Hapot ja emäkset

Happojen ja emästen suhteellisia vahvuuksia säätelevät tekijät

XH-sidoksen polaarisuus

Kun kaikki muut tekijät pidetään vakioina, hapot muuttuvat vahvemmiksi sitä mukaa, kun XH-sidoksesta tulee polaarisempi. Esimerkiksi toisen rivin ei-metallihydridit muuttuvat happamammiksi, kun X- ja H-atomien elektronegatiivisuuden ero kasvaa. HF onvahvin näistä neljästä haposta, ja CH4 on yksi heikoimmista tunnetuista Brnsted-hapoista.

HF Ka = 7.2
NH3 Ka = 1 x 10-33 EN = 0.8
CH4 Ka = 1 x 10-49 EN = 0.4

Kun nämä yhdisteet toimivat happona, H-X-sidos rikkoutuu muodostaen H+- ja X-ioneja. Mitä polaarisempi tämä sidos on, sitä helpompi on muodostaa näitä ioneja. Näin ollen,mitä polaarisempi sidos, sitä voimakkaampi happo.

0,1 M HF-liuos on kohtalaisen hapan. Vesi on paljon vähemmän hapanta, ja ammoniakin happamuus on niin pieni, että tämän yhdisteen vesiliuosten kemiaa hallitsee sen kyky toimia emäksenä.

HF pH = 2.1
H2O pH = 7
NH3 pH = 11.1

X-atomin koko

Ensi silmäyksellä voisi olettaa, että HF:stä, HCl:stä, HBr:stä ja HI:stä tulisi heikompia happoja siirryttäessä alaspäin tässä sarakkeessa, koska X-H-sidos muuttuu vähemmän polaariseksi.Kokeellisesti havaitaan päinvastainen kehitys. Nämä hapot tulevat itse asiassa vahvemmiksi saraketta alaspäin mentäessä.

Tämä johtuu siitä, että X-atomin koko vaikuttaa X-H-sidoksen happamuuteen. Hapoista tulee vahvempia, kun X-H-sidos heikkenee, ja sidokset yleensä heikkenevät, kun atomeista tulee suurempia, kuten alla olevasta kuvasta käy ilmi.2 x 10-4

BDE = 569 kJ/mol HCl Ka = 1 x 106 BDE. = 431 kJ/mol HBr Ka = 1 x 109 BDE = 370 kJ/mol HI Ka = 3 x 109 BDE = 300 kJ/mol

Hapon tai emäksen varaus

Molekyylin tai ionin varaus voi vaikuttaa sen kykyyn toimia happona tai emäksenä. Tämä käy selvästi ilmi, kun verrataan H3PO4:n ja H2PO4-, HPO42- ja PO43-ionien 0,1 M:n liuosten pH:ta.

H3PO4
pH = 1.5
H2PO4- pH = 4.4
HPO42- pH = 9.3
PO43- pH = 12.0

Yhdisteet muuttuvat vähemmän happamiksi ja enemmän emäksisiksi negatiivisen varauksen kasvaessa.

Happamuus: H3PO4 > H2PO4-> HPO42-

Happamuus: H3PO4 > H2PO4-> HPO42-

Happamuus: H3PO4 > H2PO4-> HPO42-

basisuus: H2PO4-< HPO42- < PO43-

Keskiatomin hapetusaste

Polariteetissa, koossa tai varauksessa ei ole eroa, kun vertailemme saman alkuaineen happoja, kuten H2SO4:ää ja H2SO3:aa tai HNO3:a ja HNO2:aa,mutta näiden happojen vahvuuksissa on merkittävä ero. Tarkastellaan esimerkiksi seuraavia Ka-tietoja.

H2SO4: Ka = 1 x 103 HNO3: Ka = 28
H2SO3: HNO2: Ka = 5.1 x 10-4

Näiden happamien happamien happojen happamuus lisääntyy merkittävästi, kun keskeisen atomin hapetustila kasvaa. H2SO4 on paljon vahvempi happo kuin H2SO3, ja HNO3 on paljon vahvempi happo kuin HNO2. Tämä suuntaus on helpointa havaita kloorin neljässä happohapossa.

Oksihappo Ka Hapetus
Luku
kloorin
HOCl 2.9 x 10-8 +1
HOClO 1.1 x 10-2 +3
HOClO2 +2.1 x 10-2
HOClO2 5.0 x 102 +5
HOClO3 1 x 103 +7

Tämä tekijä. 1011 ero Kafor hypokloorihappoa (HOCl) ja perkloorihappoa (HOClO3)varten johtuu siitä, että alkuaineen elektronegatiivisuudelle on vain yksi arvo, mutta atomin taipumus vetää elektroneja puoleensa kasvaa atomin hapetusluvun kasvaessa.

Klooriatomin hapetusluvun kasvaessa atomista tulee elektronegatiivisempi. Tällä on taipumus vetää elektroneja pois klooria ympäröivistä happiatomeista, jolloin myös happiatomeista tulee elektronegatiivisempia, kuten alla olevassa kuvassa näkyy. Tämän seurauksena O-H-sidoksesta tulee polaarisempi, ja yhdisteestä tulee happamampi.


Harjoitustehtävä 6:

Ennustetaan jokaisesta seuraavasta parista, mikä yhdiste on vahvempi happo.

(a) H2O tai NH3

(b) NH4+ tai NH3

(c) NH3 tai PH3

(d) H3PO4 tai H3PO3

Klikkaa tästä tarkistaaksesi vastauksesi Harjoitustehtävään 6

Harjoitustehtävän 6 vastauksen. Brnstedin emästen suhteelliset vahvuudetvoidaan ennustaa niiden konjugaattihappojen suhteellisista vahvuuksista yhdistettynä yleiseen sääntöön, jonka mukaan vahvempi happopari on aina heikompi konjugaattiemäs.


Harjoitustehtävä 7:

Ennusta jokaiselle seuraavista yhdisteiden pareista, kumpi yhdiste on vahvempi emäs.

(a) OH- tai NH2-

(a) OH- tai NH2-

(c) NH2- tai PH2-

(d) NO3- tai NO2-

Klikkaa tästä tarkistaaksesi vastauksesi Harjoitusongelmaan 7

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.