1.22 Acids and basesTurning from ph

1.22 Acids and bases

Turning from physical to chemical properties, let us review briefly one familiar topic that is fundamental to the understanding of organic chemistry: acidity and basicity.
The terms acid and base have been defined in a number of ways, each definition corresponding to a particular way of looking at the properties of acidity and basicity. We shall find it useful to lock: at acids and bases from two of these viewpoints; the one we select will depend upon the problem at hand.
According to the Lowry-Brensted definition, an acid is a substance that gives up a proton, and a base is a substance that accepts a proton. When sulfuric acid dissolves in water, the acid H2S04 gives up a proton (hydrogen nucleus) to the base H20 to form the new acid H30+ and the new base HS04-. When hydrogen chloride reacts with ammonia, the acid HC1 gives up a proton to the base NH3 to form the new acid NH4+ and the new base Cl_
According to the Lowry-Brensted definition, the strength of an acid depends upon its tendency to give up a proton, and the strength of a base depends upon its tendency to accept a proton. Sulfuric acid and hydrogen chloride are strong acids since they tend to give up a proton very readily; conversely, bisulfate ion, and chloride ion must necessarily be weak bases since they have little tendency to hold on to protons. In each of the reactions just described, the equilibrium favors the formation of the weaker acid and the weaker base.
If aqueous H2S04 is mixed with aqueous NaOH, the acid H30+ (hydronium ion) gives up a proton to the base OH- to form the new acid H20 and the new base H2O. When aqueous NH4C1 is mixed with aqueous NaOH, the acid NH4+
(ammoniumion) gives up a proton to the base OH - to form the new acid H20 and the new base NH3. In each case the strong base, hydroxide ion, has accepted a proton to form the weak acid H20. If we arrange these acids in the order shown, we must necessarily arrange the corresponding Like water, many organic compounds that contain oxygen can act as bases and accept protons; ethyl alcohol and diethyl ether, for example, form the oxonium ions I and II. For convenience, we shall often refer to a structure like I as a protonated alcohol and a structure like II as a protonated ether.
According to the Lewis definition, a base is a substance that can furnish an electron pair to form a covalent bond, and an acid is a substance that can take up an electron pair to form a covalent bond. Thus an acid is an electron-pair acceptor and a base is an electron-pair donor. This is the most fundamental of the acid-base concepts, and the most general; it includes all the other concepts.
A proton is an acid because it is deficient in electrons, and needs an electron pair to complete its valence shell. Hydroxide ion, ammonia, and water are bases because they contain electron pairs available for sharing. In boron trifluoride, В F3, boron has only six electrons in its outer shell and hence tends to accept another pair to complete its octet. Boron trifluoride is an acid and combines with such bases as ammonia or diethyl ether.
Aluminum chloride, A1C13, is ah acid, and for the same reason. In stannic chloride, SnCl4, tin has a complete octet, but can accept additional pairs of electrons (e.g., in SnCl62~) and hence it is an acid, too.
We write a formal negative charge on boron in these formulas because it has one more electron—half-interestin the pair shared with nitrogen or oxygen—than is balanced by the nuclear charge; correspondingly, nitrogen or oxygen is shown with a formal positive charge.
We shall find the Lewis concept of acidity and basicity fundamental to our understanding of organic chemistry. To make it clear that we are talking about this kind of acid or base, we shall often use the expression Lewis acid (or Lewis base), or sometimes acid (or base) in the Lewis sense.
Chemical. properties, like physical properties, depend upon molecular struc¬ture. Just what features in a molecule's structure tell us what to expect about its acidity or basicity? We can try to answer this question in a general way now, although we shall return to it many times later.
To be acidic in the Lowry-Brensted sense, a molecule must, of course, contain hydrogen. The degree of acidity is determined largely by the kind of atom that holds the hydrogen and, in particular, by that atom's ability to accommodate the electron pair left behind by the departing hydrogen ion. This ability to accommodate the electron pair seems to depend upon several factors, including (a) the atom's electronegativity, and (b) its size. Thus, within a given row of the Periodic Table, acidity increases as electronegativity increases:

And within a given family, acidity increases as the size increases:


Among organic compounds, we can expect appreciable Lowry-Brensted acidity from those containing О—H, N—H, and S—H groups.
To be acidic in the Lewis sense, a molecule must be electron-deficient; in oarticular, we would look for an atom bearing only a sextet of electrons.

Problem 1.9 Predict the relative acidity of: (a) methyl alcohol (CH3OH) and methyl-, amine (CH3NH2); (b) methyl alcohol (CH3OH) and methanethiol (CH3SH); (c)H30+ andNH4+.

1.23 Isomerism

Before we start our systematic study of the different kinds of organic compounds, let us look at one further concept which illustrates especially well the fundamental importance of molecular structure: the concept of isomerism.
The compound ethyl alcohol is a liquid boiling at 78°C. Analysis (by the methods described later, Sec. 2.28) shows that it contains carbon, hydrogen, and oxygen in the proportions 2C: 6H: 10. Measurement of its mass spectrum show that it has a molecular weight of 46. The molecular formula of ethyl alcohol must therefore be С2НбО. Ethyl alcohol is a quite reactive compound. For example, if a piece of sodium metal is dropped into a test tube containing ethyl alcohol, there is a vigorous bubbling and the sodium metal is consumed; hydrogen gas is evolved and there is left behind a compound of formula C2H5ONa. Ethyl alcohol reacts with hydriodic acid to form water and a compound of formula C2H5I.
The compound dimethyl ether is a gas with a boiling point of — 24 °C. It is clearly a different substance from ethyl alcohol, differing not only in its physical properties but also in its chemical properties. It does not react at all with sodium metal. Like ethyl alcohol, it reacts with hydriodic acid, but it yields a compound of formula CH3I. Analysis of dimethyl ether show that it contains carbon, hydrogen, and oxygen in the same proportion as ethyl alcohol, 2Cj6H: 10. It has the same molecular weight as ethyl alcohol, 46. We conclude that it has the same molecular formula С2НбО.
Here we have two substances, ethyl alcohol and dimethyl ether, which have the same molecular formula, C2H60, and yet quite clearly are different compounds. How can we account for the existence of, these two compounds? The answer is: they differ in molecular structure Ethyl alcohol has the structure represented by I, and dimethyl ether the structure represented by; II. As we shall see, the differences in physical and chemical properties of these two compounds can readily be accounted for on the basis of the difference in structure.
Different compounds that have the same molecular formula are called isomers (Greek: isos, equal; meros, part). They contain the same numbers of the same kinds of atoms, but the atoms are attached to one another in different ways. Isomers are different compounds because they have different molecular structures

Результаты (русский) 1:

1.22 кислот и щелочейПереходя от физических, химических свойств, рассмотрим кратко один знакомые темы, которая имеет основополагающее значение для понимания органической химии: кислотность и основность.В ряде способов, каждое определение, соответствующее определенным образом глядя на свойства кислотности и основности были определены термины кислоты и основания. Мы должны найти его полезным для блокировки: на кислот и оснований от двух из этих точек зрения; то, что мы выбираем будет зависеть от рассматриваемой проблемы.Согласно определению, Лаури Brensted кислота – вещество, которое дает вверх протона, и база представляет собой вещество, которое принимает Протон. Когда серной кислоты растворяется в воде, кислоты H2S04 дает вверх протона (ядра водорода) для базового H20 для формирования новой кислоты H30 + и новый базовый HS04-. Когда хлористый водород реагирует с аммиаком, кислоты НС1 дает до протона базовый NH3 в форме новой кислоты NH4 + и новый базовый Cl_Согласно определению Лоури-Brensted сила кислоты зависит от ее тенденцией отказаться от протона, и сила базы зависит от его тенденция принимать Протон. Серной кислоты и хлористого водорода являются сильными кислотами, поскольку они, как правило, отказаться от протона очень легко; и наоборот Гидросульфат-Ион и хлорид Ион должны обязательно быть слабых оснований так как они имеют мало склонны держаться протонов. В каждой из только что описанные реакции равновесие способствует формирование кислоты слабее и слабее основание.Если водного раствора H2S04 смешивается с водного раствора NaOH, кислоты H30 + (Ион гидроксония) дает вверх протона в базовый OH-сформировать новый кислоты H20 и новый базовый H2O. Когда водный NH4C1 смешивается с водного раствора NaOH, кислоты NH4 +(ammoniumion) дает до протона базовый OH - сформировать новые кислоты H20 и новый базовый NH3. В каждом случае сильная база, гидроксид-Ион, принял протона сформировать слабой кислоты H20. Если мы организуем эти кислоты в указанном порядке, мы обязательно должны организовать соответствующий как вода, многие органические соединения, содержащие кислород может выступать в качестве базы и принимать протонов; этиловый спирт и эфир диэтиловый, например, формируют оксониевых ионов I и II. Для удобства мы будем часто называют структуры как я как протонированных алкоголя и структуры как II как протонированных эфира.Согласно определению, Льюис база является вещество, которое может предоставить пару электронов для формирования ковалентной связи, и кислота – вещество, которое может занять пару электронов образуют ковалентную связь. Таким образом кислота акцептора электронов пара и база является донором электронов пара. Это наиболее фундаментальных концепций кислотно основного и наиболее общим; Она включает в себя все другие понятия.Протон является кислота, потому что это дефицит электронов и потребности пары электронов для завершения его валентной оболочки. Гидроксид-Ион, аммиака и воды являются базы, потому что они содержат пар электронов, для обмена. В трифторида бора, В F3, Бор имеет всего шесть электронов в его наружной оболочке и поэтому, как правило, принимать другую пару для завершения ее октет. Бора трифторид кислоты и сочетает в себе такие базы как аммиак или диэтиловый эфир.Алюминия хлорид, A1C13, ах кислоты и по той же причине. В stannic хлорид, SnCl4, олово имеет полный октет, но может принимать дополнительные пары электронов (например, в SnCl62 ~) и следовательно это кислота, тоже.Мы пишем официальное отрицательный заряд на бор в этих формулах, потому что она имеет еще один электрон — половина Великобрита пара совместно с азота или кислорода — чем уравновешивается ядерный заряд; соответственно азота или кислорода показано с формальной положительный заряд.Мы должны найти Льюис понятие кислотности и основности фундаментальное значение для нашего понимания органической химии. Чтобы было ясно, что мы говорим о такого рода кислоты или базы, мы будем часто использовать выражение кислота Льюиса (или база Льюис), или иногда кислоты (или базового) в смысле Льюис.Химического вещества. свойства, как физические свойства, зависят от молекулярной пиломатериала. Какие особенности в структуре молекулы скажите нам чего ожидать о ее кислотности или основности? Мы можем попытаться ответить на этот вопрос в общем путь теперь, хотя мы вернемся к нему позднее в много раз.To be acidic in the Lowry-Brensted sense, a molecule must, of course, contain hydrogen. The degree of acidity is determined largely by the kind of atom that holds the hydrogen and, in particular, by that atom's ability to accommodate the electron pair left behind by the departing hydrogen ion. This ability to accommodate the electron pair seems to depend upon several factors, including (a) the atom's electronegativity, and (b) its size. Thus, within a given row of the Periodic Table, acidity increases as electronegativity increases: And within a given family, acidity increases as the size increases: Among organic compounds, we can expect appreciable Lowry-Brensted acidity from those containing О—H, N—H, and S—H groups.To be acidic in the Lewis sense, a molecule must be electron-deficient; in oarticular, we would look for an atom bearing only a sextet of electrons.Problem 1.9 Predict the relative acidity of: (a) methyl alcohol (CH3OH) and methyl-, amine (CH3NH2); (b) methyl alcohol (CH3OH) and methanethiol (CH3SH); (c)H30+ andNH4+.1.23 IsomerismBefore we start our systematic study of the different kinds of organic compounds, let us look at one further concept which illustrates especially well the fundamental importance of molecular structure: the concept of isomerism.Составные этиловый спирт является кипения жидкости при 78° C. Анализ (методами описал позднее, 2,28 мин) показывает, что он содержит углерод, водород и кислород в пропорции 2 C: 6H: 10. Измерение массы спектра показывают, что он имеет молекулярный вес 46. Поэтому Молекулярная формула этилового спирта должны быть С2НбО. Этиловый спирт является довольно реактивного комплекса. Например если кусок металла натрия удаляется в пробирку, содержащую этиловый спирт, есть энергичные восходящей и потребляется металлическим натрием; водородный газ развивалась и осталось позади комплекса формула C2H5ONa. Этиловый спирт реагирует с кислотой hydriodic воды и смесь формулы C2H5I.Смеси диметилового эфира – газ с температурой кипения от-24 ° C. Это явно различные вещества из этилового спирта, отличаясь не только в его физических свойств, но и в его химических свойств. Он вообще не реагирует с металлическим натрием. Как этиловый спирт он реагирует с hydriodic кислотой, но он дает соединение формулы CH3I. Анализ диметилового эфира показывают, что он содержит углерода, водорода и кислорода в той же пропорции, как этиловый спирт, 2Cj6H: 10. Он имеет такой же молекулярный вес как этиловый спирт, 46. Мы делаем вывод, что он имеет же Молекулярная формула С2НбО.Here we have two substances, ethyl alcohol and dimethyl ether, which have the same molecular formula, C2H60, and yet quite clearly are different compounds. How can we account for the existence of, these two compounds? The answer is: they differ in molecular structure Ethyl alcohol has the structure represented by I, and dimethyl ether the structure represented by; II. As we shall see, the differences in physical and chemical properties of these two compounds can readily be accounted for on the basis of the difference in structure.Different compounds that have the same molecular formula are called isomers (Greek: isos, equal; meros, part). They contain the same numbers of the same kinds of atoms, but the atoms are attached to one another in different ways. Isomers are different compounds because they have different molecular structures

Результаты (русский) 3:

1.22 кислоты и щелочи

из физические и химические свойства, давайте рассмотрим знакомые темы, является основой для понимания органической химии: кислотность и щелочности.
кислоты и щелочи определения положения уже во многих отношениях, особым образом в кислой и щелочной характер соответствующих определений.Мы нашли его полезным замок: