15.13
Asit Gücü ve Moleküler Yapı
İkili Asitler ve Bazlar
Herhangi bir tesviye etkisinin yokluğunda, H-A bağ kuvveti periyodik tablodaki bir grup aşağıya düştükçe, hidrojenin ametaller…
Hidroklorik asit güçlü bir asit iken, hidroflorik asit zayıf bir asittir. Peki asitlerin güçlerini belirleyen şey nedir? Yalnızca iki elemente sahip ikili asitlerin gücü, bağ enerjisi ve bağ polaritesi ile belirlenir.
Daha yüksek bir bağ enerjisine sahip bir asit daha güçlü bir bağa sahiptir ve bu nedenle daha zayıf bir asit olacaktır. Bir gruptaki asitleri karşılaştırırsak, hidroflorik asit gibi zayıf bir asitteki bağın kırılması daha zordur, bu nedenle asidin proton verme olasılığı daha düşüktür. Aksine, daha düşük bağ enerjisine sahip bir asit daha zayıf bir bağa sahiptir ve bu nedenle daha güçlü bir asit olacaktır.
Örneğin hidroklorik asit gibi güçlü bir asitteki bağ, hidroflorik asitten daha kolay parçalanır ve protonları daha kolay verir. Hidroklorik asitte olduğu gibi bir bağ, bir atom diğer atomdan daha elektronegatif olduğunda kutupsaldır. Hidrojene bağlı atom hidrojenden daha yüksek elektronegatifliğe sahip olduğunda bir bileşik asit görevi görebilir.
Atomun hidrojenin kısmi bir pozitif yüke sahip olmasına izin verecek kısmi bir negatif yükü olacak ve böylece bir proton olarak salınabilecektir. Daha yüksek bağ polaritesine sahip bir asit daha zayıf bir bağa sahiptir ve bu nedenle daha güçlü bir asit olacaktır. Bir periyodik tabloda bileşikleri karşılaştırırken, hidroklorik asit, klor sülfürden daha elektronegatif olduğundan ve bu nedenle protonları daha kolay saldığından, hidrojen sülfürden daha güçlüdür.
Hidrojenin diğer atoma eşit veya daha büyük bir elektronegatifliği varsa, bu molekül proton veremez ve bu nedenle bir asit görevi göremez. Oksiasitler, bir OH'nin hidrojenden daha elektronegatif olan üçüncü bir atoma eklendiği asitlerdir. Bir oksiasidin gücü, elektronegatifliğe ve üçüncü atoma bağlı oksijenlerin sayısına bağlıdır.
Atomun elektronegatifliği ne kadar yüksekse, o kadar çok polarize olur ve oksijen ile hidrojen arasındaki bağı zayıflatır. Merkezi atom ek oksijen atomlarına bağlanırsa, oksijen ile hidrojen arasındaki bağın polaritesini daha da artırır. Örneğin, üç ilave oksijen atomuna sahip perklorik asit iki ilave oksijen atomlu klorik asitten daha güçlüdür.
Klorik asit ise, yalnızca bir ek oksijen ve hipokloröz asite sahip olan ve oksijen atomu içermeyen klorlu asitten daha güçlüdür. Karboksilik asitler, bir karboksil grubu içeren zayıf asitlerdir. İkinci oksijen atomu, oksijen-hidrojen bağını daha polar hale getirir ve böylece molekülün bir proton vermesine izin verir.
Asetik asit ve formik asit, karboksilik asitlerin örnekleridir.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: Why is hydrochloric acid stronger than hydrofluoric acid?
Hydrochloric acid is stronger because it has lower bond energy than hydrofluoric acid. A weaker H-Cl bond breaks more easily, allowing the acid to donate protons readily. In contrast, hydrofluoric acid has a stronger, harder-to-break H-F bond, making it less likely to release protons and therefore a weaker acid.
Q2: How does electronegativity affect acid strength in binary acids?
Higher electronegativity of the atom bonded to hydrogen increases bond polarity, making the hydrogen more likely to be released as a proton. The electronegative atom attracts electrons, giving hydrogen a partial positive charge. Comparing across a period, hydrochloric acid is stronger than hydrogen sulfide because chlorine is more electronegative than sulfur.
Q3: What makes oxyacids stronger when additional oxygen atoms are added?
Additional oxygen atoms bonded to the central atom increase the polarity of the oxygen-hydrogen bond, weakening it and making proton release easier. Perchloric acid with three additional oxygens is stronger than chloric acid with two, which is stronger than chlorous acid with one. This pattern demonstrates how oxygen atoms progressively enhance acid strength.
Q4: Why are carboxylic acids considered weak acids?
Carboxylic acids are weak acids because the second oxygen atom attached to the carbon increases the polarity of the oxygen-hydrogen bond, weakening it only partially. Additionally, after losing a proton, the carboxylate ion exhibits resonance, which stabilizes the negative charge by delocalizing it over several atoms, preventing complete ionization in water.
Q5: How does bond energy determine whether a binary acid is strong or weak?
An acid with higher bond energy has a stronger bond that resists breaking, making it a weaker acid because protons are less readily donated. Conversely, an acid with lower bond energy has a weaker bond that breaks easily, allowing protons to be released more readily and making it a stronger acid. Bond strength is therefore inversely related to acid strength.
Q6: What determines whether a hydrogen-containing molecule can act as an acid?
A molecule can act as an acid only when the atom bonded to hydrogen has higher electronegativity than hydrogen itself. This creates a polar bond where the atom has a partial negative charge and hydrogen has a partial positive charge, allowing hydrogen to be released as a proton. If hydrogen has equal or greater electronegativity, the molecule cannot donate protons.
Q7: How does the oxidation number of the central atom affect oxyacid strength?
Increasing the oxidation number of the central atom increases the acid's strength because it enhances the atom's attraction for electrons shared with oxygen, thereby weakening the oxygen-hydrogen bond. Sulfuric acid with sulfur oxidation number +6 is more acidic than sulfurous acid with +4. Similarly, nitric acid with nitrogen oxidation number +5 is stronger than nitrous acid with +3.