոտոն դոնոր, նպաստում է այս բազայի իոնացմանը, որը կրում է հավասարակշռության բնույթ.

թույլ էլեկտրոլիտային թթուների և հիմքերի համար բնութագրվում է թթվայնության հաստատունների արժեքներով Կ աև հիմնարարությունը Կ բհամապատասխանաբար (բաժին 7.2): Եթե այս հաստատունները բնութագրում են ջրի պրոտոլիտիկ փոխազդեցությունը HA, A կամ BH +, B մի զույգ թթվի կամ հիմքի հետ, ապա թթվայնության հաստատունների արտադրյալը. Կ ա իհիմնարարությունը Կբ,Տվյալ զույգի բաղադրիչները միշտ հավասար են ջրի իոնային արտադրյալին Kn 2 o = 1 * 10 -14 (22 °C-ում).

Այս արտահայտությունները թույլ են տալիս փոխարինել հիմնականության հաստատունը ջրային լուծույթների դեպքում Քկամ հիմնականության ցուցիչ pKbթույլ հիմքից մինչև թթվայնության հաստատուն Կ ակամ թթվայնության մակարդակը pK աայս բազայի զուգակցված թթու: Գործնականում միացության պրոտոլիտիկ հատկությունները բնութագրելու համար սովորաբար օգտագործվում է արժեքը rK ա.Այսպիսով, ամոնիակի ուժը ջրի մեջ որպես հիմք (pKb, = 4.76) կարելի է բնութագրել ամոնիումի իոնի NH4+ թթվայնության ինդեքսով, այսինքն՝ զուգակցված թթվի՝ pK a (NH4+) = 14 - 4.76 - 9.24. Հետևաբար, ջրային լուծույթների դեպքում հաստատունների կամ ցուցիչների հատուկ աղյուսակի կարիք չկա։ հիմնարարությունը, աղյուսակում ներկայացված թթվայնության մեկ սանդղակը բավարար է: 8.1, որտեղ հիմքերի հատկությունները բնութագրվում են հաստատունով Կ ակամ թթվայնության ցուցիչ pK ադրանց համակցված թթուները: Ջրային լուծույթներում ամենաուժեղ թթունը ջրածնի H+ կատիոնն է (ավելի ճիշտ՝ H3O+), իսկ ամենաուժեղ հիմքը՝ OH- անիոնը։ Մեծություն pK աքանակապես բնութագրում է թույլ էլեկտրոլիտների ուժը ջրային լուծույթներում։

Թույլ թթուն ավելի թույլ է, այնքան բարձր է նրա pKa արժեքը: Թույլ բազան ավելի թույլ է, այնքան ցածր է նրա զուգակցված թթվի pK արժեքը:

Իմաստը pK ահավասար է ջրային լուծույթի pH արժեքին, որում տրված թույլ էլեկտրոլիտը իոնացված է 50%-ով, քանի որ այս դեպքում [A - ] = [HA], ապա Կ ա= [H + ] և pK ա= pH. Այսպիսով, քացախաթթվի համար իր ջրային լուծույթում pH = pK a (CH 3 COOH) = = 4,76, տեղի է ունենում հավասարությունը [CH 3 COO-] = [CH 3 COOH], իսկ ամոնիակի ջրային լուծույթի համար հավասարությունը = կդիտարկվի pH = pK և (NH4+) = 9,24 լուծույթում:

Բացի այդ, արժեքը pK աթույլ է տալիս որոշել ջրային լուծույթների pH արժեքը, որտեղ տրված թույլ թթու HA-ն հայտնաբերված է հիմնականում (99% կամ ավելի) անիոնի (A") տեսքով. սա կլինի pH > ունեցող լուծույթներում: pK a + 2; կամ մոլեկուլների (NA) տեսքով՝ pH ունեցող լուծույթներում< pK a - 2.ԱրՀ = միջակայքում pK a ± 2թույլ էլեկտրոլիտ ջրային լուծույթներում գոյություն ունի ինչպես իոնացված, այնպես էլ ոչ իոնացված ձևերով՝ [A-]/[HA] հարաբերակցությամբ 100:1-ից 1: 100 համապատասխանաբար.

Տրված հարաբերությունները թույլ են տալիս՝ իմանալով արժեքը pK աբիոսուբստրատ, որոշեք, թե ինչ ձևով կլինի այն մարմնի ջրային համակարգերում որոշակի pH արժեքով: Բացի այդ, մեծության իմացություն pK աթույլ էլեկտրոլիտը թույլ է տալիս հաշվարկել այս էլեկտրոլիտի ջրային լուծույթների pH-ը, եթե հայտնի է դրա կոնցենտրացիան:

Ըստ Lowry-Bronsted տեսության, թթուները նյութեր են, որոնք կարող են նվիրաբերել պրոտոն, հիմքերը այն նյութերն են, որոնք ընդունում են պրոտոն.

Եթե B-ն ուժեղ հիմք է, ապա այն թույլ թթու է։ Օգնությամբ կարող եք բնութագրել թթվի կամ զուգակցված թթվի տարանջատման աստիճանը։Թթվայնության հաստատունի հետ կա նաև հիմնականության հաստատուն հասկացությունը և դրա համապատասխանությունը։

Լյուիսի տեսության համաձայն՝ թթուները միացություններ են, որոնք կարող են ընդունել, իսկ հիմքերը կարող են նվիրաբերել զույգ էլեկտրոններ։

Լայն իմաստով թթուները միացություններ են, որոնք մատակարարում են կատիոն, կոնկրետ դեպքում՝ պրոտոն, կամ ընդունում են զույգ էլեկտրոններ ատոմի կամ ատոմների խմբի հետ և այլն)։

Հիմքերը ընդունում են կատիոն, կոնկրետ դեպքում՝ պրոտոն, կամ ապահովում են զույգ էլեկտրոններ ատոմի կամ ատոմների խմբի հետ։

Նյութի թթվայնությունը կամ հիմնականությունը դրսևորվում է մեկ այլ նյութի, մասնավորապես լուծիչի հետ փոխազդեցության գործընթացում և, հետևաբար, հարաբերական է։

Շատ նյութեր ունեն ամֆոտերային հատկություն։ Օրինակ՝ ջուրը, սպիրտները և թթուները հիմքերի հետ փոխազդելիս կարող են պրոտոն նվիրաբերել և այն ընդունել թթուների հետ։ Թթուների և հիմքերի բացակայության դեպքում նման միացությունների երկակի բնույթը դրսևորվում է ավտոպրոտոլիզում.

Թթվի տարանջատումը լուծիչում նշանակում է պրոտոնի փոխանցում լուծիչին.

Այս առումով թթվի ուժն արտահայտվում է դիսոցման հաստատունով, որը բնորոշ է միայն տվյալ լուծիչին։ Պրոտոնի փոխանցումը տեղի է ունենում միայն բարձր իոնացնող և լուծվող լուծիչներում, ինչպիսին է ջուրը:

Ջրային միջավայրից օրգանական միջավայրի անցնելու ժամանակ թթվային տարանջատման աստիճանը նվազում է 4-6 կարգով։

Ուժեղ լուծվող և իոնացնող լուծիչները չեզոքացնում են թթուների ուժը, մինչդեռ ոչ բևեռային և ցածր իոլյար լուծիչները, նրանց հետ փոխազդելով ջրածնային կապերի մակարդակով, ունեն տարբերակիչ ազդեցություն։ Վերջին դեպքում թթվային ուժի տարբերություններն ավելի էական են դառնում։

Իներտ, ոչ բևեռային լուծիչներում պրոտոնների աբստրակցիայի հավանականությունը շատ ցածր է, չնայած ներքին էլեկտրոնային էֆեկտների պատճառով կապը կարող է խիստ բևեռացված լինել: Նման պայմաններում թթվային հատկությունները դրսևորվում են ՀԱ մոլեկուլների ինքնասոցիացմամբ կամ պրոտոնային ընդունիչների՝ հիմքերի հետ կապված։ Վերջին դեպքում թթվայնության չափանիշը որպես ստանդարտ ընտրված ցանկացած հիմքի հետ կապի հաստատունն է: Օրինակ, բենզոաթթվի և դիֆենիլգուանիդինի ասոցիացիայի հաստատունը բենզոլում է

Թթվի պրոտոնիզացնող ուժը արտահայտվում է նաև թթվայնության ֆունկցիայի միջոցով, որը բնութագրում է հավասարակշռության վիճակը օրգանական լուծիչներում թթուների և հիմքերի բարդ ձևավորման ժամանակ։ Որպես հիմք առավել հաճախ օգտագործվում են այն ցուցիչները, որոնք փոխում են գույնը՝ կախված թթվի հզորությունից, ինչը հնարավորություն է տալիս սպեկտրոսկոպիկ մեթոդներով ուսումնասիրել համակարգը։ Այս դեպքում կարևոր է, որ կապակցված ազատ հիմքերի շերտերը նույնականացվեն սպեկտրում:

Այսպիսով, ներածական միջավայրում թթուները և հիմքերը ձևավորում են լուծված իոններ, օրգանական միջավայրում՝ իոնային զույգեր և նրանց հարակիցները։

Ասոցիացիայի հասկացությանը մոտ է կոմպլեքսացիայի հայեցակարգը. դոնոր-ընդունիչ և դատիվ փոխազդեցությունների շնորհիվ էլեկտրոն-դոնոր-ընդունիչ կոմպլեքսները, որոնք նաև կոչվում են լիցքի փոխանցման բարդույթներ, կարող են ձևավորվել իոններից և մոլեկուլներից:

Էլեկտրոնների դոնորների տեսակները՝ I) հետերոատոմներով միացություններ. պարունակում է միայնակ զույգ էլեկտրոններ, եթերներ, ամիններ, սուլֆիդներ, յոդիդներ և այլն։ Օրինակ՝ դիէթիլ եթեր լամպից։ ldmethyl sulfide triphenylphosphine propyl iodide

2) պարունակող միացություններ՝ կապեր, էթիլեններ, ացետիլեններ, բենզոլ և դրա ածանցյալներ և այլ անուշաբույր համակարգեր.

3) էլեկտրոններ փոխանցելու ունակ միացություններ՝ ալկաններ, ցիկլոալկաններ.

Էլեկտրոնների ընդունիչների տեսակները՝ 1) թափուր ուղեծր պարունակող մետաղական միացություններ (K-օրբիտալ)՝ հալոգենիդներ և այլն, մետաղական իոններ.

2) միացություններ, որոնք կարող են ընդունել մի զույգ էլեկտրոններ մեկ դատարկ հակակապակցման հալոգեն, խառը հալոգեններ.

3) ուժեղ էլեկտրաբացասական փոխարինիչներ ունեցող կապեր ունեցող միացություններ, որոնք մասնակցում են հակակապակցման տետրացիանէթիլեն տրինիտրոբենզոլի պատճառով բարդ առաջացմանը.

Այսպիսով, կամ դոնորը կարող է փոխազդել թափուր ընդունողի հետ՝ ձևավորելով նոր MO՝ համակարգի էներգիայի նվազմամբ.

Օրգանական քիմիայում - համալիրները մեծ նշանակություն ունեն, իսկ - բարդությունները բնութագրվում են անկայունության հաստատուններով, որոնք, ըստ էության, դրանց տարանջատման հաստատուններն են:

Թթուների և հիմքերի տարանջատման և ասոցիացիայի հաստատունները դեռևս բավարար չափով չեն նկարագրում դրանց հատկությունները։ Բազմաթիվ քիմիական պրոցեսների և, մասնավորապես, կատալիզի ֆենոմենի ըմբռնման գործում կարևոր դեր է խաղացել կոշտ և փափուկ թթուների և հիմքերի հայեցակարգը (սկզբունքը.

ԺՄԿՕ): Այս հայեցակարգին համապատասխան՝ հարակից թթուներն ու հիմքերը փոխազդում են ամենաարդյունավետը՝ փափուկ թթուն փափուկ հիմքի հետ, պինդը՝ կոշտի հետ:

Կոշտ թթուների և հիմքերի նշանները (Աղյուսակ 8). 1) իոնի կամ մոլեկուլի փոքր չափը. 2) բարձր էլեկտրաբացասականություն; 3) տեղայնացված վճար. 4) ցածր բևեռացում; 5) թթուների ամենացածր դատարկ ուղեծրերը (LVO) ունեն բարձր էներգիա. 6) հիմքերի ամենաբարձր լցված ուղեծրերը (HFO) ունեն ցածր էներգիա.

Ըստ Լյուիսի՝ օրգանական միացությունների թթվային և հիմնային հատկությունները գնահատվում են էլեկտրոնային զույգ ընդունելու կամ ապահովելու և հետագայում կապ ստեղծելու ունակությամբ։ Էլեկտրոնային զույգ ընդունող ատոմը էլեկտրոն ընդունող է, և այդպիսի ատոմ պարունակող միացությունը պետք է դասակարգվի որպես թթու: Էլեկտրոնային զույգ ապահովող ատոմը էլեկտրոնի դոնոր է, իսկ այդպիսի ատոմ պարունակող միացությունը՝ հիմք։

Մասնավորապես, Լյուիս թթուները կարող են լինել ատոմ, մոլեկուլ կամ կատիոն՝ պրոտոն, Պարբերական աղյուսակի երկրորդ և երրորդ խմբերի տարրերի հալոգենիդներ, անցումային մետաղների հալոգենիդներ՝ BF3, ZnCl2, AlCl3, FeCl3, FeBr3, TiCl4, SnCl4, SbCl5, մետաղական կատիոններ, ծծմբային անհիդրիդ՝ SO3, կարբոկացիա։ Լյուիսի հիմքերը ներառում են ամիններ (RNH2, R2NH, R3N), սպիրտներ ROH, եթերներ ROR

Ըստ Brønsted-Lowry-ի՝ թթուները այն նյութերն են, որոնք կարող են նվիրաբերել պրոտոն, իսկ հիմքերը՝ նյութեր, որոնք կարող են ընդունել պրոտոն։

Համակցված թթու և հիմք.

HCN (թթվային) և CN- (բազային)

NH3 (հիմք) և NH4+ (թթու)

Թթու-բազային (կամ պրոտոլիտիկ) հավասարակշռությունը հավասարակշռություն է, որում ներգրավված է պրոտոն (H+):

HCOOH + H 2 O D H 3 O + + HCOO -

թթու 2 հիմք 1

H 2 O + NH 3 D NH 4 + + OH - .

թթու1 հիմք2 զուգակցված կոնյուգատ

թթու 2 հիմք 1

7. Իզոմերիզմի տեսակները օրգանական քիմիայում. Կառուցվածքային, տարածական և օպտիկական իզոմերիզմ: Կիրալիզմ. Դասավորություն և կազմաձևում: R, S, Z, E – նոմենկլատուրաներ:

Գոյություն ունի իզոմերիզմի երկու տեսակ՝ կառուցվածքային և տարածական (ստերեոիզոմերիզմ)։ Կառուցվածքային իզոմերները միմյանցից տարբերվում են մոլեկուլում ատոմների կապերի կարգով, ստերեոիզոմերները՝ տարածության մեջ ատոմների դասավորությամբ՝ նրանց միջև կապերի նույն կարգով։

Կառուցվածքային իզոմերիզմ՝ ածխածնային կմախքի իզոմերիզմ, դիրքային իզոմերիզմ, օրգանական միացությունների տարբեր դասերի իզոմերիզմ (միջդասակարգային իզոմերիզմ)։

Կառուցվածքային իզոմերիզմ

Ածխածնի կմախքի իզոմերիզմ

Դիրքային իզոմերիզմը պայմանավորված է մոլեկուլի միևնույն ածխածնային կմախքով բազմակի կապի, փոխարինողի և ֆունկցիոնալ խմբի տարբեր դիրքերով.

Տարածական իզոմերիզմ

Տարածական իզոմերիզմը բաժանվում է երկու տեսակի՝ երկրաչափական և օպտիկական։

Երկրաչափական իզոմերիզմը բնորոշ է կրկնակի կապեր և ցիկլային միացություններ պարունակող միացություններին։ Քանի որ ատոմների ազատ պտույտը կրկնակի կապի կամ օղակի շուրջ անհնար է, փոխարինողները կարող են տեղակայվել կամ կրկնակի կապի կամ օղակի հարթության նույն կողմում (cis դիրք) կամ հակառակ կողմերում (տրանս դիրք):

Օպտիկական իզոմերիզմը տեղի է ունենում, երբ մոլեկուլը անհամատեղելի է հայելու մեջ իր պատկերի հետ: Դա հնարավոր է, երբ մոլեկուլում ածխածնի ատոմն ունի չորս տարբեր փոխարինիչներ: Այս ատոմը կոչվում է ասիմետրիկ:

ՔԻՐԱԼՈՒԹՅՈՒՆ, օբյեկտի՝ իդեալական հարթ հայելու մեջ իր պատկերի հետ անհամատեղելի լինելու հատկությունը։

Տարբեր տարածական կառույցները, որոնք առաջանում են պարզ կապերի շուրջ պտտվելու արդյունքում՝ առանց մոլեկուլի ամբողջականությունը խախտելու (առանց քիմիական կապերի խզման) կոչվում են ԿՈՆՖՈՐՄԱՑԻԱՆԵՐ։

Ալկանների կառուցվածքը. Sp3-ը ածխածնի վիճակն է։ C-C և C-H կապերի բնութագրերը. Ազատ ռոտացիայի սկզբունքը. Կոնֆորմացիա. Ներկայացման և անվանացանկի մեթոդներ. Ալկանների ֆիզիկական հատկությունները.

Ալկանի մոլեկուլներում ածխածնի բոլոր ատոմները գտնվում են վիճակում sp 3 - հիբրիդացում, C-C կապերի անկյունը 109°28 է», հետեւաբար մեծ թվով ածխածնի ատոմներով նորմալ ալկանների մոլեկուլները ունեն զիգզագաձեւ կառուցվածք (զիգզագ) Հագեցած ածխաջրածիններում C-C կապի երկարությունը 0,154 նմ է։

C-C կապը կովալենտային ոչ բևեռային է: C-H կապը կովալենտ է և թույլ բևեռային, քանի որ C-ն և H-ը մոտ են էլեկտրաբացասականությամբ:

Ֆիզիկական հատկություններ

Նորմալ պայմաններում ալկանների հոմոլոգ շարքի առաջին չորս անդամները գազեր են, C 5 -C 17 հեղուկներ, իսկ C 18-ից սկսած՝ պինդ մարմիններ։ Նրանց խտության ալկանների հալման և եռման կետերը մեծանում են մոլեկուլային քաշի ավելացման հետ։ Բոլոր ալկանները ավելի թեթև են, քան ջուրը և անլուծելի են դրանում, բայց դրանք լուծելի են ոչ բևեռային լուծիչներում (օրինակ՝ բենզոլ) և իրենք լավ լուծիչներ են։

· Հալման և եռման կետերը պակաս ճյուղավորվածից նվազում են ավելի ճյուղավորված:

· Գազային ալկանները այրվում են անգույն կամ գունատ կապույտ բոցով և մեծ քանակությամբ ջերմություն են թողնում:

Ատոմների պտույտը s կապի շուրջը չի հանգեցնի դրա խզման։ C–C s կապերի երկայնքով ներմոլեկուլային պտույտի արդյունքում ալկանի մոլեկուլները, սկսած էթան C 2 H 6-ից, կարող են տարբեր երկրաչափական ձևեր ստանալ։
Մոլեկուլի տարբեր տարածական ձևերը, որոնք փոխակերպվում են միմյանց՝ պտտվելով C–C s-կապերի շուրջ, կոչվում են կոնֆորմացիաներ կամ պտտվող իզոմերներ(համապատասխանողներ):
Մոլեկուլի պտտվող իզոմերները նրա էներգետիկ անհավասար վիճակներն են։ Նրանց փոխակերպումը տեղի է ունենում արագ և անընդհատ ջերմային շարժման արդյունքում։ Հետևաբար, պտտվող իզոմերները չեն կարող մեկուսացվել առանձին ձևով, սակայն դրանց գոյությունն ապացուցվել է ֆիզիկական մեթոդներով։

ալկաններ .
մեթան, էթան, պրոպան, բութան -ան

9. Ածխաջրածիններ. Դասակարգում. Մեթանի շարքի հագեցած ածխաջրածիններ. Հոմոլոգ շարք. Անվանակարգ. Իզոմերիզմ. Ռադիկալներ. Բնական աղբյուրներ. Ֆիշեր-Տրոպշի սինթեզ. Պատրաստման եղանակները (ալկեններից, կարբոքսիլաթթուներից, հալոգեն ածանցյալներից, Վուրցի ռեակցիայով)

Հագեցած ածխաջրածինների ընդհանուր (ընդհանուր) անվանումն է ալկաններ .
Մեթանի հոմոլոգ շարքի առաջին չորս անդամների անունները չնչին են. մեթան, էթան, պրոպան, բութան . Հինգերորդից սկսած՝ անուններն առաջացել են հունական թվերից՝ վերջածանցի ավելացմամբ -ան

Ռադիկալները (ածխաջրածնային ռադիկալներ) նույնպես ունեն իրենց նոմենկլատուրան։ Միավալենտ ռադիկալները կոչվում են ալկիլներ և նշվում է R կամ Alk տառով:
Նրանց ընդհանուր բանաձևն է C n H 2n+ 1:
Ռադիկալների անունները կազմված են համապատասխան ածխաջրածինների անուններից՝ փոխարինելով վերջածանցը. -անվերջածանցով -իլ(մեթան - մեթիլ, էթան - էթիլ, պրոպան - պրոպիլ և այլն):
Երկվալենտ ռադիկալներն անվանվում են վերջածանցը փոխարինելով -անվրա -իլիդեն(բացառություն է մեթիլենի ռադիկալը = CH 2):
Եռավալենտ ռադիկալներն ունեն վերջածանց -իլիդին

Իզոմերիզմ. Ալկաններին բնորոշ է կառուցվածքային իզոմերիզմը։ Եթե ալկանի մոլեկուլը պարունակում է ավելի քան երեք ածխածնի ատոմ, ապա դրանց միացման կարգը կարող է տարբեր լինել։ Բութանի իզոմերներից մեկը ( n-բութան) պարունակում է չճյուղավորված ածխածնային շղթա, իսկ մյուսը՝ իզոբութանը, պարունակում է ճյուղավորված (իզոկառուցվածք):

Բնության մեջ ալկանների ամենակարևոր աղբյուրը բնական գազն է, հանքային ածխաջրածնային հումքը՝ նավթը և հարակից նավթային գազերը։

Ալկանները կարող են պատրաստվել Վուրցի ռեակցիայի միջոցով, որը ներառում է մետաղական նատրիումի ազդեցությունը ածխաջրածինների միահալոգեն ածանցյալների վրա։
2CH 3 –CH 2 Br (էթիլ բրոմիդ) + 2Na ––> CH 3 –CH 2 –CH 2 –CH 3 (բութան) + 2NaBr

· Ալկեններից

C n H 2n + H 2 → C n H 2n + 2

Ֆիշեր-Տրոպշի սինթեզ

nCO + (2n+1)H 2 → C n H 2n+2 + nH 2 O

Աղյուսակից երևում է, որ այս ածխաջրածինները միմյանցից տարբերվում են խմբերի քանակով` CH2- Նմանատիպ կառուցվածքների շարքը, որոնք ունեն նմանատիպ քիմիական հատկություններ և տարբերվում են միմյանցից այդ խմբերի քանակով, կոչվում է հոմոլոգ շարք: Իսկ այն կազմող նյութերը կոչվում են հոմոլոգներ։

Բանաձև	Անուն
CH 4	մեթան
C2H6	էթան
C 3 H 8	պրոպան
C4H10	բութան
C4H10	իզոբութան
C5H12	պենտան
C5H12	իզոպենտան
C5H12	նեոպենտան
C6H14	հեքսան
C 7 H 16	հեպտան
C 10 H 22	դեկան

10. Հագեցած ածխաջրածիններ (ալկաններ). Քիմիական և ֆիզիկական հատկություններ. ռադիկալ փոխարինման ռեակցիաներ: Հալոգենացում, նիտրիդացում, սուլֆոքլորացում, սուլֆօքսիդացում: Շղթայական ռեակցիաների հայեցակարգը.

Ֆիզիկական հատկություններ

Համակցված թթու և հիմք.

HCN (թթվային) և CN- (բազային)

NH3 (հիմք) և NH4+ (թթու)

Թթու-բազային (կամ պրոտոլիտիկ) հավասարակշռությունը հավասարակշռություն է, որում ներգրավված է պրոտոն (H+):

HCOOH + H 2 O D H 3 O + + HCOO -

թթու 2 հիմք 1

H 2 O + NH 3 D NH 4 + + OH - .

թթու1 հիմք2 զուգակցված կոնյուգատ

թթու 2 հիմք 1

Կառուցվածքային իզոմերիզմ

Ածխածնի կմախքի իզոմերիզմ