Trao đổi Lý thuyết Hoá vô cơ

Em có thể vào link sau để xem giải thích : Acid strength and Molecular Properties

Tui chắc chắn câu một lực acid HF > HCl > HBr > HI là sai. Độ tăng lực acid được giải thích bằng năng lượng nối HX giảm dần do chênh lệch chu kỳ (row) nên sự xen phủ giữa nguyên tử H và halogen X ngày càng giảm tính hiệu quả. Trong hóa thực nghiệm, nhiều phản ứng HCl không đủ mạnh, ta phải dùng đến HBr hoặc HI.

Acid strength and Molecular Properties

Author: John Hutchinson

We now have a fairly complete quantitative description of acid-base equilibrium. To complete our understanding of acid-base equilibrium, we need a predictive model which relates acid strength or base strength to molecular properties. In general, we expect that the strength of an acid is related either to the relative ease by which it can donate a hydrogen ion or by the relative stability of the remaining negative ion formed after the departure of the hydrogen ion.

To begin, we note that there are three basic categories of acids which we have examined in this study. First, there are simple binary acids: HF; HCl; HBr; HI. Second, there are acids formed from main group elements combined with one or more oxygen atoms, such H2SO4 or HNO3. These are called oxyacids. Third, there are the carboxylic acids, organic molecules which contain the carboxylic functional group.

We consider first the simple binary acids. HCl, HBr, and HI are all strong acids, whereas HF is a weak acid. In comparing the experimental values of pKa values in table 7, we note that the acid strength increases in the order HF < HC l < HBr < HI. This means that the hydrogen ion can more readily separate from the covalent bond with the halogen atom (X) as we move down the periodic table. This is reasonable, because the strength of the H-X bond also decreases as we move down the periodic table, as shown in table 7. Table 7: H-X Bond Strengths and pKa Acid pKa Bond Energy [kJ/mol] HF 3.1 567.7 HCl -6.0 431.6 HBr -9.0 365.9 HI -9.5 298.0

The decreasing strength of the H-X bond is primarily due to the increase is the size of the X atom as we move down the periodic table. We conclude that one factor which influences acidity is the strength of the H-X bond: a weaker bond produces a stronger acid, and vice versa.

In the acids in the other two categories, the hydrogen atom which ionizes is attached directly to an oxygen atom. Thus, to understand acidity in these molecules, we must examine what the oxygen atom is in turn bonded to. It is very interesting to note that, in examining compounds like R-O-H, where R is an atom or group of atoms, we can get either acidic or basic properties. For examples, NaOH is a strong base, whereas HOCl is a weak acid. This means that, when NaOH ionizes in solution, the Na-O linkage ionizes, whereas when HOCl ionizes in solution, the H-O bond ionizes.

To understand this behavior, we compare the strength of the simple oxyacids HOI, HOBr, and HOCl. The pKa’s for these acids are found experimentally to be, respectively, 10.6, 8.6, and 7.5. The acid strength for HOX increases as we move up the periodic table in the halogen group. This means that the H-O bond ionizes more readily when the oxygen atom is bonded to a more electronegative atom.

We can add to this observation by comparing the strengths of the acids HOCl, HOClO, HOClO2, and HOClO3. (Note that the molecular formulae are more commonly written as HClO, HClO2, HClO3, and HClO4. We have written them instead to emphasize the molecular structure.) The pKa’s of these acids are, respectively, 7.5, 2.0, -2.7, and -8.0. In each case, the molecule with more oxygen atoms on the central Cl atom is the stronger acid: HOClO is more acidic than HOCl, etc. A similar result is found in comparing the oxyacids of nitrogen. HONO2, nitric acid, is one of the strong acids, whereas HONO, nitrous acid, is a weak acid. Since oxygen atoms are very strongly electronegative, these trends add to our observation that increasing electronegativity of the attached atoms increases the ionization of the O-H bond.

Why would electronegativity play a role in acid strength? There are two conclusions we might draw. First, a greater electronegativity of the atom or atoms attached to the H-O in the oxyacid apparently results in a weaker H-O bond, which is thus more readily ionized. We know that an electronegative atom polarizes bonds by drawing the electrons in the molecule towards it. In this case, the Cl in HOCl and the Br in HOBr must polarize the H-O bond, weakening it and facilitating the ionization of the hydrogen. In comparing HOCl to HOClO, the added oxygen atom must increase the polarization of the H-O bond, thus weakening the bond further and increasing the extent of ionization.

A second conclusion has to do with the ion created by the acid ionization. The negative ion produced has a surplus electron, and the relative energy of this ion will depend on how readily that extra electron is attracted to the atoms of ion. The more electronegative those atoms are, the stronger is the attraction. Therefore, the OCl- ion can more readily accommodate the negative charge than can the OBr- ion. And the OClO- ion can more readily accommodate the negative charge than can the OCl- ion.

We conclude that the presence of strongly electronegative atoms in an acid increases the polarization of the H-O bond, thus facilitating ionization of the acid, and increases the attraction of the extra electron to the negative ion, thus stabilizing the negative ion. Both of these factors increase the acid strength. Chemists commonly use both of these conclusions in understanding and predicting relative acid strength.

The relative acidity of carbon compounds is a major subject of organic chemistry, which we can only visit briefly here. In each of the carboxylic acids, the H-O group is attached to a carbonyl C=O group, which is in turn bonded to other atoms. The comparison we observe here is between carboxylic acid molecules, denoted as RCOOH, and other organic molecules containing the H-O group, such as alcohols denoted as ROH (R is simply an atom or group of atoms attached to the functional group). The former are obviously acids whereas the latter group contains molecules which are generally extremely weak acids. One interesting comparison is for the acid and alcohol when R is the benzene ring, C6H5. Benzoic acid, C6H5COOH, has pKa = 4.2, whereas phenol, C6H5OH, has pKa = 9.9. Thus, the presence of the doubly bonded oxygen atom on the carbon atom adjacent to the O-H clearly increases the acidity of the molecule, and thus increases ionization of the O-H bond.

This observation is quite reasonable in the context of our previous conclusion. Adding an electronegative oxygen atom in near proximity to the O-H bond both increases the polarization of the O-H bond and stabilizes the negative ion produced by the acid ionization. In addition to the electronegativity effect, carboxylate anions, RCOO-, exhibit resonance stabilization.

The resonance results in a sharing of the negative charge over several atoms, thus stabilizing the negative ion. This is a major contributing factor in the acidity of carboxylic acids versus alcohols.

hình như HI còn mạnh hơn cả HClO4 thì phải

Độ bền của Na2CO3 > CaCO3 thì có thể giải thích theo kiểu cation cực hóa anion như trên, nhưng tại sao độ bền CaO > Na2O , cái đó thì giải thích như thế nào hả bạn?

Đúng là tính acid của HI > HClO4 vì pKa HI là -9.5 trong khi pKa tương ứng của acid HOCl (HClO), HOClO (HClO2), HOClO2 (HClO3), and HOClO3 (HClO4) là 7.5, 2.0, -2.7, and -8.0.

Nói chung, tính acid-baz của các hợp chất thay đổi theo điều kiện thực nghiệm. Để giải thích chính xác cho từng trường hợp, cần phải sưu tầm giá trị Ka, pKa, hay Kb, pKb cho từng chất rồi mới dùng lý thuyết thích hợp để giải thích.

Hoặc đã lỡ giải thích thì cũng nên coi lại các giá trị hằng số acid-baz để kiểm tra xem đúng không. Lần trước, Scooby-Doo đã post những tài liệu tham khảo hữu ích cho tính acid-baz về lý thuyết cũng để lấy giá trị thực nghiệm tính acid-baz.

Với lại cho mình hỏi : giữa CaO và Na2O chẳng hạn , tuy điện tích của Ca2+ lớn hơn Na+ và vậy có thể nói nó cực hoá mạnh hơn, nhưng mình thấy Na+ có đến 2 chú còn Ca2+ chỉ có một :frowning: thật khó hiểu, 2 ion điện tích dương 1 với 1 ion điện tích dương 2 thì có khác ji` nhau đâu nhỉ (:-?)

Bạn dùng công thức tính độ bền của hợp chất ion : tỉ lệ thuận với điện tích và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa 2 ion ( tức là căn cứ vào bán kính)

Công thức này có nói trong tài liệu giáo khoa chuyên lớp 10 nhưng trong đó các ví dụ toàn là so sánh giữa 2 hợp chất có cùng số ion dương và âm(như NaCl và KCl). còn giữa NaCl và CaCl2 thì khác mà :frowning:

minhduy2110: “Độ bền của Na2CO3 > CaCO3 thì có thể giải thích theo kiểu cation cực hóa anion như trên, nhưng tại sao độ bền CaO > Na2O , cái đó thì giải thích như thế nào hả bạn?”

Độ bền của 1 chất cần xét đến:

  • Liên kết giữa các tiểu phân
  • Năng lượng mạng ----> Tùy trường hợp mà bạn suy xét, ko nên dùng mãi 1 chiêu.

Tác dụng phân cực của cation (TDPC) thật ra là xét trên tỉ lệ điện tích ion / bán kính ion (q/r) và 1 phần nhỏ nữa là cấu hình cation ( d 10 > d 1—>9> [khí trơ]). Đối với trường hợp bạn đưa ra theo mình nghĩ là sai. Vì 2 ion điện tích dương 1 với 1 ion điện tích dương 2 về mặt điện tích là tương đương nhau nhưng còn thêm vài chi tiết nữa bạn chưa xét: bán kính, cấu trúc mạng, kiểu liên kết…—> bạn gặp mâu thuẫn trong khi giải quyết vấn đề là ko có gì khó hỉu! Mình có ý kiến thế này: khi giải quyết 1 vấn đề (nhất là vô cơ) thì bạn nên xem xét đến tất cả các yếu tố có ảnh hưởng, cân nhắc xem yếu tố nào tác động mạnh và đóng vai trò quyết định thì sẽ ưu tiên hơn. Chúc bạn thành công! Thân!

Mình xin được có ý kiến bổ sung: đây là 1 p/ứ để giải quyết vấn đề nhìu bạn hay nhầm lẫn - p/ứ xảy ra trong môi trường acid thì ở vế trái p/ứ fải có H+ —> sai lầm! P/ứ trong môi trường acid có nghĩa là trong dung dịch của chúng ta có H+ & H2O —> H2O ở vế trái hoặc H+ ở vế trái; nếu H2O ở vế trái thì H+ ở vế fải & ngược lại. Mình xin hết. Thân!

Sorry, ghi đề nhầm cái phản ứng trước. Đúng là : SO2 + K2Cr2O7 + H2O => K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O Mình cân bằng không ra phương trình này. Thêm một số cái nữa cho mọi người thử làm Al + NaNO3 + NaOH =>? S + Na2SO3 =>?

Ý bạn nghĩa là một phản ứng trong môi trường acid thì có nước và một acid ở khác vế nhau (chất phản ứng - sản phẩm), còn phản ứng có nước và acid khác vế nhau chưa chắc đã là phản ứng trong môi trường acid, đúng không? Ví dụ như : SO3 + H2O có các điều kiệnnêu ra nhưng không phải phản ứng trong môi trường acid. KMnO4 + K2SO3 + H2SO4 => K2SO4 + MnSO4 + H2O là phản ứng trong môi trường acid Nhưng mình không hiểu ở chỗ : "nếu H2O ở vế trái (chất phản ứng) thì H+ ở vế phải (sản phẩm) và ngược lại. Mình nghĩ chỉ có khả năng là H+ ở vế trái (chất phản ứng) và H2O sinh ra ở vế phải (sản phẩm) thôi chứ.

hic bi diễn lại ý của tieulytamhoan nhu vầy hổng biết phải hông: phản ứng gọi là tiến hành trong môi trường acid khi bản thân các chất đầu phản ứng chứa proton hoặc trong quá trình phản ứng mà sinh ra proton. Việc có mặt hay không có mặt của proton trong phương trình phản ứng là không quan trọng mà quyết định là ở chỗ nó có tham gia vào một giai đoạn nào đó của phản ứng hay không :rolleyes:

hic bi có thắc mắc vầy nè: hòa tan vôi vào trong nước thì quá trình tỏa nhiệt, đun nóng thì vôi tan càng nhiều. Hic vậy có mâu thuẫn gì với bác le chaterlier hông?

ở đây có cả quá trình vật lý nữa

hic thì bản thân le đã gộp các tác động vật lí vào rùi mà. Nếu tác động cơ học thì không ảnh hưởng đến cân bằng của quá trình hòa tan rùi?

mình chưa thấy người ta cho nước nóng tôi vôi cả > mà đun nóng đâu phải phản ứng nhanh hơn đâu…hoặc cũng có thể đun nóng thì hơi nước bốc lên mạnh tiếp súc với nước lớn

cách giải thích của bicycle rất hay và dễ hiểu ! đúng :Việc có mặt hay không có mặt của proton trong phương trình phản ứng là không quan trọng mà quyết định là ở chỗ nó có tham gia vào một giai đoạn nào đó của phản ứng hay không (cái này là cái mới khác với định nghĩa cổ điển )

a bi nhầm rồi: đun nóng dd Ca(OH)2 thì chất này tan nhiều hơn hic chứ hông phải tác dụng với CaO

giải thíc tại sao CHCl3 /OH- là tác nhân đưa CHO vào othor của phaenol