Siła kwasu i struktura molekularna

Kwas solny jest mocnym kwasem, podczas gdy kwas fluorowodorowy jest słabym kwasem. Ale co decyduje o ich sile?

Siła kwasów dwuskładnikowych, składających się tylko z dwóch pierwiastków, zależy od energii wiązania i polaryzacji wiązania.

Kwas o wyższej energii wiązania ma silniejsze wiązanie, a zatem będzie słabszym kwasem. Porównując kwasy w grupie, wiązanie w słabym kwasie, takim jak kwas fluorowodorowy, jest trudniejsze do zerwania, więc kwas jest mniej skłonny do oddawania protonów.

Natomiast kwas o niższej energii wiązania ma słabsze wiązanie, a zatem będzie silniejszym kwasem. Na przykład wiązanie w mocnym kwasie, takim jak kwas solny, łatwiej się zrywa i łatwiej oddaje protony niż kwas fluorowodorowy.

Wiązanie, takie jak w kwasie solnym, jest polarne, gdy jeden atom jest bardziej elektroujemny niż drugi atom.

Związek może działać jak kwas, gdy atom przyłączony do wodoru ma wyższą elektroujemność niż wodór. Atom będzie miał częściowy ładunek ujemny, dzięki czemu wodór będzie miał częściowy ładunek dodatni, dzięki czemu może zostać uwolniony jako proton.

Kwas o wyższej polarności wiązania ma słabsze wiązanie, a zatem będzie silniejszym kwasem.

Porównując związki w okresie, kwas solny jest silniejszy niż siarkowodór, ponieważ chlor jest bardziej elektroujemny niż siarka, a zatem łatwiej uwalnia protony.

Jeśli wodór ma równą lub większą elektroujemność niż drugi atom, cząsteczka ta nie może oddawać protonów, a zatem nie może działać jako kwas.

Kwasy tlenowe to kwasy, w których OH jest przyłączony do trzeciego atomu, który jest bardziej elektroujemny niż wodór. Siła kwasu tlenowego zależy od elektroujemności i liczby tlenu przyłączonego do trzeciego atomu.

Im wyższa elektroujemność atomu, tym bardziej polaryzuje się, osłabiając wiązanie między tlenem a wodorem.

Jeśli centralny atom jest przyłączony do dodatkowych atomów tlenu, dodatkowo zwiększa to polaryzację wiązania między tlenem a wodorem.

Na przykład kwas nadchlorowy z trzema dodatkowymi atomami tlenu jest silniejszy niż kwas chlorowy z dwoma dodatkowymi atomami tlenu. Kwas chlorowy z kolei jest silniejszy od kwasu chlorawego, który ma tylko jeden dodatkowy tlen i kwas podchlorawy, bez dodatkowych atomów tlenu.

Kwasy karboksylowe to słabe kwasy, które zawierają grupę karboksylową. Drugi atom tlenu sprawia, że wiązanie tlen-wodór jest bardziej polarne, a tym samym pozwala cząsteczce oddać proton. Kwas octowy i kwas mrówkowy są przykładami kwasów karboksylowych.