Zuursterkte en moleculaire structuur

Zoutzuur is een sterk zuur, terwijl fluorwaterstofzuur een zwak zuur is. Maar wat bepaalt hun sterkte? De sterkte van binaire zuren, met slechts twee elementen, wordt bepaald door bindingsenergie en bindingspolariteit.

Een zuur met een hogere bindingsenergie heeft een sterkere binding en zal daarom een zwakker zuur zijn. Als je zuren in een groep vergelijkt, is de binding in een zwak zuur, zoals fluorwaterstofzuur, moeilijker te verbreken, dus het is minder waarschijnlijk dat het zuur protonen afstaat. Daarentegen heeft een zuur met lagere bindingsenergie een zwakkere binding en zal daarom een sterker zuur zijn.

De binding in een sterk zuur, zoals zoutzuur, breekt bijvoorbeeld gemakkelijker en staat sneller protonen af dan fluorwaterstofzuur. Een binding, zoals die in zoutzuur, is polair als het ene atoom elektronegatiever is dan het andere. Een verbinding kan als een zuur werken wanneer het atoom dat aan waterstof is gebonden een hogere elektronegativiteit heeft dan waterstof.

Het atoom zal een gedeeltelijke negatieve lading hebben, waardoor de waterstof een gedeeltelijke positieve lading kan hebben, zodat het kan worden vrijgegeven als een proton. Een zuur met een hogere bindingspolariteit heeft een zwakkere binding en zal daarom een sterker zuur zijn. Als men verbindingen over een bepaalde periode vergelijkt, is zoutzuur sterker dan waterstofsulfide, omdat chloor elektronegatiever is dan zwavel en daarom gemakkelijker protonen afgeeft.

Als waterstof een gelijke of grotere elektronegativiteit heeft dan het andere atoom, kan dat molecuul geen protonen afstaan en kan het daarom niet als zuur werken. Oxyzuren zijn zuren waarbij een OH is gehecht aan een derde atoom dat elektronegatiever is dan waterstof. De sterkte van een oxyzuur hangt af van de elektronegativiteit en het aantal zuurstofatomen dat aan het derde atoom is gebonden.

Hoe hoger de elektronegativiteit van het atoom, hoe meer het polariseert, waardoor de binding tussen zuurstof en waterstof verzwakt. Als het centrale atoom is bevestigd aan extra zuurstofatomen, verhoogt dit de polariteit van de binding tussen zuurstof en waterstof verder. Perchloorzuur met drie extra zuurstofatomen is bijvoorbeeld sterker dan chloorzuur met twee extra zuurstofatomen.

Chloorzuur is op zijn beurt sterker dan chlorigzuur, dat slechts één extra zuurstof en hypochloorzuur heeft, zonder extra zuurstofatomen. Carbonzuren zijn zwakke zuren die een carboxylgroep bevatten. Het tweede zuurstofatoom maakt de zuurstof-waterstofbinding meer polair, waardoor het molecuul een proton kan afstaan.

Azijnzuur en mierenzuur zijn voorbeelden van carbonzuren.