Forza acida e struttura molecolare

Acidi e basi binarie

In assenza di qualsiasi effetto livellante, la forza acida dei composti binari dell’idrogeno con non metalli (A) aumenta man mano che la forza del legame H-A diminuisce verso il basso di un gruppo nella tavola periodica. Per il gruppo 17, l’ordine di aumento dell’acidità è HF < HCl < HBr < HI. Allo stesso modo, per il gruppo 16, l'ordine di aumento della forza acida è H₂O < H₂S < H₂Se < H₂Te. Attraverso una fila nella tavola periodica, la forza acida dei composti binari dell’idrogeno aumenta con l’aumentare della elettronegatività dell’atomo nonmetale perché aumenta la polarità del legame H-A. Pertanto, l’ordine di aumentare l’acidità (per la rimozione di un protone)_attraverso la seconda riga è CH 4 < NH₃ < H₂O < HF; attraverso la terza riga, è SiH₄ < PH₃ < H₂S < HCl.

Acidi e basi ternarie

I composti ternari composti da idrogeno, ossigeno e qualche terzo elemento (“E”) possono essere strutturati come raffigurato nell’immagine sottostante. In questi composti, l’atomo centrale E è legato a uno o più atomi O, e almeno uno degli atomi O è anche legato ad un atomo H, corrispondente alla formula molecolare generale O_mE(OH)_n. Questi composti possono essere acidi, basici o amphoterici a seconda delle proprietà dell’atomo E centrale. Esempi di tali composti includono acido solforico, O₂S(OH)₂, acido solforico, OS(OH)₂, acido nitrico, O₂NOH, acido perclorico, O₃ClOH, idrossido di alluminio, Al(OH)₃, idrossido di calcio, Ca(OH)₂e idrossido di potassio, KOH.

Se l’atomo centrale, E, ha una bassa elettronegatività, la sua attrazione per gli elettroni è bassa. Esiste poca tendenza per l’atomo centrale a formare un forte legame covalente con l’atomo di ossigeno, e il legame a tra l’elemento e l’ossigeno è più facilmente rotto del legame b tra ossigeno e idrogeno. Quindi il legame a è ionico, gli ioni idrossido vengono rilasciati alla soluzione e il materiale si comporta come una base – questo è il caso di Ca(OH)₂ e KOH. La minore elettronegatività è caratteristica degli elementi più metallici; quindi, gli elementi metallici formano idrossidi ionici che sono, per definizione, composti di base.

Se, d’altra parte, l’atomo E ha un’elettronegatività relativamente alta, attrae fortemente gli elettroni che condivide con l’atomo di ossigeno, facendo un legame covalente relativamente forte. Il legame ossigeno-idrogeno, legame b, è quindi indebolito perché gli elettroni vengono spostati verso E. Bond b è polare e rilascia prontamente ioni idrogeno alla soluzione, quindi il materiale si comporta come un acido. Le alte elettronegatività sono caratteristiche degli elementi più non metallici. Pertanto, gli elementi non metallici formano composti covalenti contenenti gruppi acidi −OH che sono chiamati ossacidi.

Aumentando il numero di ossidazione dell’atomo centrale E aumenta anche l’acidità di un ossacido perché questo aumenta l’attrazione di E per gli elettroni che condivide con l’ossigeno e quindi indebolisce il legame O-H. L’acido solforico, H₂SO₄o O₂S(OH)₂ (con un numero di ossidazione dello zolfo pari a +6), è più acido dell’acido solforoso, H₂SO₃o OS(OH)₂ (con un numero di ossidazione dello zolfo pari a +4). Allo stesso modo, l’acido nitrico, HNO₃o O₂NOH (N numero di ossidazione = +5), è più acido dell’acido nitroso, HNO₂o ONOH (N numero di ossidazione = +3). In ognuna di queste coppie, il numero di ossidazione dell’atomo centrale è maggiore per l’acido più forte.

Acidi carbossilici

Gli acidi carbossilici contengono un gruppo carbossilico. Gli acidi carbossilici sono acidi deboli, il che significa che non sono ionizzati al 100% in acqua.

L’acido carbossilico agisce come un acido debole perché, come nel caso degli ossacidi, il secondo ossigeno attaccato all’atomo di carbonio aumenta la polarità del legame O-H e lo rende più debole. Inoltre, dopo la perdita del protone, il gruppo carbossilico viene convertito allo ione carbossilato, che mostra risonanza. Le diverse strutture di risonanza stabilizzano lo ione carbossilato in quanto la sua carica negativa è delocalizzato su diversi atomi.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 14.3: Punti di forza relativi di acidi e basi e Openstax, Chimica 2e, Sezione 20.3 Aldeidi, Chetoni, Acidi Carbossilici ed Esteri.