חוזק החומצה ומבנה מולקולרי

חומצה הידורכלורית היא חומצה חזקה, בעוד חומצה הידרופלורית היא חומצה חלשה. אבל מה קובע את כוחן? הכוח של חומצות בינאריות, בעלות שני יסודות, נקבע באמצעות אנרגיית הקשר וקוטביות הקשר.

חומצה בעלת אנרגיית קשר גבוהה היא בעלת קשר חזק ובהתאם לכך תהיה חומצה חלשה יותר. בהשוואה בין חומצות בקבוצה, הקשר בחומצה חלשה כמו חומצה הידרופלואורית קשה יותר לשבירה, לכן סביר פחות שהחומצה תתרום פרוטונים. בניגוד לכך, חומצה בעלת אנרגיית קשר נמוכה יותר היא בעלת קשר חלש יותר ובהתאם לכך, תהיה חומצה חזקה יותר.

לדוגמה, הקשר בחומצה חזקה כמו חומצה הידרוכלורית נשבר בקלות רבה יותר והיא תורמת פרוטונים ביתר קלות לעומת חומצה הידרופלואורית. קשר כמו זה הקיים בחומצה הידרוכלורית הוא קוטבי כאשר אטום אחד הוא יותר אלקטרושלילי מהאטום השני. תרכובת יכולה להתנהג כחומצה כשהאטום המחובר למימן הוא בעל אלקטרושליליות גבוהה יותר ממימן.

האטום יהיה בעל מטען שלילי חלקי ויאפשר למימן להיות בעל מטען חיובי חלקי ולהיות משוחרר כפרוטון. חומצה בעלת קוטביות קשר גבוהה יותר היא בעלת קשר חלש יותר ועל כן, תהיה חומצה חזקה יותר. בהשוואה בין תרכובות במחזור של הטבלה המחזורית, חומצה הידרוכלורית חזקה יותר ממימן גופרתי משום שהכלור הוא יותר אלקטרו-שלילי מגופרית ועל כן משחרר פרוטונים ביתר קלות.

אם המימן הוא בעל אלקטרושליליות שווה או גדולה יותר מהאטום האחר, המולקולה לא תוכל לתרום פרוטונים ועל כן לא תוכל לתפקד כחומצה. חומצות חמצניות הן חומצות בהן OH מחובר לאטום שלישי יותר אלקטרושלילי ממימן. הכוח של חומצה חמצנית תלוי באלקטרושליליות ובמספר החמצנים המחוברים לאטום השלישי.

ככל שהאלקטרושליליות של האטום גבוהה יותר כך הוא מקטב יותר, ומחליש את הקשר בין החמצן למימן. אם האטום המרכזי מחובר לאטומי חמצן נוספים, מוגברת בו אף יותר הקוטביות של הקשר בין החמצן למימן. לדוגמה, חומצה פרכלורית עם שלושה אטומי חמצן נוספים היא חזקה יותר מחומצה כלורית עם שני אטומי חמצן נוספים.

חומצה כלורית חזקה יותר מחומצת כלורוס, שלה רק אטום חמצן נוסף אחד ומחומצה היפוכלורית, שלה אין אטומי חמצן נוספים. חומצות קרבוקסיליות הן חומצות חלשות המכילות קבוצה קרבוקסילית. אטום החמצן השני יוצר בקשר חמצן-מימן קוטביות גבוהה יותר ובכך מאפשר למולקולות לתרום פרוטון.

חומצה אצטית וחומצה פורמית הן דוגמאות לחומצות קרבוקסיליות.