5.5 : Молекулярная структура и кислотность

Кислота может быть депротонирована с образованием сопряженного основания или аниона. Если образующийся анион более стабилен, то кислота сильная. Напротив, если анион неустойчив, то кислота слабая. Следовательно, для определения кислотности соединения изучают стабильность его сопряженного основания с использованием различных факторов.

Размерный эффект объясняет изменение размера атомов в зависимости от кислотности. При сравнении кислот, образованных из элементов, принадлежащих одному столбцу таблицы Менделеева, сравниваются их атомные размеры. Соединения, содержащие элемент с более крупным атомным размером, могут лучше стабилизировать отрицательный заряд, распределяя его по большему объему пространства. Следовательно, эти соединения соответствуют более сильной кислоте.

Далее рассмотрим соединения, образованные элементами, принадлежащими к одному ряду таблицы Менделеева. В таких случаях электроотрицательность элемента определяет кислотность. Более электроотрицательный элемент образует стабильный анион, соответствующий более сильной кислоте. Это называется эффектом заряда.

Если сравнивать соединения, имеющие отрицательный заряд на одном и том же атоме, кислотность определяет другой фактор, называемый резонансом. Соединение с более стабилизирующими резонансными структурами является более кислым. Для определения кислотности соединений, имеющих равную величину резонанса, анализируется индукционный эффект. В этом случае присутствие электроотрицательных элементов на разных расстояниях используется для определения силы кислоты. Соединение, электроотрицательный элемент которого ближе к кислому водороду, определяется как более кислое.

Гибридизацию используют для анализа кислотности в соединениях, не имеющих резонанса, не имеющих электроотрицательных элементов и имеющих отрицательный заряд на одном и том же атоме, как, например, алкан, алкен и алкин. В алкине атом углерода имеет sp-орбиталь с 50%-ным характером. В алкене атом углерода имеет 33,3 % s-характер его sp²-орбитали, а углерод с одинарной связью имеет 25 % s-характер его sp³-орбитали. Более высокий символ s означает, что электроны находятся ближе к ядру. Следовательно, отрицательный заряд сопряженного основания может быть более стабилизирован, что делает алкины наиболее кислыми по сравнению с алкенами или алканами.