判斷含氧酸酸性的強弱的主要因素

含氧酸作為酸中的一個大類,其種類眾多與氧原子的成鍵方式多樣及非金屬性強有很大的關系,這一點與氟原子,氯原子,氮原子不同,雖然這些原子也參與一些無氧酸的形成,但其成鍵方式比較單一,種類比氧原子參與形成的酸要少。

由於含氧酸種類很多,經常會面臨判斷其酸性強弱的對比,即判斷幾種含氧酸酸性的比較,而這種比較也是有可比性的那種,一般不會讓你比較類似於亞硫酸和磷酸的酸性比對,因為這種情況無法直接分析,因為一個是最高價,非金屬活性不如另一個,而另一個是次高價,非金屬性質比另一個強,兩個都是一個非羥基氧,這種情況屬於不借助數據是無法判斷的,因此比較含氧酸的酸性時,必須有可比性,沒有可比性的討論沒有任何意義。

第一個因素就是中心原子的種類

中心原子的非金屬性越強,對應的最高價含氧酸酸性越強,原因就是非金屬性越強的最高價中心原子吸引羥基氧的能力越強,有利於質子的解離,酸性越強,反之,不利於質子的解離,相應的酸性越弱

第二個因素就是中心原子的氧化數(這裡說化合價不合適)

中心原子的氧化數越高,其正電荷越多,正電荷越多,越缺電子,電負性值越高,吸引羥基氧(吸引力再強也競爭不過非羥基氧)的能力越強,同時中心原子的正電荷也會排斥質子,正電荷越多,這種排斥力越強,相反,同種原子的低價含氧酸酸性越弱

第三個因素是與中心原子直接相連的非羥基氧數量

由於非羥基氧因其特殊的成鍵方式,致使其吸引中心原子的能力極強,形成一種近似於離子鍵的共價鍵,這種共價鍵的數量越多,中心原子被剝離的電子越多(這點類似於氟化有機物的特點,非羥基氧越多共價鍵越短),這種結構的結果就是中心原子吸引羥基氧的能力隨非羥基氧的數量增加而迅速增強,酸性增加的約多,反之,這種氧原子越少,酸性越弱

第四個因素是中心原子的原子半徑

原子半徑越小,與氧原子形成共價鍵的傾向越大,重疊部分越大,更傾向於形成離域大π鍵,這種鍵越容易形成,越利於質子的離去,即酸性越強,反之,酸性越弱(這條應該比對同等條件下中心原子的原子半徑,例如高氯酸酸性比高溴酸略強,用這個比對效果比較好)

註意:

文中提到的金屬性/非金屬性是指化學性質,而不是表面上看到的是金屬/非金屬。例如鐵是金屬元素,而高鐵酸鹽中的+6價鐵就具有強的非金屬性,鹵素中的碘是非金屬元素,而+1價的次碘酸的碘有一定的金屬性。

文中提到的氧化數,不是可以隨意定義的那種,例如硫代硫酸鈉中,兩個硫原子的價態就不同,外面的那個硫原子是-2,中心硫原子是+6,這種價態可以解釋一個東西,中性碘溶液或碘伏中的碘隻能氧化硫代硫酸鈉為連四硫酸鈉,強堿性條件下碘才可以將硫代硫酸鈉氧化為硫酸鈉,即碘單質氧化-2價的硫和+4價的硫比較容易,而要氧化0價硫必須要求堿性比較強,酸性條件時,碘氧化硫比較困難

文中提到的非羥基氧,主要是配位鍵的那種,即氧原子接受別的原子的孤對電子滿足8電子原子結構,而羧酸和碳酸中的碳氧雙鍵是酰基氧原子,兩者的區別是前者是中心原子提供一對電子,後者則是氧原子和中心原子各提供一對電子形成由σ鍵和π鍵組成的雙鍵(含有有酰基的無機含氧酸有碳酸,硝酸,亞硝酸,部分硫代酸,少量硒代酸,異氰酸,異硫氰酸,其中有部分是氧原子組成的酰基,有些是其他二價原子或原子團代替氧原子發揮酰基的作用)(不知無機酸中有沒有其他的含有酰基的含氧酸),有酰基的有機酸有羧酸,羧酸中的羥基氧原子被硫取代,硫代羧酸)

以上隻是針對含氧酸的酸性影響因素的經驗之談,不一定適合所有的含氧酸,僅是為瞭更好的學習相關知識做一個參考

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