Syror och baser

Faktorer som styr den relativa styrkan hos syror och baser

XH-bindningens polaritet

När alla andra faktorer hålls konstanta blir syror starkare när XH-bindningen blir mer polar. De andra raden av icke-metallhydrider, till exempel, blir surare när skillnaden mellan X- och H-atomernas elektronegativitet ökar. HF är den starkaste av dessa fyra syror, och CH4 är en av de svagaste kända Brnsted-syrorna.

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

När dessa föreningar fungerar som en syra bryts en H-X-bindning för att bilda H+- och X-joner. Ju mer polär denna bindning är, desto lättare är det att bilda dessa joner. Ju mer polär bindningen är, desto starkare är syran.

En 0,1 M HF-lösning är måttligt sur. Vatten är mycket mindre surt, och ammoniakens surhet är så liten att kemin i vattenlösningar av denna förening domineras av dess förmåga att fungera som bas.

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

Storleken på X-atomen

Vid första anblicken skulle vi kunna förvänta oss att HF, HCl, HBr och HI skulle bli svagare syror när vi går nedåt i denna kolumn i det periodiska schemat eftersom X-H-bindningen blir mindre polär.Experimentellt finner vi den motsatta trenden. Dessa syror blir faktiskt starkare när vi går ner i denna kolumn.

Detta beror på att X-atomens storlek påverkar X-H-bindningens surhet. Syror blir starkare när X-H-bindningen blir svagare, och bindningar blir i allmänhet svagare när atomerna blir större, vilket visas i figuren nedan.

Ka-data för HF, HCl, HBr och HI återspeglar det faktum att X-H-bindningens dissociationsenthalpi (BDE)blir mindre när X-atomen blir större.

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

Laddningen på syran eller basen

Laddningen på en molekyl eller jon kan påverka dess förmåga att agera som syra eller bas. Detta visas tydligt när pH-värdet för 0,1 M-lösningar av H3PO4 och H2PO4-, HPO42- och PO43-jonerna jämförs.

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

Blandningar blir mindre sura och mer basiska när den negativa laddningen ökar.

Syrlighet: H3PO4 > H2PO4-> HPO42-

Basicitet: H2PO4-< HPO42- < PO43-

Den centrala atomens oxidationstal

Det finns ingen skillnad i polaritet, storlek eller laddning när vi jämför oxysyror av samma grundämne, till exempel H2SO4 och H2SO3 eller HNO3 och HNO2,men det finns en betydande skillnad i styrkan hos dessa syror. Tänk till exempel på följande Ka-data:

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

Syran hos dessa oxysyror ökar betydligt när den centrala atomens oxidationstillstånd blir större. H2SO4är en mycket starkare syra än H2SO3, och HNO3är en mycket starkare syra än HNO2. Denna tendens är lättast att se i de fyra klorsyrorna.

Oxysyra Ka Oxidation
Nummer

kloret
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

Denna faktor av 1011 skillnad i värdet för Kafor hypoklorsyra (HOCl) och perklorsyra (HOClO3)kan härledas till det faktum att det bara finns ett värde för ett grundämnes elektronegativitet, men tendensen hos en atom att dra till sig elektroner ökar när atomens oxidationstal ökar.

Att kloratomens oxidationstal ökar gör att atomen blir mer elektronegativ. Detta tenderar att dra bort elektroner från de syreatomer som omger kloret, vilket gör att syreatomerna också blir mer elektronegativa, vilket visas i figuren nedan. Som ett resultat blir O-H-bindningen mer polär och föreningen blir surare.


Övningsuppgift 6:

För vart och ett av följande par ska vi förutsäga vilken förening som är den starkare syran.

(a) H2O eller NH3

(b) NH4+ eller NH3

(c) NH3 eller PH3

(d) H3PO4 eller H3PO3

Klicka här för att kontrollera ditt svar på övningsuppgift 6

Den Brnstedbasernas relativa styrka kan förutsägas utifrån den relativa styrkan hos deras konjugerade syror i kombination med den allmänna regeln att den starkare av ett par syror alltid har den svagare konjugerade basen.


Praktikproblem 7:

För vart och ett av följande par av föreningar, förutse vilken förening som är den starkare basen.

(a) OH- eller NH2-

(a) OH- eller NH2-

(c) NH2- eller PH2-

(d) NO3- eller NO2-

Klicka här för att kontrollera ditt svar på övningsuppgift 7

.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.