Határtalan kémia

Miért gyenge sav a HF, amikor a többi hidrohalikus sav erős? Helyesen feltételezhetnénk, hogy a fluor nagyon elektronegatív, így a H-F kötés erősen poláris, és a HF oldatban könnyen disszociál; ez az érvelés nem téves, de az elektronegativitási érvet az ionmérettel kapcsolatos megfontolások felülírják. Emlékezzünk vissza arra a periodikus tendenciára, hogy az ionméret a periódusos rendszerben lefelé haladva növekszik. Mivel a fluor a halogének között legfelül helyezkedik el, az F-ion a legkisebb halogenid; ezért elektronjai a magja körül koncentrálódnak, és ennek eredményeként a H-F kötés viszonylag rövid. A rövidebb kötések stabilabbak, ezért a H-F kötést nehezebb felbontani.

Amint lefelé haladunk a klór felé, a tendencia megváltozik. A klór nagyobb és több elektronnal rendelkezik, ezért a H-Cl kötés hosszabb és gyengébb. Víz jelenlétében a víz részben negatív oxigénje és a H-Cl részben pozitív hidrogénje közötti elektrosztatikus vonzás elég erős ahhoz, hogy a H-Cl kötés megszakadjon, és az ionok oldatban disszociálnak.

Ugyanez az érvelés érvényes a HBr-re és a HI-ra is. Ezek a savak még erősebbek, mint a HCl, mert a Br- és I- ionok még nagyobbak. Így a H-Br és H-I kötések még gyengébbek, és ezek a vegyületek is könnyen disszociálnak oldatban.

Bináris savak elnevezése

A bináris savak nevei “hidro-“-val kezdődnek, amelyet a másik elem neve követ, módosítva, hogy “-ic”-re végződjön. Például a HCl neve sósav.

A bináris savak a savak két osztályának egyike, a másik az oxosavak (vagy oxisavak), amelyek hidrogénből, oxigénből és egy harmadik, gyakran nem fémes elemből állnak.

Oxosavak

Az oxosav olyan sav, amely oxigént tartalmaz.

Az oxosav (néha oxisavnak is nevezik ) olyan szerves vegyületek osztályának bármelyike, amely karboxil funkciós csoportot tartalmaz (egy oxigénhez egy kettős kötéssel és egy másik oxigénhez egyszerű kötéssel rendelkező szén, amely viszont hidrogénhez kötődik)

Az oxosav (néha oxisavnak is nevezik ) olyan sav, amely oxigént tartalmaz. Pontosabban, az oxosav olyan sav, amely:

1. oxigént tartalmaz
2. mindössze egy másik elemet tartalmaz
3. mindössze egy hidrogénatom kapcsolódik oxigénhez
4. egy vagy több proton elvesztésével oldatban iont képez.

Példák az oxosavakra a következők:

• Karbonsavak
• Kénsav
• Nitromsav
• Foszforsav

Halogén oxosavak közé tartozik a hipoklórsav (HOCl); klórsav(HOClO); klórsav(HOClO2); oer-sósav(HOClO3); oerbromsav (HOBrO3)

Minden oxosavban a savas hidrogén egy oxigénatomhoz kötődik, így a kötés erőssége (hossza) nem tényező, hasonlóan a bináris nemfémsavakhoz; ehelyett az oxosav relatív erősségének fő meghatározó tényezője a központi atom elektronegativitása (X), valamint a központi atomot körülvevő O atomok száma.

A központi atom elektronegativitása

Megfigyelhetjük az egyszerű oxisavakat HOI (hipoiódsav), HOBr (hipobromsav) és HOCl (hipoklórsav). Ezeket a savakat pK-értékeik és ezáltal relatív erősségük sorrendjébe rendezhetjük:

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

Megjegyezzük, hogy a pKa kisebb értékei nagyobb saverősségnek felelnek meg. Ezért a HOCl a legerősebb sav, a HOI pedig a leggyengébb, és a savak erőssége csökken, ahogy a központi halogén lefelé halad a periódusos rendszerben.

A sav erősségét a központi atom elektronegativitása határozza meg a molekula környező atomjaihoz képest. Mivel a Cl a legelektronegatívabb, a HOCl molekula elektronjainak nagy részét magához vonzza; mivel a H és a Cl a molekula ellentétes végein helyezkedik el, a Cl a H-O kötés elektronjait vonzza, ezáltal gyengíti azt. Minél gyengébb a H-O kötés, annál könnyebben tud a H+ ionizálódni a vízben, és annál erősebb a sav.

A központi atom körüli oxigénatomok száma

Nézzük a klór-oxosavak családját, amelyek az alábbiakban a pKa értékek sorrendjében helyezkednek el:

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

A legerősebb sav a perklórsav a bal oldalon, a leggyengébb pedig a hipoklórsav a szélső jobb oldalon. Vegyük észre, hogy az egyetlen különbség e savak között a klórhoz kötött oxigének száma. Ahogy nő az oxigének száma, úgy nő a sav erőssége is; ennek ismét az elektronegativitással van köze. Az oxigén erősen elektronegatív elem, és minél több oxigénatom van jelen, annál nagyobb mértékben húzódik le a molekula elektronsűrűsége az O-H kötésről, gyengítve azt, és létrehozva egy erősebb savat.

Karbonsavak

A karbonsavak a szerves oxosavak fontos alosztálya, amelyet legalább egy karboxilcsoport jelenléte jellemez. A karbonsavak általános képlete R-COOH, ahol R valamilyen egyértékű funkciós csoport. A karboxilcsoport (vagy karboxi) egy karbonilból (RR’C=O) és egy hidroxilból (R-O-H) álló funkciós csoport, amelynek képlete -C(=O)OH, általában -COOH vagy -CO2H.

A karbonsavak a szerves savak leggyakoribb típusa. A legegyszerűbb példák közé tartozik a hangyákban előforduló hangyasav H-COOH és az ecetsav CH3-COOH, amely az ecet savanyú ízét adja. A két vagy több karboxilcsoportot tartalmazó savakat dikarboxil-, trikarboxil- stb. savaknak nevezzük. A legegyszerűbb dikarboxilsav például az oxálsav (COOH)2, amely csak két összekapcsolt karboxilcsoportból áll. A mellitsav egy példa a hexakarbonsavakra. Más fontos természetes példák közé tartozik a citromsav (a citromban) és a borkősav (a tamarindban).

A karbonsavak sóit és észtereit karboxilátoknak nevezzük. Amikor egy karboxilcsoportot deprotonálnak, konjugált bázisa, a karboxilát-anion képződik. A karboxilátionok rezonanciastabilizáltak, és ez a fokozott stabilitás a karbonsavakat savasabbá teszi, mint az alkoholokat. A karbonsavak a Lewis-féle szén-dioxid redukált vagy alkilezett formáinak tekinthetők; bizonyos körülmények között dekarboxilálhatók szén-dioxidot eredményezve.