Acides et bases

Facteurs qui contrôlent les forces relatives des acides et des bases

La polarité de la liaison XH

Lorsque tous les autres facteurs sont maintenus constants, les acides deviennent plus forts lorsque la liaison XH devient plus polaire. Les hydrures non métalliques de deuxième rang, par exemple, deviennent plus acides lorsque la différence entre la électronégativité des atomes X et H augmente. HF est le plus fort de ces quatre acides, et CH4 est l’un des plus faibles acides de Brnsted connus.

HF Ka = 7.2 x 10-4 EN = 1,8
H2O Ka = 1,8 x 10-16 EN = 1.2
NH3 Ka = 1 x 10-33 EN = 0.8
CH4 Ka = 1 x 10-49 EN = 0.4

Lorsque ces composés agissent comme un acide, une liaison H-X est rompue pour former des ions H+ et X-. Plus cette liaison est polaire, plus il est facile de former ces ions. Ainsi, plus la liaison est polaire, plus l’acide est fort.

Une solution de HF 0,1 M est modérément acide. L’eau est beaucoup moins acide, et l’acidité de l’ammoniac est si faible que la chimie des solutions aqueuses de ce composé est dominée par sa capacité à agir comme une base.

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

La taille de l’atome X

À première vue, on pourrait s’attendre à ce que HF, HCl, HBr et HI deviennent des acides plus faibles au fur et à mesure que l’on descend dans cette colonne du tableau périodique parce que la liaison X-H devient moins polaire.Expérimentalement, nous trouvons la tendance inverse. Ces acides deviennent en fait plus forts au fur et à mesure que l’on descend dans cette colonne.

Cela se produit parce que la taille de l’atome X influence l’acidité de la liaison X-H. Les acides deviennent plus forts lorsque la liaison X-H devient plus faible, et les liaisons deviennent généralement plus faibles lorsque les atomes sont plus grands, comme le montre la figure ci-dessous.

Les données Ka pour HF, HCl, HBr, et HIreflètent le fait que l’enthalpie de dissociation de la liaison X-H (BDE)devient plus petite lorsque l’atome X devient plus grand.

HF Ka = 7.2 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

La charge de l’acide ou de la base

La charge d’une molécule ou d’un ion peut influencer sa capacité à agir comme un acide ou une base. Ceci est clairement démontré lorsqu’on compare le pH de solutions 0,1 M de H3PO4 et des ions H2PO4-, HPO42- et PO43-.

H3PO4 pH = 1.5
H2PO4- pH = 4,4
HPO42- pH = 9.3
PO43- pH = 12,0

Les composés deviennent moins acides et plus basiques lorsque la charge négative augmente.

Acidité : H3PO4 > H2PO4-> HPO42-

Basicité : H2PO4-< HPO42- < PO43-

L’état d’oxydation de l’atome central

Il n’y a pas de différence de polarité, de taille ou de charge lorsqu’on compare des oxyacides du même élément, comme H2SO4 et H2SO3 ou HNO3 et HNO2, mais il existe une différence significative dans les forces de ces acides. Considérez les données Ka suivantes, par exemple.

H2SO4: Ka = 1 x 103 HNO3 : Ka = 28
H2SO3 : Ka = 1,7 x 10-2 HNO2 : Ka = 5,1 x 10-4

L’acidité de ces oxyacides augmente significativement lorsque l’état d’oxydation de l’atome central devient plus grand. H2SO4 est un acide beaucoup plus fort que H2SO3, et HNO3 est un acide beaucoup plus fort que HNO2. Cette tendance est la plus facile à observer dans les quatre oxyacides du chlore.

Oxyacide Ka Oxydation
Nombre de
chlore
HOCl 2.9 x 10-8 +1
HOClO 1.1 x 10-2 +3
HOClO2 5.0 x 102 +5
HOClO3 1 x 103 +7

Ce facteur de 1011 dans la valeur de l’acide hypochloreux (HOCl) et de l’acide perchlorique (HOClO3) de Kafor peut être attribuée au fait qu’il n’existe qu’une seule valeur pour l’électronégativité d’un élément, mais la tendance d’un atome à attirer des électrons vers lui augmente avec le nombre d’oxydation de l’atome.

A mesure que le nombre d’oxydation de l’atome de chlore augmente, l’atome devient plus électronégatif. Cela tend à attirer les électrons loin des atomes d’oxygène qui entourent le chlore, rendant ainsi les atomes d’oxygène plus électronégatifs également, comme le montre la figure ci-dessous. En conséquence, la liaison O-H devient plus polaire, et le composé devient plus acide.



Problème pratique 6:

Pour chacune des paires suivantes, prédisons quel composé est l’acide le plus fort.

(a) H2O ou NH3

(b) NH4+ ou NH3

(c) NH3 ou PH3

(d) H3PO4 ou H3PO3

Cliquez ici pour vérifier votre réponse au problème pratique 6

Les forces relatives des bases de Brnsted peuvent être déterminées en fonction de l’intensité de l’acide. forces relatives des bases de Brnstedpeuvent être prédites à partir des forces relatives de leurs acides conjugués combinées à la règle générale selon laquelle le plus fort d’une paire d’acides a toujours la base conjuguée la plus faible.



Problème pratique 7 :

Pour chacune des paires de composés suivantes, prédire quel composé est la base la plus forte.

(a) OH- ou NH2-

(a) OH- ou NH2-

(c) NH2- ou PH2-

(d) NO3- ou NO2-

Cliquez ici pour vérifier votre réponse au problème pratique 7

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