6.3.6: The Acidity of an Oxoacid is Determined by the Electronegativity and Oxidation State of the Oxoacid’s Central Atom*

Trendi 2: Tietyn keskeisen atomin omaavilla oksohapoilla happamuus lisääntyy keskeisen alkuaineen hapetusasteen eli toisin sanoen keskeiseen atomiin sitoutuneiden happiyhdisteiden lukumäärän kasvaessa.

Tässä tarkastelemme trendiä happojen kohdalla, joissa tiettyyn keskeiseen atomeihin sitoutuu vaihteleva määrä happia. Esimerkkeinä ovat perkloorihappo (\(\ce{ClO_4^{-}}}\)), kloorihappo (\(\ce{ClO_3^{-}}\)), kloorihappo (\(\ce{ClO_2^{-}}}\)) ja hypokloosihappo (\(\(\ce{ClO^{-}}}\)). Näissä sarjoissa happo on sitä vahvempi, mitä suurempi on happogeenejä. Tämä voidaan selittää usealla tavalla. Itse hapon kannalta avaintekijä on jälleen induktiivinen vaikutus, joka tässä tapauksessa liittyy keskusatomiin kiinnittyneiden happigeenien kykyyn vetää elektronitiheyttä OH-sidoksen yli. Tämä käy ilmi kuvassa \(\PageIndex{1}\) esitetystä kloorin oksohappojen varaustiheysdiagrammista, jossa hapon vedyn osittainen positiivinen varaus kasvaa läsnä olevien hoksigeenien lukumäärän myötä.

Kuva \(\PageIndex{1}\): Hapenien lukumäärän lisääntyminen lisää Ka:ta, mikä näkyy happaman vedyn elektronitiheyden vähenemisenä (joka on sinisin HClO4:ssä ). Huomaa, että Ka =10-pKa, joten mitä suurempi pKa, sitä pienempi Ka. (CC BY-SA-NC; anonyymi)

Oksihapon happamuuden lisääntyminen keskusatomiin sitoutuneiden happigeenien lukumäärän myötä voidaan nähdä myös tarkastelemalla konjugoidun happianionin stabiilisuutta. Se, että konjugaattiemäksen stabiilisuus kasvaa hoksigeenien lukumäärän kasvaessa, voidaan nähdä kuvassa \(\PageIndex{2}\) esitetyistä kloorin oksyanionien varausjakaumakaavioista ja Lewisin sidosmalleista. Kun negatiivinen varaus jakautuu useammalle happiatomille, siitä tulee yhä hajanaisempi.

Kuva \(\PageIndex{2}\): Kloorioksyanionien varauksen diffuusion lisääntyminen happigeenien lukumäärän kasvaessa. Mitä suurempi ioni on, sitä enemmän varaus on hajaantunut ja sitä pienempi varaustiheys siten on, mikä tekee perkloraatista sarjan vakaimman anionin. Jopa resonanssirakenteissa esitetyn sidoksen yksinkertaistettu käsittely osoittaa oikein varaustiheyden lisääntyneen hajonnan. (CC BY-SA-NC 3.0; anonyymi)

Harjoitus \(\PageIndex{1}\)

Rikki ja seleeni muodostavat kumpikin oksohappoja kaavalla \(\ce{H_2EO_4}\), jossa E on joko S tai Se. Näitä kutsutaan vastaavasti rikkihapoksi ja seleenihapoksi. Kumman oksohapon luulisi olevan happamampi: seleenihapon vai rikkihapon?

Vastaus

Rikkihapon pitäisi olla happamampi. Koska rikki on elektronegatiivisempi kuin seleeni, rikki polarisoi OH-sidoksia enemmän, mikä tekee niistä happamampia. Tämän ennusteen vahvistaa happojen \(pK_a\)-arvojen vertailu:

Happo \(pK_{a1}\) \(pK_{a2}\)
rikkihappo, \(H_2SO_3\) 1.85 7.2
selenihappo, \(H_2SeO_3\) 2.62 8.32

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.