Solvenți apotici

Efectul structurii moleculare

Regularitățile și tendințele în proprietățile elementelor sunt cel mai bine înțelese în termenii tabelului periodic, un model ordonat observat atunci când elementele sunt aranjate în ordinea creșterii numărului atomic. Compararea hidrurilor diferitelor elemente din tabel relevă o aciditate apreciabilă doar în rândul celor ale elementelor din partea dreaptă a tabelului, în special a elementelor halogenate – fluorul, clorul, bromul și iodul. Această generalizare este confirmată atunci când elementele din prima perioadă a tabelului sunt examinate în ordine; pe măsură ce ne apropiem de partea dreaptă a tabelului, elementele întâlnite sunt carbonul, azotul, oxigenul și fluorul. Hidrurile acestor elemente prezintă o aciditate din ce în ce mai mare. Metanul, CH4, o hidrură a carbonului, nu are proprietăți acide detectabile, iar pKa scade brusc în seria amoniacului (NH3), 35; apă (H2O), 16; și fluorură de hidrogen (HF), 4. În orice grupă dată a tabelului periodic, aciditatea hidrurilor crește pe măsură ce se coboară din grupă. De exemplu, cele două grupe din partea dreaptă a tabelului includ, respectiv, în ordine descrescătoare, elementele oxigen, sulf, seleniu și telur; și fluor, clor, brom și iod. PKa-urile hidrurilor din prima grupă sunt următoarele: apa (H2O), 16; hidrogenul sulfurat (H2S), 7; hidrogenul selenurat (H2Se), 4; și hidrogenul telururat (H2Te), 3. În mod similar, fluorura de hidrogen (HF) este un acid slab, în timp ce clorura de hidrogen (HCl), bromura de hidrogen (HBr) și iodura de hidrogen (HI) sunt toate complet disociate (sunt acizi puternici) în soluție apoasă. Aceste tendințe se datorează variațiilor în ceea ce privește rezistența legăturii, electronegativitatea (puterea de atracție a nucleului atomic pentru electroni) și energia de solvatare ionică, dintre care prima este cea mai importantă. Atunci când o hidrură este capabilă să piardă doi sau mai mulți protoni, pierderea celui de-al doilea este întotdeauna mai dificilă din cauza sarcinii negative crescute de pe bază – de ex, H2S – HS- (pK 7), HS- – S2- (pK 15); în mod similar, NH4+ – NH3 (pK 9,5), NH3 – NH2- (pK 35).

O regulă simplă se aplică în cazul tăriilor oxiacidelor, cărora li se poate da formula generală XOn(OH)m, în care X este orice nemetal. La acești compuși, pK scade odată cu creșterea lui n, dar nu depinde semnificativ de m. Când n = 0 (de exemplu, ClOH, Si(OH)4), pKa este între 8 și 11; când n = 1 (de exemplu, HNO2, H2SO3) dă pKa 2-4; în timp ce cu n = 2 sau 3 (de exemplu, H2SO4, HClO4) acizii sunt complet disociați în apă (pKa < 0). Aceste regularități sunt probabil atribuite împărțirii sarcinii negative a anionului între n + 1 atomi de oxigen echivalenți; cu cât este mai extinsă răspândirea sarcinii, cu atât mai mică este energia anionului și, prin urmare, cu atât mai puternic este acidul.

Cele mai importante grupe de acizi organici sunt alcoolii (inclusiv fenolii) și acizii carboxilici. Alcoolii simpli sunt acizi foarte slabi (pK 16-19); fenolii sunt considerabil mai puternici (pK ∼ 10); iar acizii carboxilici și mai puternici (pK ∼ 5). Puterea acizilor carboxilici se datorează împărțirii sarcinii negative între doi atomi de oxigen echivalenți în ionul RCO2-. Cele mai importante baze organice sunt aminele, RNH2, R2NH sau R3N. Cele mai multe dintre acestea sunt baze mai puternice decât amoniacul; adică, cationii lor sunt acizi mai slabi decât ionul de amoniu.

Efectul substituenților asupra proprietăților acido-bazice ale moleculelor organice a fost foarte mult studiat și este una dintre principalele metode de investigare a naturii deplasărilor de electroni produse de substituție în aceste molecule. Cea mai simplă clasificare este în substituenți care atrag electroni (halogeni, carbonil, nitro și grupări încărcate pozitiv) și grupări care resping electroni (grupări alchil, grupări încărcate negativ). Grupele care atrag electroni fac acizii mai puternici și bazele mai slabe, în timp ce grupele care resping electronii au efecte opuse. Cu toate acestea, există adesea efecte electronice mai specifice, în special în cazul compușilor aromatici și nesaturați, pentru care sunt necesare explicații speciale.

.