酸：特性と例 - 化学 - 2025

酸は、プロトンの高い傾向は、電子対を供与または受容性を有する化合物です。酸の特性を特徴付ける多くの定義（ブロンステッド、アレニウス、ルイス）があり、それらのそれぞれを補完して、これらのタイプの化合物のグローバルなイメージを構築します。

上記の観点から、すべての既知の物質は酸性である可能性がありますが、他のものよりはるかに目立つものだけがそのように考慮されます。つまり、例えば水に比べて非常に弱いプロトン供与体であれば、酸ではないと言えます。

弱酸である酢酸は、平衡反応でプロトン（水素イオン、緑色で強調表示）を水に供与し、酢酸イオンとヒドロニウムイオンを生成します。赤：酸素。ブラック：カーボン。白：水素。

これが事実である場合、正確には酸とそれらの天然源は何ですか？それらの典型的な例は、柑橘類などの多くの果物の中にあります。レモネードは、クエン酸やその他の成分により、独特の風味を持っています。

舌は、他のフレーバーと同様に、酸の存在を検出できます。これらの化合物の酸性度のレベルに応じて、味はより耐えられなくなります。このようにして、舌は酸の濃度、具体的にはヒドロニウムイオン（H ₃ O ⁺）の濃度の官能検査器として機能します。

一方、酸は食品だけでなく、生体内にも含まれています。同様に、土壌はそれらを酸性として特徴付けることができる物質を提示します。これは、アルミニウムやその他の金属カチオンの場合です。

酸の特徴

既存の定義によれば、酸性と見なされるには、化合物にどのような特性が必要ですか？

Hを生成することができなければならない⁺とOH ^-イオンを、それが非常に簡単に（ブレンステッド）を他の種にプロトンを供与しなければならないか、最後に、（ルイス）負に帯電され、電子対を受け入れることができなければならない水（アレニウス）に溶解して。

ただし、これらの特性は化学構造と密接に関連しています。したがって、それを分析することを学ぶことによって、その酸性度またはいくつかの化合物の強度は、2つのうちのどちらが最も酸性であるかを推定することができます。

- 物理的特性

酸には味があり、冗長性に見合う価値があります。酸とその匂いはしばしば鼻孔を燃やします。それらは粘着性または油性のテクスチャーを備えた液体であり、リトマス紙およびメチルオレンジの色を赤に変更する能力があります（酸と塩基の特性、SF）。

-陽子を生成する能力

1923年、デンマークの化学者ヨハネスニコラウスブレンステッドと英国の化学者トーマスマーティンローリーは、プロトンを他の化合物に移動できる化合物はすべて酸であると述べたブレンステッドアンドローリー理論を発表しました（EncyclopædiaBritannica、1998）。たとえば、塩酸の場合：

HCl→H ⁺ + Clで^-

ブレンステッドとローリーの理論は、特定の物質の酸性挙動を説明しませんでした。1923年にアメリカの化学者ギルバート・N・ルイスは彼の理論を紹介しました。そこでは、酸は化学反応において別の分子で共有されていない電子のペアを結合することができる任意の化合物と考えられます（EncyclopædiaBritannica、1998） 。

このようにして、Cu ²⁺、Fe ²⁺、Fe ³⁺などのイオンは、たとえば水から自由電子のペアに結合して、次のようにプロトンを生成する能力があります。

Cu ²⁺ + 2H ₂ O→Cu（OH）₂ + 2H ⁺

-電子密度が低い水素を持っている

メタン分子、CH _4の場合、その水素は電子的に不足していません。これは、炭素と水素の電気陰性度の差が非常に小さいためです。あなたは、フッ素のいずれかによってH原子のいずれかを交換する場合でも、そこだろうことH：双極子モーメントの顕著な変化を₂ FC- H。

Hは、Fに結合している隣接原子に向かって電子雲の変位を経験します。これは同じで、δ+が増加します。この場合も、別のHが別のFに置き換えられると、分子はHF ₂ C- Hになります。

ここで、δ+はさらに大きくなります。これは、2つのF原子、Cを除去する電気陰性度の高い電子密度、そしてこの後者が結果的にHになるためです。F：置換処理は、最終的に得られ続ける場合は₃ C- Hを。

この最後の分子では、Hは3つの隣接するF原子の結果として、著しい電子不足を示します。このδ+は、このHを除去するのに十分な電子が豊富な種では見過ごされず、このようにして、F ₃ CHは負に帯電します。

F ₃ C- H +：N ^- （陰性種）=> F ₃ C：^- + H N

化学式の上方にも、この方法と考えることができる：F ₃ CHは、プロトン（H供与⁺、Hに分子から離脱後）：Nと、または、F ₃ CHから電子対を得るH N：別のペアがから後者に寄付されたとき^- 。

-強度または酸性度定数

F ₃ C：^-ソリューションにどの程度含まれていますか？または、F ₃ CHの分子はいくつNに酸性水素を提供できますか？これらの質問に答えるには、F ₃ C：^-またはH N の濃度を決定し、数式を使用して、酸性度定数Kaと呼ばれる数値を確立する必要があります。

F ₃ C：^-またはHNの分子が多く生成されるほど、より酸性のF ₃ CH となり、そのKaは大きくなります。このようにして、Kaはどの化合物が他よりも酸性であるかを定量的に明らかにするのに役立ちます。同様に、Kaが非常に小さいオーダーのものを酸として破棄します。

いくつかのKaは約10 ^-1と10 ^-5の値を持つことができ、他のKaは10 ^-15と10 ^-35のように100万分の1より小さい値を持つことができます。その場合、後者は、前記酸性度定数を有し、非常に弱い酸であり、そのまま廃棄することができると言える。

次の分子のうち、Kaが最も高いのはどれですか：CH ₄、CH ₃ F、CH ₂ F _2、またはCHF ₃？答えは、水素中の電子密度δ+の欠如にあります。

測定

しかし、Ka測定を標準化するための基準は何ですか？その値は、どの種がH ⁺を受け取るかによって大きく異なります。たとえば、Nが強塩基の場合、Kaは大きくなります。しかし、逆に、それが非常に弱いベースである場合、Kaは小さくなります。

Ka測定は、すべての塩基（および酸）の中で最も一般的で最も弱い水を使用して行われます。H ₂ O 分子へのH ⁺の供与度に応じて、25℃、1気圧で、すべての化合物の酸性度定数を決定するための標準条件が確立されます。

これから、無機および有機の両方の多くの化合物の酸性度定数の表のレパートリーが生じます。

-非常に安定した共役塩基を持っています

酸の化学構造には、電気陰性度の高い原子または単位（芳香環）があり、周囲の水素から電子密度を引き寄せ、部分的に正になり、塩基と反応します。

プロトンが供与されると、酸は共役塩基に変わります。つまり、H ⁺を受け入れたり、電子対を供与したりできる負の種です。CFの例では₃ H 分子その共役塩基がCFである₃ ^- 。

CF ₃ ^- + HN <=> CHF ₃ +：N ^-

CF場合は_3が^-非常に安定した共役塩基である、平衡はより左に右に比べてシフトします。また、安定性が高いほど、酸の反応性と酸性度が高くなります。

どのようにしてそれらが安定しているかを知ることができますか？それはすべて、彼らが新しい負の電荷をどのように扱うかにかかっています。増加する電子密度を効率的に非局在化または拡散できる場合、ベースHとの結合に使用できなくなります。

-彼らは正の電荷を持つことができます

すべての酸が電子不足の水素を持っているわけではありませんが、正電荷の有無にかかわらず、電子を受け入れることができる他の原子を持っている場合もあります。

これはどのように？たとえば、三フッ化ホウ素BF _3の場合、B原子は1オクテットの原子価を持たないため、電子対を与える原子との結合を形成できます。アニオンF場合^-その付近でのラウンドは、次の化学反応を発生します。

BF ₃ + F ^- => BF ₄ ^-

一方、Al ³⁺、Zn ²⁺、Na ⁺などの遊離金属カチオンは、環境から電子が豊富な種の配位（配位）結合を受け入れることができるため、酸と見なされます。同様に、彼らはOHと反応^-イオンを金属水酸化物として沈殿に：

Zn ²⁺（水溶液）+ 2OH ^- （水溶液）=>のZn（OH）₂（S）

これらはすべてルイス酸として知られていますが、プロトンを提供するものはブレンステッド酸です。

-彼らの溶液は7より低いpH値を持っています

図：pHスケール。

より具体的には、酸を溶剤に溶かすと（それほど中和されない）、pHが3未満の溶液が生成されますが、7未満では非常に弱い酸と見なされます。

これは、フェノールフタレインなどの酸塩基指示薬、万能指示薬、または紫キャベツジュースを使用して確認できます。低pHで示される色に変わる化合物は、酸として扱われます。これは、それらの存在を判別する最も簡単なテストの1つです。

同じことが、たとえば、世界のさまざまな地域からのさまざまな土壌サンプルに対して行われ、そのため、他の変数と一緒にそれらのpH値を決定して、それらを特徴付けることができます。

そして最後に、すべての酸は、舌の組織を不可逆的に燃やすほど濃縮されていない限り、酸味があります。

-塩基を中和する能力

彼の理論では、アレニウスは、プロトンを生成することができることにより、酸が塩基のヒドロキシルと反応して以下の方法で塩と水を形成することを提案しています：

HCl + NaOHの→のNaCl + H ₂ O.

この反応は中和と呼ばれ、滴定と呼ばれる分析手法の基礎です（Bruce Mahan、1990）。

強酸と弱酸

酸は強酸と弱酸に分類されます。酸の強さはその平衡定数に関連するため、酸の場合、これらの定数は酸定数Kaと呼ばれます。

したがって、強酸は酸定数が大きいため、完全に解離する傾向があります。これらの酸の例は、硫酸、塩酸、および硝酸であり、それらの酸定数は非常に大きいため、水中では測定できません。

一方、弱酸は解離定数が小さいため化学平衡状態にあります。これらの酸の例は、酢酸および乳酸および亜硝酸であり、その酸性度定数は10 ^-4のオーダーである。図1は、さまざまな酸のさまざまな酸性度定数を示しています。

図1：酸解離定数

酸の例

ハロゲン化水素

すべてのハロゲン化水素は、特に水に溶解した場合、酸性化合物です。

-HF（フッ化水素酸）。

-HCl（塩酸）。

-HBr（臭化水素酸）。

-HI（ヨウ素酸）。

オキソ酸

オキソ酸はオキソアニオンのプロトン化された形です：

HNO ₃（硝酸）。

H ₂ SO ₄（硫酸）。

H ₃ PO ₄（リン酸）。

HClO ₄（過塩素酸）。

超酸

スーパー酸は、強いブレンステッド酸と強いルイス酸の混合物です。混合すると、それらは複雑な構造を形成し、特定の研究によれば、H ⁺はその内部に「ジャンプ」します。

それらの腐食力は、濃縮H ₂ SO _4に比べて数十億倍も強力です。それらは、原油に存在する大きな分子を、より小さな分岐分子に分解するために使用され、大きな経済的価値をもたらします。

-BF ₃ / HF

-SbF ₅ / HF

-SbF ₅ / HSO ₃ F

-CF ₃ SO ₃ H

有機酸

有機酸は、1つまたは複数のカルボキシル基（COOH）を持つことで特徴付けられ、その中には次のものがあります。

-クエン酸（多くの果物に含まれる）

リンゴ酸（青リンゴから）

-酢酸（市販の酢から）

-酪酸（酸敗バター）

-酒石酸（ワインから）

-そして、脂肪酸のファミリー。

参考文献

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