산성 강도

산과 염기
산성 산-베이스 반응 산-기초동맥류 산성 강도 산도함수 암포테리즘 베이스 완충용액 분리 상수 평형화학 추출 해멧산도함수 pH 양성자 친화력 물의 자기이온화 적정 루이스 산성 촉매제 좌절된 루이스의 한 쌍 치랄 루이스산
산성형식
브뢰네스트-로우리 루이스 수용자 광물 유기농 산화물 강하다 슈퍼아키드 약한 고체
기본 유형
브뢰네스트-로우리 루이스 기부자 유기농 산화물 강하다 슈퍼레이즈 비뉴클레오필러학 약한
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산성 강도는 화학 공식 ${\displaystyle \text{HA}}$ ${\$에서 양성자로 분리되는 산성의 경향과 음이온, $A{\displaystyle {}^{}}$- ${\$$displaystyle {\H+},$음이온, A - {\$displaystyle {\ce {A-$ 가장 농축된 용액을 제외하고 용액 내 강산의 분리는 효과적으로 완전하다.

${\displaystyle {\ce {HA -> H+ + A-}}$

Examples of strong acids are hydrochloric acid ${\displaystyle {\ce {(HCl)}}}$, perchloric acid ${\displaystyle {\ce {(HClO4)}}}$, nitric acid ${\displaystyle {\ce {(HNO3)}}}$ and sulfuric acid ${\displaystyle {\ce {(H2SO4)}}}$.

약한 산은 부분적으로만 분리되며, 미분리된 산과 그것의 분리 생산물은 모두, 용액상, 서로 평형상태로 존재한다.

${\displaystyle {\ce {HA <=>H+ + A-}}$

아세트산(${\displaystyle {\text{CH}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {3\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle \text{COOH}{}_{}^{}}$ ${\$ {$CH3COOH$은 약한 산의 예다. 약한 산의 강도는 산 분해 상수인 ${\displaystyle K_{}}$ a ${\$ 값으로$$ 정량한다.

약한 유기산의 강도는 대체 효과에 따라 달라질 수 있다. 무기산의 강도는 양성자가 부착될 수 있는 원자의 산화 상태에 따라 달라진다. 산성 강도는 용제에 의존한다. 예를 들어 염화수소는 수용액에서는 강한 산이지만 빙하 아세트산에 용해될 때는 약한 산이다.

산강도의 측정

산의 강도에 대한 일반적인 측정은 산분해 상수($$${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\$로 적산법에 의해 실험적으로 결정할 수 있다. 강한 산은 약한 산보다 $큰{\displaystyle {}_{}}$ K ${\displaystyle a_{}}${\$displaystyle K_{\ce{a}}},$ 작은$$ 로그 상수(${\displaystyle p{}_{}}$ K ${\displaystyle a_{}}$=${\displaystyle }$- ${\displaystyle \log }$ k ${\$ {$p}$K_${a}}=-\log K_{\text{a$ 산성이 강할수록 $양성자{\displaystyle {}^{}}$ H${\displaystyle {}^{}}$+ ${\$을(를) 쉽게 잃는다$.$ 감압의 용이성에 기여하는 두 가지 주요 요인은 $H{\displaystyle }$- A ${\$ 본드의$$ 극성과 $H{\displaystyle }$- ${\displaystyle A}$ ${\$ 본드의$$ 강도를 결정하는 원자 A의 크기다. 산성 강도는 또한 결합기반의 안정성에 따라 달라진다.

$p{\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle K{}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\$ 값은$$ 표준 용매(가장 일반적으로 물 또는 DMSO)에 양성자를 전달하려는 산성 용매의 경향을 측정하는 반면, 기준 용매(가장 일반적으로 약한 아닐린 베이스)에 양성자를 전달하는 산성 용매의 경향은 Hammett 산도(Hamet acity functi)로 측정한다.on$$, H ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$ 값. 산성 강도의 이 두 개념은 종종 양성자를 기증하는 물질의 일반적인 경향에 해당하지만, $p{\displaystyle \mathrm{}}$ K ${\displaystyle a_{}}$ ${\$ {$p}K_{\ce{a}}$와 $H{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\\$ 값은$$ 구별되는 성질의 측정값이며 때때로 갈릴 수 있다. For instance, hydrogen fluoride, whether dissolved in water (${\displaystyle \mathrm {p} K_{{\ce {a}}}}$ = 3.2) or DMSO (${\displaystyle \mathrm {p} K_{{\ce {a}}}}$ = 15), has ${\displaystyle \mathrm {p} K_{{\ce {a}}}}$ values indicating that it undergoes incomplete dissociation in these 용매를 해서 약한 산으로 만들었어 그러나 단단하게 건조되고 깔끔한 산성 매질로서 불소화수소는 –${\displaystyle {15}_{}}$의 H$$0{\$displaystyle$ H_${0}}$ 값을$$ 가지고 ^[1]있어 100% 황산보다 강한 양성 매개체가 되어 정의상 초산성이 된다.^[2] (불확실성을 방지하기 위해 이 글의 나머지 부분에서는, 달리 명시되지 않는 한, "$"$은 p K에 ${\displaystyle {의해}_{}}$ 측정된 것처럼 강한 산(p)을 가리킨다. {$p} K_${p$} K_$${\ce{a$}) 값$($$$ ${\displaystyle K{}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\${p$}{p$}{a$}}}}}}}}}}}{$a}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}<~$$1.74}<~1.74}. 이 용법은 대부분의 개업 화학자들의 일반적인 용어와 일치한다.)

해당 산성 매체가 희석 수용액일 때 ${\displaystyle {H\mathrm{}}_{}}$ 0$${\$displaystyle H_{0}$은 pH 값과 거의 같으며$$, 이는 수용액 내 $수용성$${\displaystyle {}^{}}$H +$${\$displaystyle {\h+}$ 농도의 음수 로그다. 물에 함유된 산의 간단한 용액의 pH는 $K{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\$와 산 농도에 의해 결정된다. 약한 산 용액의 경우 평형 계산에 의해 결정될 수 있는 분리의 정도에 따라 달라진다. 산, 특히 pH < 0이 되는 강한 산의 농축 용액의 경우, H ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$ 값이$$ pH보다 산도를 더 잘 측정하는 것이다.

강산

강한 산은 반응에 따라 분리되는 산이다.

${\displaystyle {\ce {HA + S <=> SH+ + A-}}$

여기서 S는 미분해종 ${\$의 농도가 너무 낮아 측정할$$ 수 없을 정도로 용제 분자를 나타낸다. 실용적인 목적을 위해 강한 산은 완전히 분리되었다고 말할 수 있다. 강한 산의 예는 염산이다.

++ - ${\$ ->$H+$+ $Cl-$수성 용액)

${\displaystyle p_{}}$ K a ${\$가 약 -2 미만인 모든 산은 강산으로 분류된다. 이는 pH 값이 1 이하인 용액의 매우 높은 버퍼 용량에서 비롯되며, 평준화 효과로 알려져 있다.^[3]

다음은 수용액과 황산화 디메틸 용액에 함유된 강산이다. $p{\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle K{}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\$의 값은 실험적으로 측정할 수 없다. 다음 표의 값은 최대 8개의 서로 다른 이론적 계산에서 얻은 평균 값이다.

추정^[4] pK_a 값

산성	공식	수중에	DMSO로
염산	HCl	-5.9 ± 0.4	−2.0 ± 0.6
하이드로브롬산	HBr	-8.8 ± 0.8	−6.8 ± 0.8
하이드로다이오드산	안녕	-9.5 ± 1	−10.9 ± 1
트리플산	H[CF3SO3]	−14 ± 2	−14 ± 2
과염소산	H[ClO4]	−15 ± 2	−15 ± 2

또한 물속에서도

• 질산 ${\displaystyle {\text{HNO}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {3\mathrm{}}_{}^{}}$ $displaystyle {\ce {HNO3}$${\displaystyle \mathrm{}}$ K ${\displaystyle a_{}}$ ${\$ = -1.6
• 황산 $H{\displaystyle {}_{}^{}}$ 2 ${\displaystyle {}_{}^{}{}_{}^{}}$ ${\displaystyle {4\mathrm{}}_{}^{}}$ $displaystyle {\ce {H2SO4}($첫 번째 분리에만 $해당{\displaystyle \mathrm{}}$, ${\displaystyle p{}_{}}$ ${\displaystyle {K{}_{}^{}}_{}}$ ${\displaystyle {{a\mathrm{}}_{}^{}}_{}}$1 {\$displaystyle \mathrm {p}K_{\ce {a1}:{$a1}:{a1}}$$1 -3)^{[6]: (p. 171)}

다음은 유기화학에서 양성자로 사용될 수 있다.

• 플루오로안티몬산 ${\displaystyle {\ce {H[SbF6]}}}$
• 매직산 ${\displaystyle {\ce {H[FSO3SbF5]}}}$
• 카르보레인 초산체 ${\displaystyle {\ce {H[CHB11Cl11]}}}$
• $Fluorosulfuric{\displaystyle }$ ${\displaystyle {acid\mathrm{}}_{}^{}}$ H$$[${\displaystyle {\text{FSO}}_{}^{}}$ 3 ${\displaystyle {}_{}^{}}$ {\$displaystyle {\ce$ {H$[$$FSO3$]}}}(${\displaystyle p{}_{}}$ K ${\displaystyle a_{}}$ ${\$ = -6.4)^[7]

p-toluenesulfonic acid (tosylic acid)와 같은 sulfonic acids는 강한 유기산 산소 산성의 일종이다.^[7] 일부 황산은 고체로서 격리될 수 있다. 폴리스티렌 설폰산염으로 기능화된 폴리스티렌은 고체강산인 물질의 예다.

약산

약한 산은 용매에 용해될 때 부분적으로 분리되는 물질이다. 용액에는 산, ${\displaystyle \text{HA}}$ ${\$과$($와) 분리의 산물 사이에 평형이 있다.

${\displaystyle \mathrm {HA} \rightleftarpons \mathrm {H^{+}+A^{-}}}}}$

용제(예: 물)는 산 분해 과정에 의해 그 농도가 효과적으로 변하지 않을 때 이 표현에서 생략된다. 약한 산의 강도는 다음과 같이 정의되는 분해 상수 K ${\displaystyle a_{}}$ ${\$의 관점에서 정량화할 수 있으며$,{\displaystyle }$ 여기서 [${\displaystyle \text{H}}$ ${\displaystyle ]}$ ${\${\$ce {[H]}}}}}$은 화학적 모이티 X의 농도를 나타낸다$$.

${\displaystyle K_{a}={\frac {[]H^{+}][A^{-}]}{{[HA]}}$

$K{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\$의 수치값을 알면$$ 질량 보존$$을 $적용$하여 T H {\displaystyle $T_{H$의 주어진 농도를 가진 용액에서 분리의 정도를 결정하는 데 사용할 수 있다.

${\displaystyle {\reasoned}T_{H}&=[H]+[하]\\&=[H]+[A][A][H]/K_{a}\\&=[H]+[H]^{2}/K_{a}\ended}}}}$

${\displaystyle {여기}_{}}$서 T H ${\$$H}}$은 산의 분석 농도의 값이다. 이 방정식의 모든 수량을 숫자로 처리하면 이온 전하가 나타나지 않고 수소 이온 농도 값 [${\displaystyle \text{H}}$ $]{\$의 2차 방정식이 된다$.$

${\displaystyle [H]^{2}/K_{a}+[H]-T_{H}=0}$

이 방정식은 약한 산 용액의 pH가 그 ${\displaystyle K_{}}$ $a{\displaystyle {}_{}}$ ${\$ 값과$$ 그 농도에 모두 의존한다는 것을 보여준다. 약산의 대표적인 예로는 아세트산과 인산 등이 있다. 옥살산(${\displaystyle \text{HOC}}$- ${\displaystyle \text{COOH}}$ ${\$과 같은 산은 두 개의 양성자를 잃고 단순한 염기의 두 개의 분자와 반응할 수 있기 때문에 디 베이직이라고 한다. 인산(${\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\displaystyle {3\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}{}_{}^{}}$ ${\displaystyle {4\mathrm{}}_{}^{}}$ $displaystyle {\ce {H3PO4$은 트리파시픽이다.

산성 강도의 보다 엄격한 처리를 위해서는 산 분해 상수를 참조한다. 여기에는 위에 나타낸 용액의 pH를 계산하는 간단한 방법을 사용할 수 없는 디 베이직산 숙신산과 같은 산이 포함된다.

실험결정

$p{\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle K{}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\$ 값의$$ 실험 결정은 일반적으로 적정법을 통해 이루어진다.^[8] 일반적인 절차는 다음과 같다. 그 화합물이 완전히 양성되는 지점까지 그 산의 산이나 소금을 함유한 용액에 강산을 다량 첨가한다. 그런 다음 강력한 기반으로 솔루션을 적정화할 수정한 후

${\displaystyle {\ce {HA + OH-}A- + H2O}}$

부패하지 않은 $종인{\displaystyle {}^{}}$A -$${\$displaystyle${\$ce {A-$만 해결책이 될 때까지. 적정 pH의 각 지점에서 유리 전극과 pH 미터를 사용하여 측정한다. 평형 상수는 최소 제곱법을 사용하여 계산된 pH 값을 관측값에 적합시켜 구한다.

콘게이트 산/베이스 쌍

때로는 "약산의 결합은 강한 기초"라고 명시하기도 한다. 그런 말은 틀렸다. 예를 들어 아세트산은 ${\displaystyle K_{}}$ a ${\$ = 1.75 x 10을⁻⁵ 가진 약한 산이다. 그것의 결합 베이스는 K_b = 10⁻¹⁴/K_a = 5.7 x 10⁻¹⁰ (K_a × K_b = 10⁻¹⁴ 관계로부터)을 가진 아세테이트 이온으로, 이것은 확실히 강한 베이스에 해당되지 않는다. 약한 산의 결합은 종종 약한 기초가 되고 그 반대도 된다.

비수성 용제의 산

산의 강도는 용매에 따라 다르다. 물에 강한 산은 덜 기본적인 용매에 약할 수 있고, 물에 약한 산은 더 기본적인 용매에 강할 수 있다. 브뢰네스트-에 따르면저산-베이스 이론, 용제 S는 양성자를 받아들일 수 있다.

${\displaystyle {\ce {HA + S<=> A- + HS+}}$

예를 들어 염산은 순수 아세트산인 ${\displaystyle {\text{HO}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\text{CCH}}_{}^{}{}_{}^{}{}_{}^{}}$ ${\displaystyle {3\mathrm{}}_{}^{}}$ $displaystyle {\ce {HO2CCH3}}$에서 용액에 약한 산으로 물보다 산성도가 높다$.$

${\displaystyle {\ce {HO2CCH3 + HCl <=>(HO)2CCH3+ + Cl-}}$

하이드로할산 이온화 정도는 > > ${\$> $HBr$> $HCl}$의 순서에 따라 감소한다 아세트산은 세 산의 분화 용매인 반면 물은 그렇지 않다고 한다.^{[6]: (p. 217)}

물보다 더 기초적인 용제의 중요한 예로는 황산화 디메틸, DMSO${\displaystyle {{}_{}^{}}_{}^{}}$ (${\displaystyle {{CH3\mathrm{}}_{}^{}}_{}^{}}$) 2 ${\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\$가 있다.$SO$ 물에 약한 산인 화합물이 DMSO에서 강한 산이 될 수 있다.아세트산은 그런 물질의 예다. DMSO 및 기타 용제의 용액에 $포함$된 p ${\displaystyle K{}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\$의 광범위한 참고 문헌은 Nonaqueous Solvents의 산도-기본도 데이터에서 확인할 수 있다.

슈퍼아키드는 낮은 유전체 상수의 용매에서도 강한 산이다. 슈퍼아키드의 예로는 형광안티몬산과 마법산이 있다. 어떤 초산물은 결정화될 수 있다.^[9] 그들은 또한 탄화수소를 정량적으로 안정시킬 수 있다.^[10]

가스상 루이스 베이스와 반응하는 루이스 산과 비수성 용제는 ECW 모델에 분류되었으며, 산 강도의 순서는 단 한 가지도 없는 것으로 나타났다.^[11] 다른 루이스 산과 비교하여 일련의 염기에 대한 루이스 산의 상대적 수용자 강도는 C-B 그림으로 설명할 수 있다.^[12][13] 루이스 산 강도의 순서를 정의하기 위해서는 적어도 두 가지 성질을 고려해야 한다는 것이 밝혀졌다. 정성적 HSAB 이론의 경우 두 특성은 경도와 강도인 반면 정량적 ECW 모델의 경우 두 특성은 정전기 및 공밸런트다.

산강도 결정요인자

귀납적 효과

유기 카르복실산에서는 전기적 대체물이 유도 효과를 통해 산성 결합에서 전자 밀도를 끌어낼 수 있어 $p{\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle K{}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\$의 값이 작아진다. 효과는 감소할수록 다음과 같은 할로겐화 부타노산 시리즈에서 알 수 있듯이 전기 원소가 카르복실산 그룹에서 더 멀리 떨어져 있다.

구조	이름	pka
	2-클로로부타노산	2.86
	3-클로로부타노산	4.0
	4-클로로부타노산	4.5
	부타노산	4.5

산화 상태의 영향

원소의 산화물 집합에서 $p{\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle K{}_{}}$ ${\displaystyle a_{}}$ ${\$ 값은$$ 원소의 산화 상태에 따라 감소한다. 염소의 옥소산화물은 이러한 경향을 보여준다.^{[6]: (p. 171)}

구조	이름	산화 주	pka
	과염소산	7	-8†
	염소산	5	-1
	염소산	3	2.0
	차아염소산	1	7.53

† 이론적

참조

외부 링크

• 산 적정화 - 데이터 분석 및 전위차계 적정곡선 시뮬레이션을 위한 프리웨어