酸と塩基

酸と塩基の相対強度を支配する因子

XH結合の極性

他のすべての因子が一定であるとき、XH結合がより極性を持つほど酸はより強くなる。 2 列目の非金属水素化物、たとえば、X と H 原子の電気陰性度の差が大きくなると、より酸性になります。 HFはこれらの4つの酸の中で最も強く、CH4は知られている最も弱いBrnsted酸の一つである。2×10-4

EN = 1.8 H2O Ka = 1.8×10-16 EN = 1.8.2 NH3 Ka = 1 x 10-33 EN = 0.0 EN = 0.8 CH4 Ka = 1 x 10-49 EN = 0.である。4

これらの化合物が酸として作用すると、H-X結合が切れてH+とX-イオンが生成されます。 この結合が極性であればあるほど、これらのイオンはできやすくなる。

0.1MのHF溶液は中程度の酸性である。 水は酸性度が非常に低く、アンモニアの酸性度は非常に小さいので、この化合物の水溶液の化学的性質は塩基として作用する能力が支配的である。

HF pH = 2.である。1
H2O pH = 7
NH3 pH = 11.1.1

X原子の大きさ

一見、周期表のこの列に行くほどX-H結合は極性が小さくなるのでHF、HCl、HBr、HIは弱い酸になると期待するかもしれませんが実験的には逆の傾向が見られました。 実験的には、これらの酸は、この列に行くほど実際に強くなる。

これは、X原子の大きさがX-H結合の酸性度に影響するために起こる。 X-H結合が弱くなると酸は強くなり、下の図に示すように、一般に結合は原子が大きくなると弱くなる。

HF、HCl、HBr、HIのKaデータは、X-H結合解離エンタルピー(BDE)がX原子が大きくなると小さくなることを反映している。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

酸や塩基の電荷

分子やイオンの電荷は、酸や塩基として作用する能力に影響を与えることがあります。 これは、H3PO4とH2PO4-、HPO42-、PO43-イオンの0.1M溶液のpHを比較するとよくわかります。

H3PO4 pH = 1.5
H2PO4- pH = 4.4
HPO42- pH = 9.4.3
PO43- pH = 12.0

化合物は負電荷が増加すると酸性が弱まり、塩基性が強くなる。

酸性:H3PO4 > H2PO4-> HPO42-

塩基性:H3PO4 > H2PO4-> HPO42-

塩基性。 H2PO4-< HPO42- < PO43-

中心原子の酸化状態

H2SO4とH2SO3、HNO3とHNO2など同じ元素の酸素を比較すると極性、大きさ、電荷に違いはないが強さに大きな差がある。 例えば、次のようなKaのデータを考えてみましょう。

HNO3.H2SO4:

H2SO4: Ka = 1 x 103 H2SO3: Ka = 28
H2SO3: Ka = 1.7 x 10-2 HNO2: Ka = 5.1 x 10-4

これらの酸素酸は中心原子の酸化状態が大きくなると酸度が著しく増大する。 H2SO4はH2SO3よりはるかに強い酸であり、HNO3はHNO2よりはるかに強い酸である。 この傾向は塩素の4つの酸素酸で最も容易に確認できる。

5.0×10-2

+7

オキシ酸 Ka 酸化
塩素
HOCl 2.9×10-8 +1
HOClO 1.1×10-2 +3
HOClO2 +1 5.0×10-30 x 102 +5
HOClO3 1 x 103

この要因のうち 次亜塩素酸(HOCl)と過塩素酸(HOClO3)のKaforの値が1011も違うのは、元素の電気陰性度の値が1つしかないことに起因しているのだろう。 しかし、原子の酸化数が大きくなると、電子を自分に引き寄せる傾向が強くなる。

塩素原子の酸化数が増加すると、原子はより電気陰性になる。 このため、下図のように塩素原子を取り囲む酸素原子から電子を引き離し、酸素原子もより電気陰性になる傾向があります。


問題6:

次の各組について、どちらの化合物がより強い酸であるかを予想しよう。

(a) H2O or NH3

(b) NH4+ or NH3

(c) NH3 or PH3

(d) H3PO4 or H3PO3

問題6の答え合わせはこちら

以下の2つは、どちらが酸が強いですか? ブルンステッド塩基の相対的な強さは、その共役酸の相対的な強さから予測することができ、pairo の酸の強い方は常に弱い共役塩基を持つという一般的なルールと組み合わせられます。


練習問題7:

次の化合物の組のそれぞれについて、どちらの化合物がより強い塩基であるかを予測しなさい。

(a) OH- or NH2-

(c) NH2- or PH2-

(d) NO3- or NO2-

練習問題7の答え合わせはこちら

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