Konjugált sav-bázis párok

Ebben a videóban a konjugált sav-bázis párokról lesz szó. Bemutatjuk a konjugált sav-bázis pár fogalmát egy példareakción keresztül. A példa a hidrogén-fluorid (HF) és a víz reakciója lesz. A hidrogén-fluorid gyenge sav, vízbe kerülve részlegesen disszociál. A HF egy része disszociál, és negatív töltésű fluoridionokat kapunk. Ezen kívül H⁺-ionok keletkeznek. Ez a disszociáció során keletkezett H⁺-ion a vízmolekulához fog kapcsolódni. A vízből így H₃O⁺, azaz oxóniumion keletkezik. Ez dinamikus egyensúlyi folyamat, mivel oda- és visszafelé is lejátszódhat, és végül a két reakció sebessége azonos lesz, és egyidejűleg mindkettő zajlik. Több dolog is történik ebben a reakcióban, ezt fogjuk elemezni a hidrogénionok kicserélődésére alapozva. Ha a hidrogén-fluoridot nézzük, az előreirányuló reakcióban a HF F⁻-ionná alakul. Ez úgy történik, hogy elveszít... mínusszal jelölöm a proton elveszítését... szóval a HF elveszít egy protont, és így F⁻, azaz fluoridionná alakul. Nézzük meg ugyanezt a folyamatot a visszafelé zajló reakcióban. Ha ezt a reakciót nézzük, ami szintén lejátszódik, a fluoridion felvehet valahonnan egy protont. Felvehet egy H⁺-iont, tehát itt lesz egy H⁺. Amikor a fluoridion felvesz egy protont, újra HF-molekulává alakul. Láthatjuk tehát, hogy a HF és F⁻ között speciális kapcsolat van: az egyik a másikba alakulhat egy proton leadásával, illetve felvételével. Hasonló kapcsolatot találunk a víz és az oxóniumion között. A víz felvesz egy protont a HF-tól, a víz tehát szerez egy protont, és ebből lesz oxóniumion. A fordított reakcióban az oxóniumion elveszíthet egy protont, és így vízzé alakul. Tehát: mínusz H⁺. Tehát ismét: itt ez a két részecske, a víz és az oxóniumion, melyek között a különbség egyetlen H⁺. A kémiában az ilyen kapcsolatban álló részecskéket konjugált sav-bázis pároknak nevezzük. A hivatalos definíció, pontosabban az én hivatalos definícióm a konjugált sav-bázis párra az, hogy van két, egymással kapcsolatban álló részecske, ahol a kapcsolat az egy H⁺-nyi különbség. Ebben az esetben a HF és az F⁻ a két részecske, melyek közt a különbség egy H⁺. Így a HF és az F⁻ konjugált sav-bázis pár. Ugyanígy a víz és az oxóniumion közti különbség is az az egy H⁺. Így a víz és a H₃O⁺ is konjugált sav-bázis pár. A nevéből is kitalálhatod, hogy a konjugált sav-bázis pároknál a pár egyik tagja sav lesz, a másik pedig mindig bázis. Az, hogy melyik a sav és melyik a bázis, a savak és bázisok Brönsted-Lowry-féle definíciójából következik. A Brönsted-Lowry-féle definíció szerint ami H⁺-t ad le, az a sav. Ebben az esetben tehát a hidrogén-fluorid lesz a sav a konjugált sav-bázis párban. Ez azt is jelenti, hogy a fluoridionnak kell lennie a bázisnak. Logikus is, mivel a Brönsted-Lowry-féle definíció szerint az a bázis, ami fölveszi a H⁺-t. És a fluoridion pontosan ezt teszi a fordított irányú reakcióban. A F⁻ fölvesz egy H⁺-t, és visszaalakul a savvá. Megnézhetjük a vizet és a H₃O⁺-t is. Itt a víz kap egy protont, tehát ez a bázis, a fordított reakcióban pedig a H₃O⁺ ad le protont, tehát savként viselkedik. A konjugált sav-bázis párok közti kapcsolatot felírhatjuk általánosabban is. Ha HA-val jelöljük általánosan a savat, ez tehát a sav... Azt mondtuk, hogy sav az, ami leadja a protont. Ez tehát elveszíti a protont, és ekkor a konjugált bázissá alakul át, amit A⁻-szal jelölünk. A fordított reakcióban a bázis, az A⁻ felvesz egy protont és visszaalakul a savvá, a konjugált savvá. Tehát amikor van két részecske, melyeknek szinte ugyanaz a képlete, itt most A⁻, eltekintve attól, hogy az egyiknek van egy H⁺-ja, míg a másiknak nincs, akkor tudjuk, hogy egy konjugált sav-bázis párról van szó. Nézzünk meg még pár példát a konjugált sav-bázis párokra. Láttuk a HF-ot, azaz hidrogén-fluoridot, melynek a konjugált bázisa a F⁻. Itt tehát a HF a sav, és amikor elveszít egy protont, F⁻ marad belőle. Ugyanebben a reakcióban láttuk, hogy a víz viselkedhet bázisként. Ha a víz az „A⁻”, és ez vesz fel protont, megkapjuk a konjugált savat, a H₃O⁺-t. Ez a példa, amit eddig elemeztünk, egy gyenge savat mutat, a HF-ot. De erős sav konjugált bázispárjáról is beszélhetünk, például a sósavéról. A HCl erős sav, azaz teljesen disszociál. (Híg vizes oldatban.) Leadja az összes protonját, így megkapjuk a konjugált bázist, a kloridiont. Bár a kloridion nem túlzottan bázikus, így is a HCl konjugált bázispárja. Végül, de nem utolsósorban megnézünk még két példát, melyekben úgy tűnik, mintha konjugált sav-bázis pár szerepelne, de igazából nem azok. Az első példa: milyen kapcsolat van a H₃O⁺ és a OH⁻ (hidroxidion) között? Ha a H₃O⁺ a sav, és elveszít egy protont, látjuk, hogy a konjugált bázis a víz. Ha a víz elveszít még egy protont, akkor kapjuk a hidroxidiont. Tehát a két részecske között a különbség nem egy proton, hanem kettő. Tehát ez a kettő, az oxónium- és a hidroxidion nem konjugált sav-bázis pár, mivel két protonban különböznek egy helyett. És az utolsó példa: azt mondtuk, hogy a fluoridion a HF konjugált bázisa. Milyen kapcsolat van a nátrium-fluorid és a fluoridion között? Ez a kettő sem konjugált sav-bázis pár, hiszen ha vesszük a fluoridiont, és az kap egy protont, nem kapunk nátrium-fluoridot. Egy nátriumion a különbség köztük. Tehát a definíció értelmében ezek nem alkotnak konjugált sav-bázis párt. Ebben a videóban tehát megtanultuk, hogy konjugált sav-bázis párnak azt nevezzük, mikor két részecske képlete majdnem azonos, csak egy protonban térnek el. A savnak van egy plusz protonja, melyet elveszítve megkapjuk a bázist.