共役（酸塩基理論）

共役酸とは、酸が塩基にプロトン（H ⁺）を与えることによって形成される化学化合物のことです。

共役塩基とは、化学反応中に酸がプロトンを供与した後に残る物質のことである。

言い換えれば、共役酸は、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り、共役塩基は、逆反応で水素イオンを獲得できるため、酸からプロトンが除去されて形成される物質である。^{[ 1 ]}

酸によっては複数のプロトンを放出できるため、酸の共役塩基自体が酸性を示す場合がある。

要約すると、この相互作用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・ブロンステッド（左）とマーティン・ロウリー（右）。

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、ブレンステッド・ローリー酸塩基理論を提唱しました。この理論によれば、他の化合物にプロトンを与えることができる化合物は酸であり、プロトンを受け取る化合物は塩基です。（プロトンは原子核内の正の電荷を持つ素粒子です。水素原子の原子核を持つため、H ^{+ という記号で表されます。 [ 2 ]}つまり、水素陽イオンです。）

陽イオンは共役酸になり、陰イオンは共役塩基になり得る。これは、どの物質が関与しているか、またどの酸塩基理論を用いるかによって異なる。共役塩基になり得る最も単純な陰イオンは、溶液中の自由電子であり、その共役酸は原子状水素である。

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生成します。酸はプロトンを失い、塩基はプロトンを得ます。この反応を示す図では、塩基とプロトン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（プロトン）で終わる矢印で示されます。

この場合、水分子は、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、水酸化物イオンの共役酸である。一方、アンモニアは、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、酸性アンモニウムの共役塩基である。また、OH⁻^はHの共役塩基とみなすことができる。₂ O、逆反応では水分子がプロトンを供与してNH ⁺ ₄を生成するため。 「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であれば入れ替えることができます。

共役酸の強さは、その解離定数に比例します。強い共役酸ほど容易に生成物に解離し、水素プロトンを遠ざけ、平衡定数が高くなります。共役塩基の強さは、水素プロトンを自身に引き寄せる傾向として捉えることができます。共役塩基が強いと分類される場合、溶解時に水素プロトンを「保持」し、その酸は解離しません。

ある化学物質が強酸である場合、その共役塩基は弱塩基になります。^{[ 3 ]}この例として、塩酸HClが水中で分解する場合が挙げられます。HClは強酸（大きく分解する）であるため、その共役塩基（Cl⁻ ^{）は弱塩基になります。}) 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 ^{+ は}ヒドロニウムイオンH₃ O ^{+Cl −}アニオンに付着する代わりに、共役塩基は水分子よりも弱くなります。

一方、ある化学物質が弱酸であっても、その共役塩基が必ずしも強酸であるとは限りません。例えば、酢酸の共役塩基である酢酸イオンの塩基分裂定数（Kb）は約5.6 × 10 ⁻¹⁰であり、弱い塩基である。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らない。^{[ 4 ]}

共役酸を特定するには、関連する化合物のペアを探します。酸塩基反応は、反応前と反応後という観点から見ることができます。反応前は反応物の側、反応後は生成物の側です。反応後の側の共役酸は水素イオンを獲得するので、反応前の側では、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。反応後の側の共役塩基は水素イオンを失うので、反応前の側では、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（HNO₃）₃ ) は水分子にプロトンを供与するため酸共役塩基硝酸イオン(NO₃⁻です。水分子は水素カチオン (プロトン) を受け取るため塩基として働き、その共役酸は^ヒドロニウムイオン ( _H⁺ )₃ O ⁺)

共役酸と共役塩基の用途の一つは緩衝系であり、緩衝系には緩衝溶液が含まれます。緩衝液では、滴定過程におけるpH変化を制限するために、弱酸とその共役塩基（塩の形）、または弱塩基とその共役酸が使用されます。緩衝液は有機化学と無機化学の両方で応用されています。例えば、緩衝液は実験室プロセスで使用されるだけでなく、人間の血液もpHを維持する緩衝液として機能します。血液中で最も重要な緩衝液は炭酸-重炭酸緩衝液であり、 CO2が放出された際に急激なpH変化を防ぎます。₂が導入されます。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一覧表を以下に示します。

有機化合物の2つ目の一般的な用途は、酢酸を用いた緩衝液の製造です。酢酸は、化学式CHで表される弱酸です。₃ COOHCHと組み合わせる必要がある。₃ COO ⁻塩の形で。得られた混合物は酢酸緩衝液と呼ばれ、水性CHから構成される。₃ COOHと水性CH₃ COONa。酢酸は、他の多くの弱酸とともに、さまざまな実験環境における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、有機酸である乳酸の共役塩基であるCHの例である。₃ CH(OH)CO ⁻ ₂は、蒸留水中のナトリウム、カルシウム、カリウム陽イオンおよび塩化物陰イオンと結合し^{[ 5 ]} 、これらが一体となって、人間の血液に対して等張な液体を形成し外傷、手術、または火傷による出血後の輸液蘇生。 ^{[ 6 ]}

以下に、酸とその共役塩基の例をいくつか示します。両者の違いは陽子（H ⁺イオン）が1つだけであることに注目してください。表の下に行くほど、酸の強さは弱くなり、共役塩基の強さは強くなります。

対照的に、ここに塩基とその共役酸の表を示します。同様に、表の下に行くにつれて塩基の強さは弱まり、共役酸の強さは強くなります。

• 緩衝溶液
• 脱プロトン化
• プロトン化
• 塩（化学）
• カルボン酸塩

• MCAT一般化学復習 – 10.4 滴定と緩衝液
• 製剤・調剤研究所 - 緩衝液と緩衝能。 2021年4月28日にWayback Machineにアーカイブされました。