ハロゲンは、反応性の高い非金属の気体元素です。自然界で自由な状態で発生することはめったにありません。ほとんどの場合、それらは他の要素との複合構造として見つかります。ハロゲン化物は、ハロゲンのそのような化合物の 1 つです。
この記事では、ハロゲン化水素の酸性度と関連する概念について説明します。
塩化水素の酸性度の概要
Bronsted と Lowry の理論によれば、塩化水素 (HCl) は確かに酸です。追加の物質にプロトンを供与するため、塩基性酸の説明に適合します。水との反応を考えてみましょう。
塩化水素蒸気は水に溶けます。塩酸はその溶媒状態です。塩化水素は風中の水蒸気と反応して、強力な塩酸蒸気の霧を形成します。
この現象では、水分子が塩化水素からプロトンを受け取ります。この反応により、酸素と輸送されたプロトンの間に配位 (配位共有結合) 接続が確立されます。
反応式は次のとおりです:
H2O + HCl → H3O+ + Cl–
この H3O+ 分子は、ヒドロニウム イオン (ヒドロニウムまたはオキソニウム イオンとも呼ばれます) を表します。 H+ (aq) と言うときは、この粒子を指しています。
塩化水素が水と混合して塩酸を形成するときはいつでも、すべての塩化水素粒子がこのように相互作用します。その結果、塩酸は強力な酸になります。この強力な酸は、溶液中で完全にイオン化する酸を意味します。
強酸:臭化水素酸とヨウ化水素酸
臭化水素とヨウ化水素は、塩化水素と同様に水と混合 (および相互作用) します。臭化水素酸は、臭化水素と水との反応の結果です。ヨウ化水素は水と結合してヨウ化水素酸を形成します。どちらも強力な酸です。
別の例外として、フッ化水素酸を検討してください
フッ化水素酸は、水に自由に溶けるフッ化水素より弱い酸のままです。フッ化水素酸の効力は、メタン酸などの有機酸と同等です。
以前、科学者たちは、フッ化水素がイオンを形成するたびに破壊されなければならない非常に強い H-F 結合が原因であると考えていました。しかし、プロセスの熱力学的特性を調べると、この仮説は崩れます。
反応全体で発生する出力変化の全シーケンスの 1 つの段階だけの熱力学的特性を調べることは常に危険です。このシナリオでは、水素とフッ素の結合を断つには多くのエネルギーが必要です。
しかし、フッ化物粒子が溶液中の水粒子に取り囲まれると、かなりの量の熱が発生します。このフッ化物イオンの強力な水和エンタルピーは、強力な H-F 結合強度とある程度バランスをとっています。
なぜフッ化水素酸はそれほど効果がないように見えるのですか?
フッ化水素が水との溶液中で完全にイオン化することを示す優れたスペクトル証明があります。ただし、結合していないヒドロニウム粒子、H3O+、およびフッ化物粒子を形成する代わりに、それらの相互作用は強力に結合したイオン対 (H3O+.F–) を作成します。
H2O + HF → H3O+ + F–
この均衡の配置は右寄りです。
ただし、このヒドロニウム イオンは結合していない必要があり、強酸として振る舞うには別のフッ化物イオンと強く結合していてはなりません.
H3O+.F– → H3O+ + F–
この均衡はかなり左側に位置しています。
したがって、フッ化水素酸が弱く見えるのは、イオン化が弱かったからだけでなく、生成されたイオンが強く結合しすぎたからです.
結論
ハロゲン化水素の酸性度は、化学における最も基本的なトピックの 1 つです。ハロゲン化水素の酸性度は、その後の多くの化学概念の基礎となります。ただし、一部のハロゲン化水素は、その内部特性により他のものよりも酸性です.
