共役（酸塩基理論）

ブレンステッド・ローリーの酸塩基理論における共役酸は、酸が塩基にプロトン（H ⁺）を与えることで形成される化合物であり、言い換えれば、逆反応で水素イオンを失うため、水素イオンが付加された塩基である。一方、共役塩基は、化学反応中に酸がプロトンを供与した後に残るものである。したがって、共役塩基は、逆反応で水素イオンを得ることができるため、酸からプロトンを除去することによって形成される物質である。^[1]一部の酸は複数のプロトンを与えることができるため、酸の共役塩基自体が酸性である可能性がある。

要約すると、これは次の化学反応として表すことができます。 $${\displaystyle {\text{酸}}+{\text{塩基}}\;{\ce {{<=>}}\;{\text{共役塩基}}+{\text{共役酸}}}$$

ヨハネス・ニコラウス・ブレンステッドとマーティン・ローリーは、他の化合物に陽子を与えることができる化合物は酸であり、陽子を受け取る化合物は塩基であるというブレンステッド・ローリー理論を提唱しました。陽子は、原子核内にある、正の電荷を持つ亜原子粒子です。陽子は水素原子の核、^[2]、つまり水素陽イオンを持っているため、記号H ⁺で表されます。

関係する物質と使用する酸塩基理論に応じて、陽イオンは共役酸になり、陰イオンは共役塩基になります。共役塩基になり得る最も単純な陰イオンは、共役酸が原子水素である溶液中の自由電子です。

酸塩基反応では、酸と塩基が反応して、それぞれ共役塩基と共役酸を形成します。酸は陽子を失い、塩基は陽子を獲得します。これを示す図では、塩基と陽子の間に形成される新しい結合は、塩基の電子対から始まり、移動する水素イオン (陽子) で終わる矢印で示されます。 この場合、水分子は、塩基性水酸化物イオンがアンモニウムから水素イオンを受け取った後の共役酸です。一方、アンモニウムが水素イオンを供与して水分子を生成した後、アンモニアは酸性アンモニウムの共役塩基です。また、OH ^{− は}Hの共役塩基と考えることができます。
₂O、水分子が陽子を供与してNHを与えるため⁺
₄逆反応では、「酸」、「塩基」、「共役酸」、「共役塩基」という用語は、特定の化学物質に対して固定されているわけではなく、起こっている反応が逆の場合に交換されることがあります。

共役酸の強さは、その分裂定数に比例します。共役酸が強いほど、生成物に分裂しやすくなり、水素陽子を「押しのけ」、平衡定数が高くなります。共役塩基の強さは、水素陽子を自分自身に「引き寄せる」傾向として考えることができます。共役塩基が強いと分類されると、溶解したときに水素陽子を「保持」し、酸は分裂しません。

化学物質が強酸である場合、その共役塩基は弱酸となる。^[3]この場合の例としては、塩酸 HClの水中での分解が挙げられる。HClは強酸（かなり分解する）であるため、共役塩基（Cl⁻
）は弱くなります。したがって、このシステムでは、ほとんどのH⁺
ヒドロニウムイオンH
₃お⁺
代わりにCl ⁻アニオンに結合し、共役塩基は水分子よりも弱くなります。

一方、化学物質が弱酸である場合、その共役塩基は必ずしも強いとは限りません。酢酸の共役塩基であるエタノエートの塩基分裂定数（Kb）は約5.6 × 10 ⁻¹⁰であり、弱塩基になります。種が強い共役塩基を持つためには、水のように非常に弱い酸でなければなりません。

共役酸を識別するには、関連する化合物のペアを探します。酸塩基反応は、前後の意味で見ることができます。前は式の反応物側、後は式の生成物側です。式の後側の共役酸は水素イオンを獲得するため、式の前側では共役酸の水素イオンが 1 つ少ない化合物が塩基になります。式の後側の共役塩基は水素イオンを失ったため、式の前側では共役塩基の水素イオンが 1 つ多い化合物が酸になります。

次の酸塩基反応を考えてみましょう。

硝酸（HNO
₃）は、水分子にプロトンを供与し、共役塩基が硝酸塩（NO）であるため、酸である。⁻
₃水分子は水素陽イオン（プロトン）を受け取り、その共役酸はヒドロニウムイオン（H）であるため、塩基として機能します。
₃お⁺
）。

共役酸と共役塩基の用途の1つは、緩衝液を含む緩衝システムです。緩衝液では、弱酸とその共役塩基（塩の形態）、または弱塩基とその共役酸が、滴定プロセス中のpH変化を制限するために使用されます。緩衝液には、有機化学と無機化学の両方の用途があります。たとえば、緩衝液は実験室プロセスで使用されるほか、人間の血液はpHを維持するための緩衝液として機能します。私たちの血流で最も重要な緩衝液は炭酸-重炭酸緩衝液で、 COが放出されたときにpHが急激に変化することを防ぎます。
₂が導入されました。これは次のように機能します。 $${\displaystyle {\ce {CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> HCO3^- + H+}}}$$

さらに、一般的なバッファの表を以下に示します。

有機化合物の2番目の一般的な用途は、酢酸を使用した緩衝剤の製造です。酢酸は、式CHの弱酸です。
₃COOHを緩衝液にするには、共役塩基CHと組み合わせる必要がある。
₃最高執行責任者⁻
塩の形で得られる混合物は酢酸緩衝液と呼ばれ、水性CH
₃COOHと水性CH
₃COONa。酢酸は、他の多くの弱酸とともに、さまざまな実験室環境で緩衝液の有用な成分として機能し、それぞれが独自の pH 範囲内で有用です。

リンゲル乳酸溶液は、有機酸の共役塩基である乳酸、CH
₃CH(OH)CO⁻
₂蒸留水中のナトリウム、カルシウム、カリウムの陽イオンと塩化物陰イオンと混合され^[4] 、人間の血液と等張性の液体を形成し、外傷、手術、または火傷による失血後の輸液補給に使用されます。^[5]

^{以下に、酸とそれに対応する共役塩基の例をいくつか示します。これらが 1 つの陽子 (H +}イオン)だけ異なることに注意してください。表の下に行くほど酸の強度は低下し、共役塩基の強度は増加します。

対照的に、こちらは塩基とその共役酸の表です。同様に、表の下に行くほど塩基の強さは低下し、共役酸の強さは増加します。

• 緩衝液
• 脱プロトン化
• プロトン化
• 塩（化学）
• カルボキシレート

• MCAT 一般化学レビュー - 10.4 滴定と緩衝液
• 薬剤学および調合研究室 - 緩衝剤と緩衝能。2021年4月28日にWayback Machineにアーカイブされました