Konjugovaný pár

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.^[1] 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.^[2]

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:

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 +
4 . 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;^[3] 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 5,6×10⁻¹⁰, a je tak slabou zásadou. Aby byla konjugovaná zásada silná, tak její konjugovaná kyselina musí být velmi slabá. Ve vodných roztocích 25 °C platí K_A*K_B = K_W = (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 -
3  + H⁺

V následující tabulce jsou shrnuty některé běžné pufry:

Pufrační činidlo	pKa	Využitelný rozsah pH
Kyselina citronová	3,13, 4,76, 6,40	2,1–7,4
Kyselina octová	4,8	3,8–5,8
KH2PO4	7,2	6,2–8,2
Kyselina N-cyklohexyl-2-aminoethansulfonová	9,3	8,3–10,3
Kyselina boritá	9,24	8,25–10,25

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.^[4] Výsledný roztok je izotonický vůči lidské krvi a používá se jako náhrada krevní plazmy po úrazech, operacích a popáleninách.^[5]

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 − 4  hydrogensíranový ion
HNO3 kyselina dusičná	NO − 3  dusičnanový ion
H3O+ hydroniový ion	H2O voda
HSO − 4  hydrogensíranový ion	SO 2− 4  síranový ion
H3PO4 kyselina fosforečná	H2PO − 4  dihydrogenfosforečnanový ion
CH3COOH kyselina octová	CH3COO− octanový ion
HF kyselina fluorovodíková	F− fluoridový ion
H2CO3 kyselina uhličitá	HCO − 3  hydrogenuhličitanový ion
H2S kyselina sulfanová	HS− hydrogensulfidový ion
H2PO − 4  dihydrogenfosforečnanový ion	HPO 2− 4  hydrogenfosforečnanový ion
NH + 4  amonný ion	NH3 amoniak
H2O voda (pH=7)	OH− hydroxidový ion
HCO − 3  hydrogenuhličitanový ion	CO 2− 3  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 + 3  ethylamonný ion
CH3NH2 methylamin	CH3NH + 3  methylamonný ion
NH3 amoniak	NH + 4  amonný ion
C5H5N pyridin	C5H5NH+ pyridinium
C6H5NH2 anilin	C6H3NH + 3  fenylamonný ion
C6H5COO− benzoanový ion	C6H5COOH kyselina benzoová
F− fluoridový ion	HF kyselina fluorovodíková
PO 3− 4  fosforečnanový ion	HPO 2− 4  hydrogenfosforečnanový ion
OH− hydroxidový ion	H2O voda
HCO - 3  hydrogenuhličitanový ion	H2CO3 kyselina uhličitá
CO 2- 3  uhličitanový ion	HCO - 3  hydrogenuhličitanový ion
Br− bromidový ion	HBr kyselina bromovodíková
HPO 2− 4  hydrogenfosforečnanový ion	H2PO − 4  dihydrogenfosforečnanový ion
Cl− chloridový ion	HCl kyselina chlorovodíková
H2O voda	H3O+ hydroniový ion

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Conjugate (acid-base theory) na anglické Wikipedii.

1. Zumdahl, Stephen S., & Zumdahl, Susan A. Chemistry. Houghton Mifflin, 2007, ISBN 0618713700
2. Brønsted–Lowry theory chemistry [online]. [cit. 2020-02-25]. Dostupné online.
3. Strength of Conjugate Acids and Bases Chemistry Tutorial [online]. [cit. 2020-02-25]. Dostupné online.
4. British national formulary: BNF 69. [s.l.]: British Medical Association, 2015. Dostupné online. ISBN 9780857111562. S. 683.
5. Carlos Pestana. Pestana's Surgery Notes. [s.l.]: Kaplan Medical Test Prep, 2020. Dostupné online. ISBN 978-1506254340. S. 4–5.

Související články

• Pufr
• Deprotonace
• Protonace
• Soli

Externí odkazy

• MCAT General Chemistry Review – 10.4 Titration and Buffers (titrace a pufry)
• pufry a pufrační kapacita Archivováno 28. 4. 2021 na Wayback Machine.