Ácido conxugado e base conxugada son dous termos complementarios aplicados a compostos químicos dentro da teoría ácido-base de Brønsted-Lowry. Un ácido conxugado é un composto químico formado cando un ácido cede un protón (H+ ) a unha base (esta última é a que se converte no ácido conxugado), ou expresado doutra maneira, é unha base cun ión hidróxeno engadido, xa que perde un ión hidróxeno na reacción inversa (como é característico dos ácidos). Por outra parte, unha base conxugada é o que queda unha vez que un ácido doou un protón durante unha reacción química. Por tanto, unha base conxugada é unha substancia formada pola eliminación dun protón dun ácido, xa que pode gañar un ión hidróxeno na reacción inversa. [1] Como algúns ácidos, chamados polipróticos poden ceder máis dun protón, a base conxugada dun ácido pode ela mesma ter carácter ácido.
En resumo, isto pode representarse como a seguinte reacción química na que o ácido inicial convértese na base conxugada, e a base inicial convértese no ácido conxugado:
Johannes Nicolaus Brønsted e Martin Lowry presentaron a teoría de Brønsted–Lowry, que di que calquera composto que poida ceder un protón a outro composto é un ácido, e o composto que recibe o protón é unha base. Un protón é unha partícula subatómica do núcleo dun átomo con carga eléctrica positiva. Represéntase co símbolo H+ porque ten un núcleo de átomo de hidróxeno,[2] é dicir, é un catión hidróxeno, o que a IUPAC recomenda denominar hidrón.
Un catión pode ser un ácido conxugado, e un anión pode ser unha base conxugada, dependendo da substancia que está implicada e da teoría ácido-base que se está usando. O anión máis simple que pode ser unha base conxugada é o electrón libre en solución cuxo ácido conxugado é o hidróxeno atómico.
Reaccións ácido-base
Nunha reacción ácido-base, un ácido e unha base reaccionan para formar unha base conxugada e un ácido conxugado, respectivamente. O ácido perde un protón e a base gaña un protón. En diagramas que indican isto, o novo enlace formado entre a base e o protón móstrase por unha frecha que empeza nun par de electóns da base e acaba no ión hidróxeno (protón) que será transferido:
Neste caso, a molécula de auga é a que funciona como o ácido conxugado do ión hidróxido básico despois de que este último recibiu o ión hidróxeno do amoníaco. Por outra parte, o amoníaco é a base conxugada do amonio ácido despois de que o amonio doou un ión hidróxeno para producir a molécula de auga. Ademais, o OH− pode ser considerado como a base conxugada da H 2O, xa que a molécula de auga doa un protón para orixinar NH+ 4 na reacción inversa. Os termos "ácido", "base", "ácido conxugado" e "base conxugada" non son fixos para unha certa substancia química senón que poden ser intercambiados se a reacción que está tendo lugar se inverte.
Forza dos conxugados
A forza dun ácido conxugado é proporcional á súa constante de disociación. Un ácido conxugado canto máis forte sexa máis facilmente se disociará nos seus produtos, "expulsará" os seus protóns hidróxeno e terá unha constante de equilibrio máis alta. A forza dunha base conxugada pode considerarse que é a súa tendencia a "atraer" os protóns hidróxeno cara a ela. Se unha base conxugada se clasifica como forte, "reterá" o protón hidróxeno en disolución e o seu ácido non se disociará.
Se un composto químico é un ácido forte, a súa base conxugada será débil.[3] Un exemplo deste caso sería a disociación do ácido clorhídricoHCl en auga. Como o HCl é un ácido forte (disóciase en gran proporción), a súa base conxugada (Cl− ) será feble. Por tanto, neste sistema, a maioría dos H+ serán ións hidronioH 3O+ en vez de estaren unidos aos anións Cl− e as bases conxugadas serán máis débiles que as moléculas de auga.
Por outro lado, se un composto químico é un ácido feble, a súa base conxugada non será necesariamente forte. Consideremos que o etanoato, a base conxugada do ácido etanoico, ten unha constante de disociación (Kb) de aproximadamente 5,6 × 10-10, o que fai que sexa unha base débil.
Para que as especies químicas teñan unha base conxugada forte teñen que ser un ácido moi débil, como a auga.
Identificación de pares de ácidos e bases conxugadas
Para identificar o ácido conxugado, debe buscarse o par de compostos cos que está relacionado. A reacción ácido-base pode verse examinando o antes e o despois. O antes é o lado dos reactantes da ecuación, o despois é o lado dos produtos da ecuación química. O ácido conxugado no lado de despois da ecuación gaña un ión hidróxeno, así que no lado de antes da ecuación o composto que ten un ión hidróxeno menos que o ácido conxugado é a base. A base conxugada no lado de despois da ecuación perde un ión hidróxeno, de tal xeito que no lado de antes da ecuación o composto que ten un hidróxeno máis que a base conxugada é o ácido.
Consideremos a seguinte reacción ácido-base:
HNO 3 + H 2O → H 3O+ + NO− 3
O ácido nítrico (HNO 3) é un ácido porque doa un protón á molecula de auga e a súa base conxugada é o nitrato (NO− 3). A molécula de auga actúa como unha base porque recibe o catión hidróxeno (protón) e o seu ácido conxugado é o ión hidronio (H 3O+ ).
Un uso dos ácidos e bases conxugados é nos sistemas tampóns, os cales inclúen unha solución tampón. Nun tampón úsanse un ácido débil e a súa base conxugada (en forma de sal), ou unha base débil e o seu ácido conxugado, para limitar o cambio de pH durante un proceso de titulación. Os tampóns teñen aplicacións químicas orgánicas e inorgánicas. Por exemplo, ademais do uso dos tampóns en procesos de laboratorio, o sangue humano actúa como un tampón para mater o pH. O tampón máis importante na nosa circulación sanguínea é o tampón ácido carbónico-bicarbonato, que impide cambios drásticos de pH cando se introduce CO 2. Isto funciona así:
Ademais, velaquí unha táboa dalgúns tampóns comúns.
Unha segunda aplicación común un composto orgánico sería a produción dun tampón con ácido acético. Se o ácido acético, un ácido débil coa fórmula CH 3COOH, se pon en forma de solución tampón, necesitaría combinarse coa súa base conxugada CH 3COO− en forma de sal. A mestura resultante chámase tampón acetato, consistente en CH 3COOH acuoso e CH 3COONa acuoso. O ácido acético, xunto con moitos outros ácidos débiles, serven como compoñentes útiles dos tampóns en diferentes instalacións de laboratorios, cada un deles é útil dentro do seu propio rango de pH.
Velaquí unha táboa con varios exemplos de ácidos e as súas bases conxugadas correspondentes; nótese como difiren nun só protón (ión H+). A forza do ácido decrece e a forza da base conxugada aumenta conforme baixamos na táboa.
Como comparación, velaquí unha táboa de bases e os seus ácidos conxugados. De xeito similar, a forza da base diminúe e a forza do ácido conxugado increméntase conforme baixamos na táboa.
