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15.13:

산 세기와 분자 구조

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Chemistry
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Acid Strength and Molecular Structure

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염산은 강산이지만 플루오린화 수소산은 약산입니다. 하지만 무엇이 그것의 세기를 결정할까요? 두개의 원소만 있는 이원산의 강도는 결합 에너지와 결합 극성에 의해 결정됩니다.결합 에너지가 더 높은 산은 더 강한 결합을 가지며 따라서 더 약한 산이 될 것입니다. 그룹의 산을 비교해보면 플루오르화 수소산과 같은 약산의 결합은 깨지기 더 힘들기 때문에 산은 양성자를 기증할 가능성이 적습니다. 반대로 결합 에너지가 낮은 산은 약한 결합을 가지므로 더 강한 산이 될 것입니다.예를 들어 염산과 같은 강산의 결합은 플루오르화 수소산보다 더 쉽게 끊어지고 양성자를 더 쉽게 기증합니다. 염산에서와 같은 결합은 한 원자가 다른 원자보다 더 전기 음성일 때 극성을 띱니다. 화합물은 수소에 부착된 원자가 수소보다 더 높은 전기 음성을 가질 때 산으로 작용할 수 있습니다.원자는 부분적으로 음전하를 띠게 되고 수소가 부분적으로 양의 전하를 갖게 되어 양성자로 방출될 수 있게 됩니다. 결합 극성이 높은 산은 결합이 약하므로 더 강한 산이 될 것입니다. 주기표에서 화합물을 비교해보면 염소가 황보다 더 전기 음성이고 이에 따라 양성자를 더 쉽게 방출하기때문에 염산은 황화 수소보다 더 강합니다.수소가 다른 원자보다 같거나 더 큰 전기 음성을 가지고 있다면 그 분자는 양자를 기증할 수 없기 때문에 산으로 작용할 수 없습니다. 산소산은 수소보다 더 전기 음성인 세 번째 원자에 OH가 붙어 있는 산입니다. 산소산의 강도는 전기 음성도와 세 번째 원자에 부착된 산소 수에 따라 달라집니다.원자의 전기음성도가 높을수록 더 극성화되어 산소와 수소 사이의 결합을 약화시킵니다. 중심 원자가 추가 산소 원자에 부착되는 경우 산소와 수소 사이의 결합의 극성이 더욱 증가됩니다. 예를 들어 세 개의 산소 원자를 더 가지고 있는 과염소산은 두 개의 산소 원자를 더 가지고 있는 염소산보다 더 강합니다.결국 염소산은 한 개의 산소 원자만 추가로 가지고 있는 아염소산과 추가적인 산소 원자가 없는 차아염소산보다 더 강합니다. 카르복시산은 카르복시 기를 포함하는 약산입니다. 두 번째 산소 원자는 산소-수소 결합을 더 극성으로 만들고 따라서 분자가 양성자를 기증할 수 있도록 합니다.아세트산과 포름산은 카르복실산의 예입니다.

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산 세기와 분자 구조

이진산 및 기지

어떤 평준화 효과가 없는 경우, H-A 결합 강도가 주기적인 표에서 군을 감소함에 따라 비금속(A)을 가진 수소의 이진 화합물의 산강도가 증가한다. 그룹 17의 경우, 산도 증가의 순서는 HF & HCl & HBr & HI입니다. 마찬가지로, 그룹 16의 경우, 산 강도증가순서는H2O&H2S&H2Se&H2테이다. 주기율표의 행을 가로질러, H-A 결합의 극성이 증가하기 때문에 비금속 원자의 전기성 증가와 함께 이진 수소 화합물의 산강도가 증가합니다. 따라서, 2열에 걸쳐 산도증가(양성자 1개 제거용)의 순서는 CH 4&NH 3&H2O&HF; 세 번째 행을 가로 질러, 그것은 SiH4 & PH3 & H2S & HCl입니다.

대산 및 기지

수소, 산소 및 일부 제3 원소(“E”)로 구성된 체내 화합물은 아래 이미지에 묘사된 바와 같이 구조화될 수 있다. 이들 화합물에서, 중앙 E 원자는 하나 이상의 O 원자에 결합되고, 적어도 하나 이상의 O 원자는 또한 일반적인 분자 포뮬러 OmE(OH)n에 대응하는 H 원자에 결합된다. 이러한 화합물은 중앙 E 원자의 특성에 따라 산성, 기본 또는 앰포테체일 수 있다. 이러한 화합물의 예로는 황산,O2S(OH)2,황산, OS(OH)2,질산, O2NOH, 과염소산, O3ClOH, 알루미늄 수산화, 알(OH)3,수산화칼슘, Ca(OH)2,및 수산화칼륨, KOH등이 있다.

Eq1

중앙 원자인 E가 전기성도가 낮으면 전자에 대한 매력이 낮습니다. 중앙 원자가 산소 원자와 강한 공유 결합을 형성하고, 원소와 산소 사이의 결합이 산소와 수소 사이의 결합 b보다 더 쉽게 부서지는 경향이 거의 없다. 따라서 결합 a는 이온성, 수산화 이온이 용액으로 방출되고 재료가 베이스로 행동합니다-이것은 Ca(OH)2 및 KOH의 경우입니다. 낮은 전기적 특성은 더 많은 금속 요소의 특징입니다; 따라서 금속 원소는 정의에 따라 기본 화합물인 이온 수산화를 형성합니다.

반면에 원자 E가 상대적으로 높은 전기적 율을 가지고 있다면 산소 원자와 공유하는 전자를 강하게 끌어들이고 상대적으로 강한 공유 결합을 만듭니다. 상기 산소-수소 결합, 본드 b는전자가 E.Bond b쪽으로 변위되기 때문에 약화되어 용액에 수소 이온을 쉽게 방출하므로 재료는 산으로 행동한다. 높은 전기적 특이성은 더 비금속 요소의 특징입니다. 따라서, 비금속 원소는 옥시산이라고 불리는 산성 -OH 그룹을 포함하는 공유 화합물을 형성한다.

중앙 원자 E의 산화 수를 증가시키고 또한 산소와 공유하는 전자에 대한 E의 매력을 증가시키고 이로 인해 O-H 결합을 약화하기 때문에 옥시산의 산도를 증가시킨다. 황산,H2SO4또는 O2S(OH)2(유황 산화 수 +6), 황산, H2SO3또는 OS(OH)2(유황 산화 수 +4)보다 산성이다. 마찬가지로, 질산, HNO3또는 O2NOH(N 산화 번호 = +5), 아질산, HNO2또는 ONOH(N 산화 번호 = +3)보다 산성성이다. 이러한 각 쌍에서 중앙 원자의 산화 수는 강한 산에 대 한 더 큽트.

카복실산

카복실산에는 카복실 군이 함유되어 있습니다. 카복실산은 약한 산으로 물 속에서 100% 이온화되지 않습니다.

카복실산은 옥시산의 경우와 마찬가지로 탄소 원자에 부착된 제2 산소가 O-H 결합의 극성을 증가시키고 약해하기 때문에 약한 산으로 작용한다. 또한 양성자를 잃은 후, 카복실 그룹은 공진을 나타내는 카박스실레이트 이온으로 변환됩니다. 다른 공명 구조는 음전하가 여러 원자에 걸쳐 분리되어 있기 때문에 카박스실레이트 이온을 안정화시합니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 14.3에서 적응: 산과 기지및 개방의 상대강점, 화학 2e, 섹션 20.3 알데히드, 케톤, 카복실산, 에스테르.