Boundless Chemistry

Miksi HF on heikko happo, kun muut halogeenihapot ovat vahvoja? Voisi oikein olettaa, että fluori on hyvin elektronegatiivinen, joten H-F-sidos on erittäin polaarinen ja voimme odottaa HF:n dissosioituvan helposti liuoksessa; tämä päättely ei ole väärä, mutta elektronegatiivisuusargumentti kumoutuu ionikokoa koskevien näkökohtien vuoksi. Muistakaamme jaksollinen suuntaus, jonka mukaan ionien koko kasvaa jaksollisessa järjestelmässä alaspäin mentäessä. Koska fluori on halogeenien kärjessä, F-ioni on pienin halogenidi; siksi sen elektronit ovat keskittyneet sen ytimen ympärille, ja sen seurauksena H-F-sidos on suhteellisen lyhyt. Lyhyemmät sidokset ovat vakaampia, ja siksi H-F-sidos on vaikeampi katkaista.

Kun siirrymme alaspäin klooriin, suuntaus kuitenkin muuttuu. Kloori on suurempi ja sillä on enemmän elektroneja, ja siksi H-Cl-sidos on pidempi ja heikompi. Veden läsnä ollessa veden osittain negatiivisen hapen ja H-Cl:n osittain positiivisen vedyn välinen sähköstaattinen vetovoima on riittävän voimakas katkaisemaan H-Cl-sidoksen, ja ionit dissosioituvat liuoksessa.

Samat perustelut pätevät sekä HBr:lle että HI:lle. Nämä hapot ovat vielä vahvempia kuin HCl, koska Br- ja I-ionit ovat vielä suurempia. Näin ollen H-Br- ja H-I-sidokset ovat vielä heikompia, ja myös nämä yhdisteet dissosioituvat helposti liuoksessa.

Kaksoishappojen nimeäminen

Kaksoishappojen nimet alkavat kirjaimella ”hydro-”, jota seuraa toisen alkuaineen nimi, joka muutetaan päättymään kirjaimeen ”-ic”. Esimerkiksi HCl:n nimi on suolahappo.

Binääriset hapot ovat yksi kahdesta happojen luokasta, joista toinen on oksohapot (tai oksihapot), jotka koostuvat vedystä, hapesta ja kolmannesta alkuaineesta, joka on usein epämetalli.

Oksohapot

Oksohappo on happo, joka sisältää happea.

Oksihappo (joskus kutsutaan myös oksihapoksi ) on happoa sisältävä happo. Tarkemmin sanottuna oksohappo on happo, joka:

1. sisältää happea
2. sisältää vähintään yhden muun alkuaineen
3. on vähintään yksi vetyatomi sitoutunut happiin
4. muodostaa ionin menettämällä liuoksessa yhden tai useamman protonin.

Esimerkkejä oksohapoista ovat mm:

• Karboksyylihapot
• Rikkihappo
• Nitruunahappo
• Fosforihappo

Halogeenioksohappoja ovat mm. hypokloorihappo (HOCl); kloorihappo(HOClO); kloorihappo(HOClO2); oerikloorihappo(HOClO3); oerbromihappo (HOBrO3)

Kaikissa oksohapoissa hapan vety on sitoutunut happiatomiin, joten sidoksen vahvuus (pituus) ei ole tekijä, kuten ei-metallisten binääristen happojen kohdalla; sen sijaan tärkein määrittävä tekijä oksohapon suhteellisessa vahvuudessa liittyy keskeisen atomin elektronegatiivisuuteen (X) sekä keskeisen atomin ympärillä olevien O-atomien määrään.

Keskusatomin elektronegatiivisuus

Katsotaan yksinkertaisia oksohappoja HOI (hypojodihappo), HOBr (hypobromihappo) ja HOCl (hypokloorihappo). Nämä hapot voidaan järjestää niiden pK-arvojen ja sitä kautta niiden suhteellisten vahvuuksien mukaiseen järjestykseen:

HOCl pKa = 7,5 < HOBr pKa = 8,6 < HOI pKa = 10,6

Muistetaan, että pienemmät pKa-arvot vastaavat suurempaa hapon vahvuutta. Näin ollen HOCl on vahvin happo ja HOI on heikoin, ja hapon vahvuus pienenee sitä mukaa, kun keskeinen halogeeni laskee jaksollisessa järjestelmässä.

Hapon vahvuus määräytyy keskeisen atomin elektronegatiivisuuden perusteella suhteessa molekyylin ympäröiviin atomeihin. Koska Cl on elektronegatiivisin, se vetää suurimman osan HOCl-molekyylin elektroneista itseensä; koska H ja Cl ovat molekyylin vastakkaisissa päissä, Cl vetää H-O-sidoksen elektroneja ja heikentää sitä. Mitä heikompi H-O-sidos on, sitä helpommin H+ voi ionisoitua veteen ja sitä vahvempi happo on.

Happiatomien lukumäärä keskeisen atomin ympärillä

Tarkastellaan klorooksohappojen perhettä, jotka on järjestetty alla olevaan pKa-arvojen mukaiseen järjestykseen:

HOClO3 pKa = -8 < HOClO2 pKa = -1.0 < HOClO pKa = 1,92 < HOCl pKa = 7,53

Vasemmalla vahvin happo on perkloorihappo ja aivan oikealla heikoin hypokloorihappo. Huomaa, että ainoa ero näiden happojen välillä on klooriin sitoutuneiden happigeenien lukumäärä. Hapenien lukumäärän kasvaessa myös hapon vahvuus kasvaa; tämäkin liittyy elektronegatiivisuuteen. Happi on erittäin elektronegatiivinen alkuaine, ja mitä enemmän happiatomeja on läsnä, sitä enemmän molekyylin elektronitiheys vetäytyy pois O-H-sidoksesta, mikä heikentää sitä ja luo vahvemman hapon.

Karboksyylihapot

Karboksyylihapot ovat orgaanisten happojen tärkeä alaluokka, jolle on ominaista, että siinä on vähintään yksi karboksyyliryhmä. Karboksyylihapon yleinen kaava on R-COOH, jossa R on jokin yksiarvoinen funktionaalinen ryhmä. Karboksyyliryhmä (tai karboksi) on karbonyylistä (RR’C=O) ja hydroksyylistä (R-O-H) koostuva funktionaalinen ryhmä, jolla on kaava -C(=O)OH, yleensä kirjoitettuna -COOH tai -CO2H.

Karboksyylihapot ovat yleisin orgaanisen hapon tyyppi. Yksinkertaisimpia esimerkkejä ovat muurahaishappo H-COOH, jota esiintyy muurahaisissa, ja etikkahappo CH3-COOH, joka antaa etikalle sen happaman maun. Happoja, joissa on kaksi tai useampia karboksyyliryhmiä, kutsutaan dikarboksyylihapoiksi, trikarboksyylihapoiksi jne. Yksinkertaisin esimerkki dikarboksyylihaposta on oksaalihappo (COOH)2, jossa on vain kaksi toisiinsa liittyvää karboksyyliryhmää. Melliinihappo on esimerkki heksakarboksyylihaposta. Muita tärkeitä luonnollisia esimerkkejä ovat sitruunahappo (sitruunoissa) ja viinihappo (tamarindeissa).

Karboksyylihappojen suoloja ja estereitä kutsutaan karboksylaateiksi. Kun karboksyyliryhmä deprotonoidaan, muodostuu sen konjugaattiemäs, karboksylaattianioni. Karboksylaatti-ionit ovat resonanssistabiloituja, ja tämä lisääntynyt stabiilisuus tekee karboksyylihapoista happamampia kuin alkoholeista. Karboksyylihapot voidaan nähdä Lewis-hapon hiilidioksidin pelkistyneinä tai alkyloiduina muotoina; joissakin olosuhteissa ne voidaan dekarboksyloida hiilidioksidiksi.