Η οξύτητα των αλογονιδίων του υδρογόνου

Τα αλογόνα είναι αμέταλλα, αέρια στοιχεία με υψηλή αντιδραστικότητα. Σπάνια εμφανίζονται στην ελεύθερη τους κατάσταση στη φύση. τα βρίσκουμε κυρίως ως σύνθετες δομές με άλλα στοιχεία. Τα αλογονίδια είναι μια τέτοια ένωση αλογόνων.

Σε αυτό το άρθρο, θα εξερευνήσουμε την οξύτητα των υδραλογονιδίων και τις σχετικές έννοιες.

Σύντομη επισκόπηση της οξύτητας του υδροχλωρίου

Το υδροχλώριο (HCl) είναι πράγματι οξύ, σύμφωνα με τη θεωρία Bronsted και Lowry. Ταιριάζει στην περιγραφή του βασικού οξέος, καθώς δίνει πρωτόνια σε πρόσθετες ουσίες. Ας εξετάσουμε πώς αντιδρά με το νερό.

Οι ατμοί υδροχλωρίου είναι διαλυτοί στο νερό. το υδροχλωρικό οξύ είναι η διαλυτική του κατάσταση. Το υδροχλώριο αντιδρά με τους υδρατμούς στον άνεμο για να σχηματίσει μια ομίχλη ισχυρών ατμών υδροχλωρικού οξέος.

Σε αυτό το φαινόμενο, το μόριο του νερού λαμβάνει ένα πρωτόνιο από το υδροχλώριο. Η αντίδραση δημιουργεί μια συντονιστική (δοτική ομοιοπολική) σύνδεση μεταξύ του οξυγόνου και του μεταφερόμενου πρωτονίου.

Ο τύπος της αντίδρασης είναι ο εξής:

H2O + HCl → H3O+ + Cl–

Αυτό το μόριο H3O+ αντιπροσωπεύει το ιόν υδρονίου (γνωστό και ως ιόν υδρονίου ή οξωνίου). Αναφερόμαστε σε αυτό το σωματίδιο όταν λέμε H+ (aq).

Όποτε το υδροχλώριο αναμιγνύεται με νερό για να σχηματίσει υδροχλωρικό οξύ, όλα τα σωματίδια υδροχλωρίου αλληλεπιδρούν με αυτόν τον τρόπο. Ως αποτέλεσμα, το υδροχλωρικό οξύ θα ήταν ένα ισχυρό οξύ. Αυτό το ισχυρό οξύ υποδηλώνει ένα οξύ που ιονίζεται πλήρως στο διάλυμα.

Ισχυρά οξέα:Υδροβρωμικό οξύ και Υδριωδικό οξύ

Το υδροβρώμιο και το ιώδιο αναμιγνύονται με (και αλληλεπιδρούν με) νερό, παρόμοια με το υδροχλώριο. Το υδροβρωμικό οξύ είναι το αποτέλεσμα της αντίδρασης μεταξύ υδροβρωμίου και νερού. Το ιωδιούχο υδρογόνο ενώνεται με το νερό για να σχηματίσει υδροϊωδικό οξύ. Και τα δύο είναι ισχυρά οξέα.

Ως άλλη εξαίρεση, εξετάστε το Υδροφθορικό οξύ

Το υδροφθορικό οξύ παραμένει ασθενέστερο οξύ από το υδροφθόριο, το οποίο διαλύεται ελεύθερα με το νερό. Το υδροφθορικό οξύ είναι ίσο σε ισχύ με οργανικά οξέα όπως το μεθανοϊκό οξύ.

Προηγουμένως, οι επιστήμονες απέδιδαν αυτή τη συμπεριφορά στον εξαιρετικά ισχυρό δεσμό H-F που έπρεπε να καταστρέφεται κάθε φορά που το υδροφθόριο σχημάτιζε ιόντα. Ωστόσο, αυτή η υπόθεση καταρρέει όταν εξετάζουμε τις θερμοδυναμικές ιδιότητες της διαδικασίας.

Είναι πάντα επικίνδυνο να εξετάζουμε τις θερμοδυναμικές ιδιότητες ενός μόνο σταδίου σε ολόκληρη την ακολουθία μεταβολών ισχύος που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης. Σε αυτό το σενάριο, η διακοπή αυτής της σύνδεσης υδρογόνου-φθορίου απαιτεί πολλή ενέργεια.

Ωστόσο, κάθε φορά που το σωματίδιο φθορίου περικυκλώνεται από σωματίδια νερού σε διάλυμα, παράγει σημαντική ποσότητα θερμότητας. Η ισχυρή ενθαλπία ενυδάτωσης αυτού του ιόντος φθορίου εξισορροπεί κάπως την ισχυρή δύναμη δέσμευσης H-F.

Γιατί το υδροφθορικό οξύ φαίνεται τόσο αναποτελεσματικό;

Υπάρχει εξαιρετική φασματική απόδειξη που δείχνει ότι το υδροφθόριο ιονίζεται επιμελώς σε διάλυμα με νερό. Ωστόσο, αντί να σχηματίζονται αδέσμευτα σωματίδια υδρονίου, H3O+ και σωματίδια φθορίου, η αλληλεπίδρασή τους είναι ισχυρή για τη δημιουργία ενός στενά συνδεδεμένου ζεύγους ιόντων (H3O+.F–).

H2O + HF → H3O+ + F–

Η τοποθέτηση αυτής της ισορροπίας είναι πολύ προς τα δεξιά.

Ωστόσο, αυτό το ιόν υδρονίου πρέπει να είναι αδέσμευτο και όχι στενά συνδεδεμένο με άλλο ιόν φθορίου για να συμπεριφέρεται ως ισχυρό οξύ.

H3O+.F– → H3O+ + F–

Αυτή η ισορροπία έχει εντοπιστεί σημαντικά πιο αριστερά.

Επομένως, το υδροφθορικό οξύ φαίνεται αδύναμο, όχι μόνο επειδή ο ιονισμός ήταν ασθενής, αλλά επειδή τα ιόντα που δημιουργούνται συνδέονται πολύ στενά μεταξύ τους.

Συμπέρασμα

Η οξύτητα των υδραλογονιδίων είναι ένα από τα πιο θεμελιώδη θέματα στη χημεία. Η οξύτητα των υδραλογονιδίων χρησιμεύει ως βάση για πολλές μεταγενέστερες έννοιες της χημείας. Ωστόσο, ορισμένα υδραλογονίδια είναι πιο όξινα από άλλα λόγω των εσωτερικών τους ιδιοτήτων.