Словарь научных терминов
Функции кислотности

ФУНКЦИИ КИСЛОТНОСТИ, определяют протонирую-щую способность р-ров к-т. Если протонируется нейтральная молекула В, Ф. к. обозначают H0, если анион или катион - H_ или H+ соотв. Ф. к. характеризуют равновесие протонирова-ния в зависимости от концентрации к-ты и позволяют рассчитывать степени протонирования реагентов в хим. р-ции, ионизирующихся по тому же механизму, что и применяемые для измерений Ф. к. стабильные соед. (индикаторы).

Ф.к. H0 отвечает условно записанному равновесию BH+ http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/3/6/16136.jpeg В + H+, где BH+ - протонир. форма основания В. Константа равновесия этого процесса

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/3/7/16137.jpeg

где аB, aH+ и аBH+ - термодинамич. активности соотв. основания В, протона H+ и протонир. формы BH+; с - их равновесные концентрации; f- коэф. активности. http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/3/8/16138.jpeg наз. константой основности соед. В.

Соотношение http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/3/9/16139.jpeg наз. кислотностью среды. Ф-ция кислотности H0 = -lg h0 - При логарифмировании выражения (1) получим соотношение http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/0/16140.jpeg, где http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/1/16141.jpeg. При измерении Ф. к. исходят из предположения, что в концентрир. водных р-рах сильных к-т изменение отношения http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/2/16142.jpeg не зависит от хим. природы основания-индикатора В (постулат Гаммета).

Аналогично измеряют Н_ и H+,.исходя из след, ур-ний:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/3/16143.jpeg

Для определения Ф. к. обычно используют индикаторный метод, при этом необходимо знать константу основности индикатора и отношение концентраций его непротонир. и протонир. форм (измеряется спектрофотометрически или др. методом). Посредством одного индикатора можно измерить H0 в пределах 2-3 единиц ее изменения, в более широких диапазонах кислотностей применяют серии индикаторов. Для установления шкалы кислотности используют в осн. производные нитроанилина.

За стандартное состояние для шкалы кислотности берут бесконечно разб. водный р-р сильной к-ты, где коэф. активности fB и fBH+ принимаются равными единице, а активность протонов равной их концентрации. В таких р-рах H0 численно равна рН.

Индикаторный метод измерения H0 состоит в следующем. Сначала выбирают наиб. сильное основание В, к-рое практически полностью протонируется в очень разб. р-рах к-ты НА. Измерив отношение сBBH+, из зависимости lg (сBBH+) от моляльной концентрации МНА к-ты определяют http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/4/16144.jpeg . В таких р-рах -lg МНА = рН, а соблюдение этой зависимости подтверждает, что в данном интервале концентраций к-ты коэф. активности не изменяются. Для определения Ф.к. более концентрир. р-ров выбирают след. индикатор таким образом, чтобы, являясь более слабым основанием, он начинал протонироваться в тех р-рах к-ты, где первый индикатор еще не полностью протонирован. В этом "интервале перекрывания" определяют константу основности второго индикатора D: рКBH+ - рКDH+ = = lg (cD/cDH+) - Ig (сBBH+). Далее, измеряя cD/cDH+ в более концентрир. р-рах к-ты и зная pKDH+, определяют H0 для этих р-ров. Затем аналогичную процедуру проводят со след. индикатором и т. д. Таким образом, для измерения H0 необходима серия индикаторов. Так, для системы HCl - H2O (до 16 M HCl) нужно 7-8 индикаторов, для водных р-ров H2SO4 от разбавл. до 100% H2SO4 - 10-12 индикаторов.

Численные значения Ф.к. связаны с силой к-ты. Так, 100%-ная H2SO4 имеет H0 = -11,94, чистая CH3SO3H-H0 = -7,86.

Ф. к., судя по нек-рым данным, мало зависят от т-ры. Однако при повышении т-ры могут изменяться http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/5/16145.jpeg оснований.

Ф. к. описывают только процесс протонирования. Во мн. случаях, кроме этого процесса, ионизация основания может заключаться также в образовании ионных пар, разл. комплексов протонир. формы с молекулами р-рителя, димеров и т.д. В таких случаях для корректного использования Ф.к. при описании ионизации слабого основания необходимо знать механизм его ионизации и измерять равновесные концентрации всех образующихся форм основания В. На практике обычно измеряют равновесную концентрацию только одной формы (обычно - неионизированной), а концентрацию формы BH+ вычисляют из ур-ния баланса концентраций, тем самым постулируя простой механизм протонирования. Такая практика, а также недоказанность постулата Гаммета привели к появлению ряда Ф.к., относящихся к разл. классам хим. соед. (HА - Ф. к. амидов, http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/6/16146.jpeg- третичных аминов, HI -индолов, НB - бензофенонов, НM - азуленов и т.д.). Нек-рые из этих Ф. к. связаны с иным, чем протонирование, механизмом ионизации. Это м. б. образование ионных пар типа BH+·A-- - анион к-ты), к-рое имеет место наряду с протонированием (http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/7/16147.jpeg HI), либо образование комплекса B·HA (НM). Возможны случаи, когда действительно не соблюдается постулат Гаммета.

Развивая этот подход, P. Кокс и К. Эйтс (1978) ввели понятие "избыточная кислотность" X, к-рая отражает разность между наблюдаемой (формально измеренной) Ф. к. для данного класса соед. и "идеальной" Ф.к., строго подчиняющейся постулату Гаммета (H0 , Н_). Отклонения от соблюдения постулата Гаммета выражаются ур-нием:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/8/16148.jpeg

где В* - "идеальное" основание; В - основание из данного ряда; m* - параметр, характерный для данного класса соед. Практическое применение избыточной кислотности X основано на линейном соотношении:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/4/9/16149.jpeg

где CH+ - равновесная концентрация протонов в р-ре.

Схема протонирования слабого основания (В + H+http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/0/16150.jpegBH+) не есть реальное хим. равновесие в р-рах к-т. Протон в таких р-рах существует в виде простейшего устойчивого гидрата http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/1/16151.jpeg , а протонирование основания В есть р-ция замещения: В + H5O2+http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/2/16152.jpegBHOH2+ + H2O. Индикаторные отношения http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/3/16153.jpeg и константы основности вычисляют так же, как и при формальной схеме протонирования:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/4/16154.jpeg

где http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/5/16155.jpeg - активность воды. Присутствие http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/6/16156.jpeg в ф-ле для кислотности объясняет известный факт независимости отношенияhttp://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/7/16157.jpeg от природы сильной к-ты (для других Ф. к. это не соблюдается).

Дигидрат протона http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/8/16158.jpeg и протонир. форма. http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/5/9/16159.jpegобразованы сильной симметричной водородной связью центр, протона: (Н2О...Н...ОН2)+ и (В...Н...ОН2)+. Геом. и энергетич. параметры этой связи не зависят от структуры участвующих в ней частиц, а ее энергия разрыва достаточно велика (134,1-142,5 кДж/моль). Этим можно объяснить соблюдение постулата Гаммета. Отклонения от соблюдения постулата, в частности, м. б. объяснено образованием другой протонир. формы по схеме: В + H5O2http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/6/0/16160.jpegBH+ + 2H2O. Такие случаи имеют место, если разность сродства к протону молекул В и H2O превышает 113 кДж/моль.

Корректное использование Ф.к. для расчетов степеней протонирования и констант основности хим. соед. в р-рах к-т должно быть основано, во-первых, на установлении механизма ионизации данного соед., во-вторых, на уверенности в том, что образующаяся протонир. форма есть ион, образованный сильной симметричной водородной связью.

Понятие Ф.к. введено Л. Гамметом в 1932.

Лит.: Гаммет Л. П., Основы физической органической химии, пер. с англ., M., 1972; Либрович H.Б., "Изв. АН СССР. Сер. хим.", 1990, № 1, с. 32-35; Rochester C.H., Acidity functions, L.-N. Y., 1970; Cox R. А., Yates K., "J. Amer. Chem. Soc.", 1978, v. 100, № 12, p. 3861-67.

H. Б. Либрович.


1,10-фенантролин 3-фосфоглицераткиназа N-фенилнафтиламины Фаз правило Фазовое равновесие Фазовые переходы Фазовый анализ Фарадея законы Фарадея постоянная Фарадея эффект Фармакокинетика Фармацевтическая химия Фарнезол Фарфор Фаянс Фаянса - пакета правило Фелинга реактив Фелландрены Феназепам Феназин Фенамин Фенантрен Фенетидины Фенетол Фенилаланин Фенилацетальдегид Фенилацетилен Фенилгидразин Фенилендиамины Фенилизоцианат Фенилин Фенилуксусная кислота Фенилфенолы Фенилфлуорон Фенилхлорсиланы Фенилэтиламины Фенилэтиловый спирт Фенкарол Феноксазин Фенол Феноло-альдегидные смолы Феноло-формальдегидные смолы Фенолсульфокислоты Фенолфталеин Фенолы Фенольные смолы Фенопласты Фенотиазин Фентоламин Фенхены Фенхол Фенхон Ферментативный катализ Ферментсодержащие волокна Ферменты Фермий Феромоны Ферредоксин Ферримагнетики Ферриты Ферромагнетики Ферросплавы Ферроцен Фертильные материалы Фибриллированные нити Фибрин Физико-химическая гидродинамика Физико-химическая механика Физико-химический анализ Физическая химия Физические методы анализа Физостигмин Фиксаналы Фиксирование фотографического изображения Фильтрование Финкельштайна реакция Фитогормоны Фиттига реакция Фишера - тропша синтез Фишера - хеппа перегруппировка Фишера реактив Фишера реакция Фишера формулы Флавиновые коферменты Флавон Флавоноиды Флокулянты Флокуляция Флори-q-температура Флорион Флороглюцин Флотация Флуорантен Флуорен Флуоресцентные красители Флуоресцентные отбеливатели Флуоресцентный анализ Флуоресценция Флуоресцирующие красители Флюорит Фолацин Фолиевая кислота Фолина реакция Фолион Фопурин Формазаны Формалин Формальдегид Формамид Форманилид Форматирование Формиаты Форполимеры Фосген Фосгенирование Фосфазосоединения Фосфакол Фосфат-ацетилтрансфераза Фосфатазы Фосфатидилглицерины Фосфатидилинозит Фосфатидилсерины Фосфатидилхолины Фосфатидилэтаноламины Фосфатидовые кислоты Фосфаты конденсированные Фосфаты неорганические Фосфаты органические Фосфиды Фосфиналкилены Фосфинаты Фосфинистые кислоты Фосфиниты Фосфиновые кислоты Фосфиноксиды и фосфинсульфиды Фосфины Фосфиты неорганические Фосфиты органические Фосфоглицериды Фосфодиэстеразы Фосфоенолпируват-карбоксикиназа Фосфоинозитиды Фосфолипазы Фосфолипиды Фосфоназо Фосфонат-фосфатная перегруппировка Фосфонаты Фосфониевые соединения Фосфонистые кислоты Фосфониты Фосфоновые кислоты Фосфор Фосфора галогениды Фосфора кислоты Фосфора оксиды Фосфора тиохлорид Фосфора хлориды Фосфораны Фосфоресцентный анализ Фосфоресценция Фосфорилирование Фосфористая кислота Фосфористой кислоты амиды Фосфоритная мука Фосфориты Фосфорная кислота Фосфорноватая кислота Фосфорноватистая кислота Фосфорной кислоты гексаметилтриамид Фосфорные удобрения Фосфорорганические полимеры Фосфорорганические соединения Фосфорсодержащие гетероциклы Фосфосфинголипиды Фотобумага Фотографическая Фотографические материалы Фотографические эмульсии Фотография цветная Фотография чёрно-белая Фотоионизация Фотокатализ Фотолиз Фотолитография Фотометрический анализ Фотонно-нейтронный анализ Фотоокисление Фотоперенос протона Фотоперенос электрона Фотопластинки Фотоплёнки Фотополимеризация Фоторезисты Фотосинтез Фотохимические реакции Фотохимия Фотохромизм Фотоэлектронная спектроскопия Фотоэлектрохимия Фотоэмульсионные микрокристаллы Фрагментации реакции Франций Фреоны Фреттинг-коррозия Фриделя - крафтса реакция Фридлендера синтез Фрикционные материалы Фриса перегруппировка Фруктаны Фруктоза Фталазин Фталевая кислота Фталевые кислоты Фталевый ангидрид Фталексоны Фталид Фталимид Фталогены Фталодинитрилы Фталоцианиновые красители Фталоцианины Фталоцианогены Фтивазид Фтор Фторакрилатные каучуки Фторволокна Фториды Фторирование Фтористоводородная кислота Фторкаучуки Фторлоны Фторобораты Фторолефины Фторопластовые лаки Фторопласты Фторорганические соединения Фторосиликаты Фторофосфаты Фторсилоксановые каучуки Фтортензиды Фторуглepoды Фторуксусная кислота Фторурацил Фугитивность Фузидиевая кислота Фукоза Фуксины Фуллерены Фульвены Фумарат-гидратаза Фумаровая кислота Фумиганты Фунгициды Функции кислотности Функциональная группа Функциональность полимеров Функциональный анализ Фурадонин Фуразан Фуран Фурановые смолы Фурилдиоксим Фуриловые смолы Фуроксан Фуросемид Фурфуриловый спирт Фурфурол Фурье-спектроскопия