在学习元素周期律时,通过实验可以得到下列递变规律:同周期,从左到右,随着原子序数的递增,元素的非金属性逐渐增强,其最高价含氧酸的酸性逐渐增强;同主族,从上到下,随着原子序数的递增,元素的非金属性逐渐减弱,其最高价含氧酸的酸性逐渐减弱。在这里强调的是最高价含氧酸,非最高价含氧酸不符合此规律,如非金属性Cl>S,则酸性HCl O 4>H 2SO4,但酸性H 2SO 4>HCl O。这是什么原因呢? 含氧酸的酸性与哪些因素有关?
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若用通式R—O—H表示含氧酸,在电离过程中,含氧酸分子中羟基上的氢原子失去电子后离开氧原子,转移到水分子中。
含氧酸在水溶液中的酸性强弱是由含氧酸分子中氢离子转移倾向的强弱决定的。氢离子转移的倾向越大,酸性越强,反之则越弱。而氢离子转移倾向的难易程度,又取决于含氧酸分子中R原子吸引羟基中氧原子核外电子的能力。当R的半径较小,非金属性较强,氧化数较高时,R吸引羟基氧原子的能力强,R—O间的共用电子对越偏向R原子的一方,能够有效降低氧原子核外的电子云密度,使O—H键变弱,容易释放出氢离子,而表现出较强的酸性。
根据该规则,同周期,从左到右,R元素的原子半径逐渐减小,非金属性逐渐增强,氧化数逐渐升高,吸引共有电子对的能力逐渐增强,即R—O间的共有电子对偏向R原子的程度增大,使O—H键逐渐变弱,在水分子的作用下电离程度增大,即同周期最高价含氧酸的酸性逐渐增强。同理,同主族,从上到下,最高价含氧酸的酸性逐渐减弱。(www.xing528.com)
对同一元素不同氧化态的含氧酸,高氧化态含氧酸的酸性较强,低氧化态含氧酸的酸性较弱。例如,HClO4>HClO3>HCl O2>HCl O。这与含氧酸的结构有关系。以氯元素不同价态的含氧酸为例,HCl O4、HCl O3、HClO2、HClO 的结构简式分别为:
图31 常见氯元素含氧酸结构简式
酸分子的结构中,有两种氧原子:羟基氧原子和非羟基氧原子。在含氧酸分子中,由于氧元素的非金属性大于成酸元素R的非金属性,使中心原子R与非羟基氧原子之间的共用电子对偏向非羟基氧原子,R原子周围的电子云密度减小,这样就增加了R原子的正电性,R原子吸引羟基氧原子外层电子能力增强,使O—H键变弱。非羟基氧原子越多,表示分子中R→O配位键越多,R的正电性越强,对羟基中氧原子外层电子吸引作用越大,使氧原子核外电子云密度降低得越多,O—H 键越弱,容易释放出氢离子,酸性越强。
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