15.13:
Fuerza y Estructura Molecular de los Ácidos
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Fuerza y Estructura Molecular de los Ácidos
Ácidos y bases binarios
En ausencia de cualquier efecto de nivelación, la fuerza ácida de los compuestos binarios de hidrógeno con no metales (A) aumenta a medida que la fuerza del enlace H-A disminuye en un grupo de la tabla periódica. Para el grupo 17, el orden de aumento de la acidez es HF < HCl < HBr < HI. Asimismo, para el grupo 16, el orden de aumento de la fuerza ácida es H2O < H2S < H2Se < H2Te. A lo largo de una fila en la tabla periódica, la fuerza ácida de los compuestos binarios de hidrógeno aumenta con el aumento de la electronegatividad del átomo no metálico debido a la polaridad del enlace H-A. Así, el orden de aumento de la acidez (para la remoción de un protón) en la segunda fila es de CH4 < NH3 < H2O < HF; en la tercera fila, es SiH4 < PH3 < H2S < HCl.
Ácidos y bases ternarios
Los compuestos ternarios formados por hidrógeno, oxígeno y algún tercer elemento (“E&8221;) pueden estructurarse como se muestra en la imagen siguiente. En estos compuestos, el átomo central E está unido a uno o más átomos O, y al menos uno de los átomos O también está unido a un átomo H, correspondiente a la fórmula molecular general OmE(OH)n. Estos compuestos pueden ser ácidos, básicos o anfotéricos dependiendo de las propiedades del átomo E central. Ejemplos de tales compuestos incluyen ácido sulfúrico, O2S(OH)2, ácido sulfuroso, OS(OH)2, ácido nítrico, O2NOH, ácido perclórico, O3ClOH, hidróxido de aluminio, Al(OH)3, Hidróxido de calcio, Ca(OH)2 e hidróxido de potasio, KOH.
Si el átomo central, E, tiene una baja electronegatividad, su atracción por los electrones es baja. Existe una baja tendencia a que el átomo central forme un fuerte enlace covalente con el átomo de oxígeno, y el enlace a entre el elemento y el oxígeno se rompe más fácilmente que el enlace b entre el oxígeno y el hidrógeno. Por lo tanto, el enlace a es iónico, los iones hidróxido se liberan a la solución, y el material se comporta como una base—este es el caso con el Ca(OH)2 y KOH. La electronegatividad más baja es característica de los elementos más metálicos; por lo tanto, los elementos metálicos forman hidróxidos iónicos que son, por definición, compuestos básicos.
Si, por otro lado, el átomo E tiene una electronegatividad relativamente alta, atrae fuertemente a los electrones que comparte con el átomo de oxígeno, haciendo un enlace covalente relativamente fuerte. El enlace oxígeno-hidrógeno, enlace b, se debilita por lo tanto porque los electrones se desplazan hacia E. El enlace b es polar y libera fácilmente iones hidrógeno a la solución, por lo que el material se comporta como un ácido. Las electronegatividades altas son características de los elementos no metálicos. Por lo tanto, los elementos no metálicos forman compuestos covalentes que contienen grupos ácidos −OH que se llaman oxácidos.
El aumento del número de oxidación del átomo central E también aumenta la acidez de un oxácido porque esto aumenta la atracción de E por los electrones que comparte con el oxígeno y por lo tanto debilita el enlace O-H. El ácido sulfúrico, H2SO4 o O2S(OH)2 (con un número de oxidación del azufre de +6), es más ácido que el ácido sulfuroso, H2SO3, o que el OS(OH)2 (con un número de oxidación del azufre de +4). Del mismo modo, el ácido nítrico, HNO3 o el O2NOH (número de oxidación del N = +5), es más ácido que el ácido nitroso, HNO2 o que el ONOH (número de oxidación del N = +3). En cada uno de estos pares, el número de oxidación del átomo central es mayor para el ácido más fuerte.
Ácidos carboxílicos
Los ácidos carboxílicos contienen un grupo carboxilo. Los ácidos carboxílicos son ácidos débiles, lo que significa que no están ionizados al 100% en el agua.
El ácido carboxílico actúa como un ácido débil porque, como en el caso de los oxácidos, el segundo oxígeno unido al átomo de carbono aumenta la polaridad del enlace O-H y lo hace más débil. Además, después de la pérdida del protón, el grupo carboxilo se convierte en el ión carboxilato, que exhibe resonancia. Las diferentes estructuras de resonancia estabilizan el ión carboxilato a medida que su carga negativa se deslocaliza sobre varios átomos.
Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 14.3: Fuerzas Relativas de Ácidos y Bases y Openstax, Química 2e, Sección 20.3 Aldehídos, Cetonas, Ácidos carboxílicos, Y ésteres.