Kwasy i zasady

Factorsthat Control the Relative Strengths of Acids and Bases

The Polarity of theXHBond

Gdy wszystkie inne czynniki są utrzymywane na stałym poziomie, kwasy stają się silniejsze, gdy wiązanie XH staje się bardziej polarne. Na przykład wodorki niemetali drugiego rzędu stają się bardziej kwaśne, gdy wzrasta różnica między elektroujemnością atomów X i H. HF jest najsilniejszym z tych czterech kwasów, a CH4 jest jednym z najsłabszych znanych kwasów Brnsteda.

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

Gdy związki te działają jak kwas, wiązanie H-X zostaje zerwane, tworząc jony H+ i X-. Im bardziej polarne to wiązanie, tym łatwiej jest tworzyć te jony. Tak więc, im bardziej polarne wiązanie, tym silniejszy kwas.

Na 0,1 M roztwór HF jest umiarkowanie kwaśny. Woda jest znacznie mniej kwaśna, a kwasowość amoniaku jest tak mała, że chemia wodnych roztworów tego związku jest zdominowana przez jego zdolność do działania jako zasada.

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

Rozmiar atomu X

Na pierwszy rzut oka moglibyśmy się spodziewać, że HF, HCl, HBr i HI staną się słabszymi kwasami, gdy będziemy schodzić w dół tej kolumny tabeli okresowej, ponieważ wiązanie X-H staje się mniej polarne. Kwasy te faktycznie stają się silniejsze, gdy idziemy w dół tej kolumny.

Dane Ka dla HF, HCl, HBr i HI odzwierciedlają fakt, że entalpia dysocjacji wiązania X-H (BDE) staje się mniejsza, gdy atom X staje się większy.

.

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

.

Ładunek na kwasie lub zasadzie

Ładunek na cząsteczce lub jonie może wpływać na jej zdolność do działania jako kwas lub zasada. Jest to wyraźnie pokazane, gdy pH 0,1 M roztworów H3PO4 i jonów H2PO4-,HPO42-, i PO43- są porównywane.

H3PO4 pH = 1.5
H2PO4- pH = 4.4
HPO42- pH = 9.3
PO43- pH = 12,0

Związki stają się mniej kwaśne i bardziej zasadowe wraz ze wzrostem ładunku ujemnego.

Kwaśność: H3PO4 > H2PO4-> HPO42-

Zasadowość: H2PO4-< HPO42- < PO43-

Stan utlenienia atomu centralnego

Nie ma różnicy w polarności, wielkości lub ładunku, gdy porównujemy kwasy tlenowe tego samego pierwiastka, takie jak H2SO4 i H2SO3 lub HNO3 i HNO2,jednak istnieje znacząca różnica w mocach tych kwasów. Rozważmy na przykład następujące dane Ka.

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

Kwaśność tych kwasów tlenowych wzrasta znacznie wraz ze wzrostem stanu utlenienia atomu centralnego. H2SO4 jest znacznie silniejszym kwasem niż H2SO3, a HNO3 jest znacznie silniejszym kwasem niż HNO2. Tendencja ta jest najłatwiejsza do zaobserwowania w czterech kwasach tlenowych chloru.

Tlenek Ka Utlenianie
Liczba
chloru
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

Ten współczynnik. 1011 różnicy w wartości Kafor kwasu podchlorawego (HOCl) i kwasu nadchlorawego (HOClO3)może wynikać z faktu, że istnieje tylko jedna wartość elektroujemności pierwiastka, ale skłonność atomu do przyciągania elektronów do siebie wzrasta wraz ze wzrostem liczby utlenienia atomu.

Jak liczba utleniania atomu chloru wzrasta, theatom staje się bardziej elektronegatywny. To ma tendencję do przyciągania elektronów z dala od atomów tlenu, które otaczają chloru, tym samym czyniąc atomy tlenu bardziej elektronegatywny, jak pokazano na rysunku poniżej. W rezultacie, wiązanie O-H staje się bardziej polarne, a związek staje się bardziej kwaśny.


Problem praktyczny nr 6:

Dla każdej z poniższych par, przewidzmy, który związek jest silniejszym kwasem.

(a) H2O lub NH3

(b) NH4+ lub NH3

(c) NH3 lub PH3

(d) H3PO4 lub H3PO3

Kliknij tutaj, aby sprawdzić swoją odpowiedź do zadania ćwiczeniowego nr 6

Względne siły Brnsteda w kwasach są następujące Względne stężenia zasad Brnsteda można przewidzieć na podstawie względnych stężeń ich sprzężonych kwasów w połączeniu z ogólną zasadą, że mocniejszy z pary kwasów ma zawsze słabszą sprzężoną zasadę.


Zadanie praktyczne nr 7:

Dla każdej z poniższych par związków należy przewidzieć, który związek jest silniejszą zasadą.

(a) OH- lub NH2-

(a) OH- lub NH2-

(c) NH2- lub PH2-

(d) NO3- lub NO2-

Kliknij tutaj, aby sprawdzić swoją odpowiedź do zadania praktycznego nr 7

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.