Προβολή πηγαίου κώδικα για τη σελίδα Συζυγής (Θεωρία οξέος-βάσης)

Ένα '''συζυγές οξύ''', εντός της [[Θεωρία οξέων-βάσεων κατά Μπρόνστεντ-Λόρι]], είναι μια [[χημική ένωση]] που σχηματίζεται όταν ένα οξύ [[πρωτονίωση|δίνει ένα πρωτόνιο]] ({{chem2|H+}}) σε μια [[βάση]]—με άλλα λόγια, είναι μια βάση στην οποία προστίθεται ένα ιόν υδρογόνου, καθώς χάνει ένα ιόν υδρογόνου στην αντίστροφη αντίδραση. Από την άλλη πλευρά, μια '''συζυγής βάση''' είναι αυτό που παραμένει αφού ένα οξύ έχει δώσει ένα πρωτόνιο κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Ως εκ τούτου, μια συζυγής βάση είναι μια ουσία που σχηματίζεται από την απομάκρυνση ενός πρωτονίου από ένα οξύ, καθώς μπορεί να αποκτήσει ένα ιόν υδρογόνου στην αντίστροφη αντίδραση.<ref>Zumdahl, Stephen S., & Zumdahl, Susan A. ''Chemistry''. Houghton Mifflin, 2007, {{ISBN|0618713700}}</ref> Επειδή [[οξύ|κάποια οξέα]] μπορούν να δώσει πολλά πρωτόνια, η συζυγής βάση ενός οξέος μπορεί η ίδια να είναι όξινη.
Συνοπτικά, αυτό μπορεί να αναπαρασταθεί ως η ακόλουθη [[χημική αντίδραση]]:
<math chem display="block">\text{οξύ} + \text{βάση} \; \ce{<=>} \; \text{συζυγής βάση} + \text{συζυγές οξύ}</math>
{{multiple image|left|
 | width = 100
 | footer = [[Γιοχάνες Νίκολαους Μπρόνστεντ]] (αριστερά) και Martin Lowry (δεξιά).
 | image1 = Johannes Brønsted.jpg
 | image2 =Thomas Martin Lowry2.jpg
 }}
Οι [[Γιοχάνες Νίκολαους Μπρόνστεντ]] και Martin Lowry εισήγαγαν τη θεωρία Brønsted–Lowry, η οποία έλεγε ότι κάθε ένωση που μπορεί να δώσει ένα πρωτόνιο σε μια άλλη ένωση είναι ένα οξύ και η ένωση που δέχεται το πρωτόνιο είναι μια βάση. Το πρωτόνιο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο στον πυρήνα με θετικό ηλεκτρικό φορτίο μονάδας. Αντιπροσωπεύεται από το σύμβολο {{chem2|H+}} επειδή έχει τον [[ατομικός πυρήνας|πυρήνα]] ενός [[άτομο|ατόμου]] υδρογόνου,<ref>{{Cite web|url=https://www.britannica.com/science/Bronsted-Lowry-theory|title=Brønsted–Lowry theory {{!}} chemistry|website=Encyclopedia Britannica|language=en|access-date=2020-02-25}}</ref> δηλαδή, ένα κατιόν υδρογόνου.
Ένα [[ιόν|κατιόν]] μπορεί να είναι ένα συζυγές οξύ και ένα [[ιόν|ανιόν]] μπορεί να είναι μια συζυγής βάση, ανάλογα με το ποια [[χημική ουσία|ουσία]] εμπλέκεται και ποια [[αντίδραση οξέος-βάσης| θεωρία οξέος-βάσης]] χρησιμοποιείται. Το απλούστερο ανιόν που μπορεί να είναι συζυγής βάση είναι το ελεύθερο ηλεκτρόνιο σε διάλυμα του οποίου το συζυγές οξύ είναι το ατομικό υδρογόνο.
==Αντιδράσεις οξέος-βάσης==
Σε μια [[αντίδραση οξέος-βάσης]], ένα οξύ και μια βάση αντιδρούν για να σχηματίσουν μια συζυγή βάση και ένα συζυγές οξύ αντίστοιχα. Το οξύ χάνει ένα πρωτόνιο και η βάση αποκτά ένα πρωτόνιο. Στα διαγράμματα που το δείχνουν αυτό, ο νέος δεσμός που σχηματίζεται μεταξύ της βάσης και του πρωτονίου φαίνεται με ένα βέλος που ξεκινά από ένα [[ηλεκτρονιακό ζεύγος]] από τη βάση και τελειώνει στο ιόν υδρογόνου (πρωτόνιο) που θα μεταφερθεί: [[File:Conjugate base reaction.svg]]

Στην περίπτωση αυτή, το μόριο του νερού είναι το συζυγές οξύ του βασικού ιόντος υδροξειδίου αφού το τελευταίο έλαβε το ιόν υδρογόνου από το [[αμμώνιο]]. Από την άλλη πλευρά, η [[αμμωνία]] είναι η συζυγής βάση για το όξινο αμμώνιο αφού το αμμώνιο έχει δώσει ένα ιόν υδρογόνου για την παραγωγή του μορίου του νερού. Επίσης, το OH<sup>−</sup> μπορεί να θεωρηθεί ως η συζυγής βάση του {{Chem|H|2|O}}, αφού το μόριο του νερού προσφέρει ένα πρωτόνιο για να δώσει το {{Chem|NH|4|+}} στην αντίστροφη αντίδραση. Οι όροι "οξύ", "βάση", "συζυγές οξύ" και "συζυγής βάση" δεν είναι σταθεροί για μια συγκεκριμένη χημική ουσία, αλλά μπορούν να αντικατασταθούν εάν η αντίδραση που λαμβάνει χώρα αντιστραφεί.

==Ισχύς συζυγών==
Η ισχύς ενός συζυγούς οξέος είναι ανάλογη με τη [[Διάσταση (χημεία)#Σταθερά διάστασης|σταθερά διάσπασης]] του. Ένα ισχυρότερο συζυγές οξύ θα διασπαστεί πιο εύκολα στα προϊόντα του, θα ''σπρώξει'' τα πρωτόνια του υδρογόνου μακριά και θα έχει υψηλότερη [[σταθερά διάστασης οξέος|σταθερά ισορροπίας]]. Η ισχύς μιας συζυγούς βάσης μπορεί να θεωρηθεί ως η τάση της να ''τραβάει'' πρωτόνια υδρογόνου προς τον εαυτό της. Εάν μια συζυγής βάση ταξινομηθεί ως ισχυρή, θα ''κρατήσει'' το πρωτόνιο υδρογόνου όταν διαλυθεί και το οξύ της δεν θα διασπαστεί.
Εάν μια χημική ουσία είναι ισχυρό οξύ, η συζυγής βάση της θα είναι ασθενής.<ref name="Conjugate Strength">{{Cite web| url=https://www.ausetute.com.au/cabstrength.html|title=Strength of Conjugate Acids and Bases Chemistry Tutorial| website=www.ausetute.com.au| access-date=2020-02-25}}</ref> Ένα παράδειγμα αυτής της περίπτωσης θα ήταν η διάσπαση του [[υδροχλωρικό οξύ|υδροχλωρικού οξέος]] {{Chem|H|Cl}} σε νερό. Εφόσον το {{Chem|H|Cl}} είναι ισχυρό οξύ (διασπάται σε μεγάλο βαθμό), η συζυγής βάση του ({{Chem|Cl|-}}) θα είναι ασθενής. Επομένως, σε αυτό το σύστημα, τα περισσότερα {{Chem|H|+}} θα είναι ιόντα [[υδροξώνιο|υδρονίου]] {{Chem|H|3|O|+}} αντί να είναι συνδεδεμένα με Cl<sup>−</sup> Τα ανιόντα και οι συζυγείς βάσεις θα είναι πιο ασθενείς από τα μόρια του νερού.
Από την άλλη μεριά, εάν μια χημική ουσία είναι ασθενές οξύ, η συζυγής βάση της δεν θα είναι απαραίτητα ισχυρή. Σκεφτείτε ότι το αιθανοϊκό οξύ, η συζυγής βάση του αιθανοϊκού οξέος, έχει μια [[Σταθερά διάστασης οξέος|σταθερά διάσπασης βάσης]] (Kb) περίπου {{val|5.6e-10}}, καθιστώντας την ασθενή βάση.
Προκειμένου ένα είδος να έχει ισχυρή συζυγή βάση πρέπει να είναι ένα πολύ ασθενές οξύ, όπως το νερό.

== Προσδιορισμός ζευγών συζυγών οξέων-βάσεων ==
Για να αναγνωρίσετε το συζυγές οξύ, αναζητήστε το ζεύγος των ενώσεων που σχετίζονται. Η [[αντίδραση οξέος-βάσης]] μπορεί να παρατηρηθεί με την έννοια πριν και μετά. Το πριν είναι η πλευρά του αντιδρώντος της εξίσωσης, το μετά είναι η πλευρά του προϊόντος της εξίσωσης. Το συζυγές οξύ στην επόμενη πλευρά μιας εξίσωσης αποκτά ένα ιόν υδρογόνου, επομένως στην προηγούμενη πλευρά της εξίσωσης η ένωση που έχει ένα λιγότερο ιόν υδρογόνου από το συζυγές οξύ είναι η βάση. Η συζυγής βάση στην επόμενη πλευρά της εξίσωσης έχασε ένα ιόν υδρογόνου, επομένως στην προηγούμενη πλευρά της εξίσωσης, η ένωση που έχει ένα ακόμη ιόν υδρογόνου της συζυγούς βάσης είναι το οξύ.
Εξετάστε την ακόλουθη αντίδραση οξέος-βάσης:
{{block indent | em = 1.5 | text = {{chem|HNO|3}} + {{chem|H|2|O}} → {{chem|H|3|O|+}} + {{chem|NO|3|-}}}}
Το [[νιτρικό οξύ]] ({{chem|HNO|3}}) είναι ένα "οξύ" επειδή δίνει ένα πρωτόνιο στο μόριο του νερού και η "συζυγής βάση" του είναι το [[νιτρικό ιόν]] ({{chem|NO|3|-}}). Το μόριο του νερού δρα ως βάση επειδή δέχεται το κατιόν υδρογόνου (πρωτόνιο) και το συζυγές οξύ του είναι το ιόν [[υδροξώνιο|υδρονίου]] ({{chem|H|3|O|+}}).
{| class="wikitable" style="text-align:center"
|-
! Εξίσωση !! Οξύ !! Βάση !! Συζυγής βάση !! Συζυγές οξύ
|-
| {{chem|HClO|2}} + {{chem|H|2|O}} → {{chem|ClO|2|-}} + {{chem|H|3|O|+}} || [[χλωριώδες οξύ|{{chem|HClO|2}}]] ||νερό {{chem|H|2|O}} ||χλωριώδες ιόν {{chem|ClO|2|-}} || [[υδροξώνιο|{{chem|H|3|O|+}}]]
|-
| {{chem|ClO|-}} + {{chem|H|2|O}} → {{chem|HClO}} + {{chem|OH|-}} || {{chem|H|2|O}} || υποχλωριώδες ιόν {{chem|ClO|-}} || [[υδροξείδιο|{{chem|OH|-}}]] || υποχλωριώδες οξύ{{chem|HClO}}
|-
| {{chem|HCl}} + {{chem|H|2|PO|4|-}} → {{chem|Cl|-}} + {{chem|H|3|PO|4}} || [[υδροχλωρικό οξύ|{{chem|HCl}}]] || [[φωσφορικά|δισόξινο φωσφορικό ιόν{{chem|H|2|PO|4|-}}]] || χλωριούχο {{chem|Cl|-}} || [[φωσφορικό οξύ|{{chem|H|3|PO|4}}]]
|}
==Εφαρμογές==
Μία χρήση συζυγών οξέων και βάσεων έγκειται σε ρυθμιστικά συστήματα, τα οποία περιλαμβάνουν ένα [[ρυθμιστικό διάλυμα]]. Σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα, ένα ασθενές οξύ και η συζυγής βάση του (με τη μορφή άλατος) ή μια ασθενής βάση και το συζυγές οξύ της, χρησιμοποιούνται για να περιοριστεί η αλλαγή του pH κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας τιτλοδότησης. Τα ρυθμιστικά διαλύματα έχουν τόσο οργανικές όσο και μη οργανικές χημικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, εκτός από τα ρυθμιστικά διαλύματα που χρησιμοποιούνται σε εργαστηριακές διεργασίες, το ανθρώπινο αίμα λειτουργεί ως ρυθμιστικό διάλυμα για τη διατήρηση του pH. Το πιο σημαντικό ρυθμιστικό διάλυμα στην κυκλοφορία του αίματός μας είναι το ρυθμιστικό διάλυμα ανθρακικού οξέος-διττανθρακικού (carbonic acid-bicarbonate buffer), το οποίο αποτρέπει τις δραστικές αλλαγές του pH όταν εισάγεται το {{Chem|CO|2}}. Αυτό λειτουργεί ως εξής:
<chem display="block">CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> HCO3^- + H+</chem>
Επιπλέον, εδώ είναι ένας πίνακας με κοινά ρυθμιστικά διαλύματα.
{| class="wikitable" style="text-align:center"
!Ρυθμιστικός παράγοντας!!pK<sub>a</sub>!!Χρήσιμη περιοχή pH
|-
|[[Κιτρικό οξύ]]||3,13, 4,76, 6,40||2,1 – 7,4
|-
|[[Οξικό οξύ]]||4,8||3,8 – 5,8
|-
|Δισόξινο φωσφορικό κάλιο (KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>)||7,2|| 6,2 – 8,2
|-
|Ν-κύλοεξυλ-2-αμινοαιθανοθειικό (CHES)||9,3|| 8,3–10,3
|-
|[[Βορικά]]||9,24||8,25 – 10,25
|}
Μια δεύτερη κοινή εφαρμογή με μια οργανική ένωση θα ήταν η παραγωγή ενός ρυθμιστικού διαλύματος με οξικό οξύ. Εάν το οξικό οξύ, ένα ασθενές οξύ με τον τύπο {{Chem|CH|3|COOH}} μετατραπεί σε ρυθμιστικό διάλυμα, θα έπρεπε να συνδυαστεί με τη συζυγή του βάση {{Chem|CH|3|COO|- }} σε μορφή αλατιού. Το προκύπτον μίγμα ονομάζεται ρυθμιστικό διάλυμα οξικών, αποτελούμενο από υδατικό {{Chem|CH|3|COOH}} και υδατικό {{Chem|CH|3|COO|Na}}. Το οξικό οξύ, μαζί με πολλά άλλα ασθενή οξέα, χρησιμεύουν ως χρήσιμα συστατικά ρυθμιστικών διαλυμάτων σε διαφορετικές εργαστηριακές ρυθμίσεις, το καθένα χρήσιμο εντός του εύρους pH του.
Το γαλακτικό διάλυμα Ringer (Ringer's lactate solution) είναι ένα παράδειγμα όπου η συζυγής βάση ενός οργανικού οξέος, [[γαλακτικό οξύ]], {{chem|CH|3|CH(OH)CO|2|−}} συνδυάζεται με νάτριο, κατιόντα ασβεστίου και καλίου και ανιόντα χλωρίου σε απεσταγμένο νερό <ref name=BNF69>{{cite book|title=British national formulary: BNF 69|url=https://archive.org/details/bnf69britishnati0000unse|date=2015|publisher=British Medical Association|isbn=9780857111562|page=[https://archive.org/details/bnf69britishnati0000unse/page/683 683]|edition=69}}</ref> τα οποία μαζί σχηματίζουν ένα υγρό το οποίο είναι ισοτονικό (isotonic) σε σχέση με το ανθρώπινο αίμα και χρησιμοποιείται για αναζωογόνηση υγρού μετά από [[αιμορραγία]] λόγω τραυματισμού, [[χειρουργική|χειρουργείου]] ή [[έγκαυμα|εγκαύματος]].<ref name="PestanaFifth">{{cite book |last1=Pestana |first1=Carlos |title=Pestana's Surgery Notes |url=https://archive.org/details/drpestanassurger0000carl |date=7 April 2020 |publisher=Kaplan Medical Test Prep |isbn=978-1506254340 |pages=[https://archive.org/details/drpestanassurger0000carl/page/4 4]–5 |edition=Fifth }}</ref>
== Πίνακας οξέων και συζυγών βάσεων τους ==
Παρακάτω είναι αρκετά παραδείγματα οξέων και οι αντίστοιχες συζυγείς βάσεις τους. Σημειώστε πώς διαφέρουν κατά ένα μόνο πρωτόνιο (ιόν H<sup>+</sup>). Η ισχύς του οξέος μειώνεται και η ισχύς της συζυγούς βάσης αυξάνεται προς τα κάτω στον πίνακα.
{| class="wikitable"
|-
! Οξύ
! Συζυγής βάση
|-
| {{Chem|H|2|F|+}} Ιόν πρωτονιωμένου υδροφθορίου
| HF [[υδροφθόριο]]
|-
| HCl [[υδροχλωρικό οξύ]]
| Cl<sup>−</sup> ιόν χλωρίου
|-
| H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> [[Θειικό οξύ]]
| HSO{{su|b=4|p=−}} Όξινο θειικό ιόν 
|-
| HNO<sub>3</sub> [[Νιτρικό οξύ]]
| NO{{su|b=3|p=−}} [[Νιτρικό ιόν]]
|-
| H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> [[Υδροξώνιο]]
| H<sub>2</sub>O [[νερό]]
|-
| HSO{{su|b=4|p=−}} Όξινο θειικό ιόν
| SO{{su|b=4|p=2−}} [[Θειικό ιόν]]
|-
| H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> [[Φωσφορικό οξύ]]
| H<sub>2</sub>PO{{su|b=4|p=−}} Δισόξινο φωσφορικό ιόν
|-
| CH<sub>3</sub>COOH [[Οξικό οξύ]]
| CH<sub>3</sub>COO<sup>−</sup> Οξικό ιόν
|-
| HF [[Υδροφθορικό οξύ]]
| F<sup>−</sup> Ιόν φθορίου
|-
| H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> [[Ανθρακικό οξύ]]
| HCO{{su|b=3|p=−}} Όξινο ανθρακικό ιόν
|-
| H<sub>2</sub>S [[Υδρόθειο]]
| HS<sup>−</sup> Οξυθειούχο ιόν
|-
| H<sub>2</sub>PO{{su|b=4|p=−}} Δισόξινο φωσφορικό ιόν
| HPO{{su|b=4|p=2−}} Όξινο φωσφορικό ιόν
|-
| NH{{su|b=4|p=+}} [[Αμμώνιο]]
| NH<sub>3</sub> [[Αμμωνία]]
|-
| H<sub>2</sub>O Νερό ([[pH]]=7)
| OH<sup>−</sup> [[Υδροξείδιο]]
|-
| HCO{{su|b=3|p=−}} Όξινο ανθρακικό ιόν ''(δικαρβονικό ιόν)''
| CO{{su|b=3|p=2−}} [[Ανθρακικό άλας|Ανθρακικό ιόν]]
|}
== Πίνακας βάσεων και συζυγών οξέων τους ==
Αντίθετα, εδώ είναι ένας πίνακας βάσεων και των συζυγών οξέων τους. Ομοίως, η ισχύς της βάσης μειώνεται και η ισχύς του συζυγούς οξέος αυξάνεται προς τα κάτω στον πίνακα.
{| class="wikitable"
|-
! Βάση
! Συζυγές οξύ
|-
| {{Chem|C|2|H|5|N|H|2}} [[Αιθαναμίνη]]
| {{Chem|C|2|H|5|N|H|3|+}} Ιόν αιθυλαμμωνίου
|-
| {{Chem|C|H|3|N|H|2}} [[Μεθαναμίνη]]
| {{Chem|C|H|3|N|H|3|+}} Ιόν μεθυλαμμωνίου
|-
| {{Chem|N|H|3|}} [[Αμμωνία]]
| {{Chem|N|H|4|+}} [[Αμμώνιο]]
|-
| {{Chem|C|5|H|5|N}} [[Πυριδίνη]]
| {{Chem|C|5|H|6|N|+}} Πυριδίνιο
|-
| {{Chem|C|6|H|5|N|H|2}} [[Ανιλίνη]]
| {{Chem|C|6|H|5|N|H|3|+}} Φαινυλαμμώνιο
|-
| {{Chem|C|6|H|5|C|O|2|-}} Βενζοϊκό ιόν
| {{Chem|C|6|H|6|C|O|2}} [[Βενζοϊκό οξύ]]
|-
| {{Chem|F|-}} Ιόν φθορίου
| {{Chem|H|F}} [[Υδροφθόριο]]
|-
| PO{{su|b=4|p=3−}} [[Φωσφορικά|Φωσφορικό ιόν]] 
| HPO{{su|b=4|p=2−}} Όξινο φωσφορικό ιόν
|-
| OH<sup>−</sup> [[Υδροξείδιο]]
| H<sub>2</sub>O [[Νερό]] (ουδέτερο, [[pH]] 7)
|-
| {{Chem|H|C|O|3|-}} Όξινο ανθρακικό ιόν
| {{Chem|H|2|C|O|3}} [[Ανθρακικό οξύ]]
|-
| {{Chem|C|O|3|2-}} [[Ανθρακικό άλας|Ανθρακικό ιόν]]
| {{Chem|H|C|O|3|-}} Όξινο ανθρακικό ιόν
|-
| {{Chem|Br|-}} Ιόν βρωμίου
| {{Chem|H|Br}} [[Υδροβρώμιο]]
|-
| {{Chem|H|P|O|4|2-}} Όξινο φωσφορικό ιόν
| {{Chem|H|2|P|O|4|-}} Δισόξινο φωσφορικό οξύ
|-
| {{Chem|Cl|-}} Ιόν χλωρίου
| {{Chem|H|Cl}} [[Υδροχλώριο]]
|-
| {{Chem|H|2|O}} [[νερό]]
| {{Chem|H|3|O|+}} [[Υδροξώνιο]]
|-
|<chem>NO2-</chem>[[Νιτρώδες ιόν]]
|<chem>HNO2</chem> [[Νιτρώδες οξύ]]
|}

==Παραπομπές==
{{reflist}}
==Εξωτερικοί σύνδεσμοι==
* [http://schoolbag.info/chemistry/mcat_2/78.html MCAT General Chemistry Review - 10.4 Titration and Buffers]
* [https://pharmlabs.unc.edu/labs/ophthalmics/buffers.htm The Pharmaceutics and Compounding Laboratory - Buffers and Buffer Capacity.] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210428020925/https://pharmlabs.unc.edu/labs/ophthalmics/buffers.htm |date=28 April 2021 }}
[[Κατηγορία:Χημεία οξέων - βάσεων]]