Hlavní obsah
Organická chemie
Kurz: Organická chemie > Kapitola 2
Lekce 3: Acidobazické reakce v organické chemii- Teorie kyselin a zásad
- Mechanismy acidobazických reakcí v organické chemii
- Ka a síla kyselin
- Přehled hodnot Ka and pKa
- Tabulka pKa hodnot
- Zjišťování chemické rovnováhy pomocí pKa
- Stabilizace konjugované báze: elektronegativita
- Síla kyselin, velikost aniontů a vazebná energie
- Stabilizace konjugované báze: rezonance
- Stabilizace konjugované báze: indukce
- Stabilizace konjugované báze: hybridizace
- Stabilizace konjugované báze: solvatace
Tabulka pKa hodnot
Jak používat pKa tabulku ke zjištění relativní síly kyselin
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
Pojďme si ukázat, jak správně
zacházet s tabulkou hodnot pKa. Z obecné chemie víme, že pKa je rovno záporně vzatému
dekadickému logaritmu z Ka. Čím nižší je hodnota pKa,
tím silnější je daná kyselina. V organické chemii hodnotu
pKa hojně využíváme. Z toho důvodu je dobré této
veličině dobře porozumět. Pojďme si to ukázat na příkladu
kyseliny chlorovodíkové, HCl, jejíž pKa je rovno
zhruba minus 7. Při reakci kyseliny se zásadou je odštěpen
proton a tyto elektrony zůstanou u chloru. Použiji na to jinou barvu. Fialové elektrony přejdou na
chlor a vytvoří tak chloridový anion. Chloridový anion je tedy
konjugovanou bází k HCl. Čím nižší je hodnota pKa,
tím silnější je kyselina, tedy ze sloučenin v této tabulce
má HCl nejnižší hodnotu pKa. Proto můžeme říci, že je to z těchto
sloučenin nejsilnější kyselina. Z obecné chemie také víme, že čím silnější je kyselina,
tím slabší je její konjugovaná báze. Když je kyselina silná, konjugovaná báze pak musí být
odolná ke znovupřijetí vodíku. Pokud je lehké vodík odštěpit, mělo
by být velmi těžké jej znovu navázat, jinak by se nejednalo
o silnou kyselinu. HCl má tedy nejnižší hodnotu pKa v této
tabulce, a je tou nejsilnější kyselinou. Chloridový anion musí naopak být
nejslabší z nabízených konjugovaných bází, které se nacházejí
v pravém sloupečku tabulky. Pojďme se nyní podívat na tuto kyselinu. Pokud se potká se zásadou
a ta jí odebere proton, elektrony zůstanou
na tomto kyslíku. Použijeme stejnou barvu elektronů. Fialové elektrony tedy přejdou na kyslík,
a tím vytvoří konjugovanou bázi, aceton. Přibližná hodnota pKa pro
tento proton je minus 3. Pro tento konkrétní proton jsem již viděl
různé hodnoty pKa jako −6 nebo −7, použijte hodnotu ze zadání nebo
z tabulek, které najdete. Obecně se hodnoty
pKa mohou trochu lišit, pro tuto látku jsem tak už
viděl velmi různé hodnoty. Dále máme v tabulce
hydronium, H₃O⁺. Pokud bude reagovat se zásadou,
odštěpí vodík, jehož pKa je zhruba −2. Fialové elektrony z rozštěpené
vazby přejdou na kyslík, A to budou přesně tyto elektrony
v konjugované bázi, vodě. Hydronium má tedy vyšší
hodnotu pKa než HCl. Proto H₃O⁺ není
tak silnou kyselinou. Mohli bychom to
říci ještě jinak. HCl má nižší hodnotu pKa, je
proto silnější kyselinou než H₃O⁺ Pojďme se podívat na nějaké další
příklady kyselin a jejich hodnot pKa. Co třeba kyselina octová? Tedy sloučenina s tímto vzorcem. Tento kyselý vodík v kyselině octové
má hodnotu pKa zhruba 5. Pokud se po reakci se zásadou odštěpí
proton, elektrony přejdou na tento kyslík. Tím pádem bude mít tento
kyslík záporný formální náboj. Toto je tedy acetátový anion, neboli
konjugovaná báze ke kyselině octové. A hned tu máme
další sloučeninu. Ta má hned dva protony a není
úplně důležité, který vybereme. Hodnota pKa je
zde hruba rovna 9. Při reakci se zásadou je odštěpen proton
a fialové elektrony přejdou na tento uhlík. Uhlík si jen zakroužkuji a připíši
mu nově záporný formální náboj. Další sloučeninou je fenol. Kyselým vodíkem
fenolu je tento. Pokud nám jej cizí zásada odtrhne,
fialové elektrony pak přejdou na kyslík, což kyslíku dodá
záporný formální náboj. Takto vypadá vzniklá
konjugovaná báze. Hodnota pKa pro tento
proton je zhruba 10. Jen si tu udělám trochu místa
a můžeme jít na další příklady. Další sloučeninou je voda. Jaká je hodnota pKa vody? Je to zhruba 15,7. Konjugovanou zásadou vody
je hydroxidový anion. Dále tu máme ethanol. Tento kyselý vodík v ethanolu
má pKa hodnotu kolem 16. Fialově vyznačené elektrony
se po reakci připojí ke kyslíku, tím kyslík získá záporný
formální náboj. Vzniklá sloučenina
se nazývá ethanolát. O kolik je fenol kyselejší než ethanol? Nižší hodnota pKa
značí silnější kyselinu. Fenol má hodnotu pKa 10,
zatímco ethanol 16. O kolik je tedy tato sloučenina
kyselejší než tato? Vzpomeňme si na definici pKa. pKa je rovno záporně vzatému
dekadickému logaritmu z Ka. Každá jednotka pKa tedy
odpovídá změně o číselný řád. O kolik jednotek pKa se
lišíme u těchto hodnot? Máme tu hodnoty 10 a 16. Rozdíl mezi
nimi je roven 6. Ta šestka ale představuje
řádový rozdíl. Tento proton na fenolu je
10 na 6 kyselejší. Tato sloučenina je tedy
milionkrát kyselejší než ethanol. Takto bychom měli vždy uvažovat o síle
kyselin při pohledu na tabulku pKa hodnot. Vidíme ale, že pracovat s pKa
je poněkud praktičtější. To je také důvod, proč se
v organické chemii tolik používají. Pojďme si prozkoumat
další alkohol. Tento proton má hodnotu pKa zhruba
rovnou 17 a toto je jeho konjugovaná báze. Dále tu máme další alkohol, jehož kyselý
proton má hodnotu pKa kolem 18. Jeho odštěpením získáme
tuto konjugovanou bázi. Tyto dva alkoholy vám tu
ukazuji z určitého důvodu. Později si totiž ukážeme, čím je
způsobené, že mají různé hodnoty pKa. Ale teď se pojďme
podívat na další sloučeniny. pKa hodnota tohoto
protonu je zhruba 19. Pokud tedy při reakci se zásadou odštěpí
tento červeně zakroužkovaný proton, tyto fialově označené elektrony se stanou
těmito elektrony lokalizovanými na uhlíku. Tím získá uhlík záporný
formální náboj. Další sloučeninou je acetylen. Hodnota pKa, která se pro
něj uvádí, je zhruba 25. Fialově označené elektrony zůstanou na
tomto uhlíku při tvoření konjugované báze. Dále je
tu amoniak. Pokud by amoniaku byl
silnější zásadou odebrán proton, tyto elektrony by se přesunuly při
vytváření konjugované báze na dusík. pKa amoniaku je zhruba 36. Ve skutečnosti se u této sloučeniny udává
několik hodnot, jako třeba 33 nebo i 38. Používejte takovou hodnotu,
kterou jste probírali ve škole. Ještě tu máme pár
příkladů, pojďme si je projít. Jaká je hodnota pKa
pro tento proton? Je to zhruba 44. Fialově označené elektrony
tedy přejdou na tento uhlík, a vytvoří tím konjugovanou bázi. Na závěr jsem si nechal úplně
nejslabší kyselinu v tabulce. Hodnota pKa jejího kyselého
protonu je zhruba 50. Tyto fialové elektrony
přejdou na tento uhlík. Pokud je ethan nejslabší kyselinou, její konjugovaná báze musí
být naopak ze všech nejsilnější. Tuto pKa tabulku proto můžeme
použít i pro určování síly zásad. Pokud tedy máme nějakou obecnou
kyselinu, kterou si označím H-A... Fialové elektrony mohou znovu navázat
daný proton a vytvořit znovu ethan. Pokud bychom toto použili jako zásadu,
mohli bychom vytvořit zpětně ethan. Tady naopak platí, že čím silnější je
zásada, tím slabší je konjugovaná kyselina. Tabulku s pKa hodnotami tedy
využijeme jak pro určování síly kyselin, tak pro určování síly zásad.