Struttura molecolare e acidità

La forza di un acido dipende dalla stabilità del suo anione coniugato. Un anione stabile è una base debole, mentre il suo acido corrispondente è forte.

Diversi fattori influenzano la stabilità degli anioni.

Si considerino due anioni contenenti atomi della stessa colonna. L'atomo più grande diffonde la carica negativa su un volume spaziale più grande, il che rende il suo anione più stabile e l'acido corrispondente più forte.

Quando si confrontano anioni contenenti atomi nella stessa riga, l'elettronegatività dell'atomo che trasporta la carica domina la stabilità dell'anione.

L'atomo più elettronegativo stabilizza la carica negativa per dare una base stabile e quindi un acido forte.

Se si confrontano anioni con carica negativa sullo stesso atomo, la loro stabilità dipende dalle strutture risonanti.

Ad esempio, lo ione etossido non ha una struttura di risonanza, ma lo ione metansolfonato ne ha tre in cui la carica è delocalizzata su tre atomi.

In quanto tale, l'acido metansolfonico, con una base coniugata stabilizzata per risonanza, è un acido più forte dell'etanolo.

Un sostituente elettronegativo, quando posto adiacente alla regione caricata negativamente, ritira la densità elettronica da quella regione per induzione, stabilizzando così la carica negativa sull'anione.

Man mano che il punto di sostituzione si allontana dalla regione negativa, la stabilità dell'anione diminuisce. Pertanto, l'acido 4-clorobutanoico è più debole dell'acido 2-clorobutanoico.

Supponiamo ora che si confrontino alchini, alcheni e alcani. L'acidità relativa dei loro protoni dipende dall'ibridazione dell'atomo di carbonio che trasporta la carica negativa nelle loro corrispondenti basi coniugate.

Gli elettroni in un carbonio ibridato sp sono molto più vicini al nucleo rispetto agli elettroni in un atomo di carbonio ibridato sp² o sp³.

Pertanto, la carica su un carbonio sp è la più stabile, rendendo l'anione alchino più stabile di un anione alchene, che è più stabile di un anione alcano.

In conclusione, gli alchini sono gli acidi più forti in una data serie, gli alcani sono gli acidi più deboli e gli alcheni sono una via di mezzo.