Force des acides et structure moléculaire

Acides et bases binaires

En l’absence de tout effet de nivellement, la force des acides pour les composés binaires de l’hydrogène avec des non-métaux (A) augmente à mesure que la force de la liaison H-A diminue en descendant dans un groupe du tableau périodique. Pour le groupe 17, l’ordre de l’acidité croissante est HF < HCl < HBr < HI. De même, pour le groupe 16, l’ordre de la force croissante des acides est H₂O < H₂S < H₂Se < H₂Te. Le long d’une rangée du tableau périodique, la force acide des composés d’hydrogène binaires augmente avec l’augmentation de l’électronégativité de l’atome non métallique parce que la polarité de la liaison H-A augmente. Ainsi, l’ordre de l’acidité croissante (pour l’élimination d’un proton) à travers la deuxième rangée est CH₄ < NH₃ < H₂O < HF ; à travers la troisième rangée, c’est SiH₄ < PH₃ < H₂S < HCl.

Acides et bases ternaires

Les composés ternaires constitués d’hydrogène, d’oxygène et d’un troisième élément (“ E ”) peuvent être structurés comme illustré dans l’image ci-dessous. Dans ces composés, l’atome E central est lié à un ou plusieurs atomes O, et au moins un des atomes O est également lié à un atome H, ce qui correspond à la formule moléculaire générale O_mE(OH)_n. Ces composés peuvent être acides, basiques ou amphotères selon les propriétés de l’atome E central. Des exemples de tels composés incluent l’acide sulfurique, O₂S(OH)₂, l’acide sulfureux, OS(OH)₂, l’acide nitrique, O₂NOH, l’acide perchlorique, O₃ClOH, l’hydroxyde d’aluminium, Al(OH)₃, l’hydroxyde de calcium, Ca(OH)₂, et l’hydroxyde de potassium, KOH.

Si l’atome central, E, possède une faible électronégativité, son attraction envers les électrons est faible. L’atome central a peu tendance à former une forte liaison covalente avec l’atome d’oxygène, et la liaison a entre l’élément et l’oxygène est plus facilement rompue que la liaison b entre l’oxygène et l’hydrogène. Par conséquent, la liaison a est ionique, les ions d’hydroxyde sont libérés dans la solution et le matériau se comporte comme une base, c’est le cas avec Ca(OH)₂ et KOH. Une électronégativité plus faible est caractéristique des éléments plus métalliques ; par conséquent, les éléments métalliques forment des hydroxydes ioniques qui sont, par définition, des composés basiques.

Si, par contre, l’atome E a une électronégativité relativement élevée, il attire fortement les électrons qu’il partage avec l’atome d’oxygène, formant une liaison covalente relativement forte. La liaison oxygène-hydrogène, la liaison b, est ainsi affaiblie parce que les électrons sont déplacés vers E. La liaison b est polarisée et libère facilement des ions hydrogène dans la solution, de sorte que le matériau se comporte comme un acide. Les électronégativités élevées sont caractéristiques des éléments non métalliques. Ainsi, les éléments non métalliques forment des composés covalents contenant des groupes −OH acides appelés oxyacides.

L’augmentation du nombre d’oxydation de l’atome central E augmente également l’acidité d’un oxyacide car cela augmente l’attraction de E envers les électrons qu’il partage avec l’oxygène et affaiblit ainsi la liaison O-H. L’acide sulfurique, H₂SO₄ ou O₂S(OH)₂ (avec un nombre d’oxydation du soufre de +6), est plus acide que l’acide sulfureux, H₂SO₃ ou OS(OH)₂ (avec un nombre d’oxydation du soufre de +4). De même, l’acide nitrique, HNO₃ ou O₂NOH (nombre d’oxydation de N = +5), est plus acide que l’acide nitreux, HNO₂ ou ONOH (nombre d’oxydation de N = +3). Dans chacune de ces paires, le nombre d’oxydation de l’atome central est plus grand pour l’acide plus fort.

Acides carboxyliques

Les acides carboxyliques contiennent un groupe carboxyle. Les acides carboxyliques sont des acides faibles, ce qui signifie qu’ils ne sont pas ionisés à 100 % dans l’eau.

L’acide carboxylique agit comme un acide faible parce que, comme dans le cas des oxyacides, le deuxième oxygène fixé à l’atome de carbone augmente la polarité de la liaison O-H et la rend plus faible. De plus, après la perte du proton, le groupe carboxyle est converti en ion carboxylate, qui présente une résonance. Les différentes structures de résonance stabilisent l’ion carboxylate car sa charge négative est délocalisée sur plusieurs atomes.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 14.3 : Forces relatives des acides et bases et Openstax, Chimie 2e, Section 20.3 Aldéhydes, cétones, acides carboxyliques, et esters.