Влияние степени окисления и радиуса иона на силу кислот и оснований
Чтобы установить от каких факторов зависит характер диссоциации вещества и выяснить, почему, например, Са(ОН)2является основанием, а сходное по формуле соединение В(ОН)3 – кислотой необходимо рассмотреть упрощенную структуру, предложенную Косселем. Она отображает группировку атомов Э-О-Н, где Э - химический элемент.
H+
●
Эn+ O 2-
Размеры катиона и аниона представлены в виде сфер, радиусы которых соответствуют радиусам ионов. Их взаимодействие определяется электростатическим притяжением.
Радиус иона водорода (протона) ничтожно мал и поэтому принимается расстояние между ионом водорода и центром иона кислорода, равным радиусу иона кислорода. Направление диссоциации соединения, содержащего группировку Э-О-Н, зависит от прочности связей Э-О и О-Н. Если прочнее связь Э-О, то разрывается связь О-Н с образованием иона Н+и соединение выступает в роли кислоты. Наоборот, если прочнее связь О-Н, то при диссоциации разрывается связь Э-О и отщепляется ион ОН-, и вещество ведет себя как основание. Если связи Э-О и О-Н по прочности примерно одинаковы, то мы имеем амфотерное соединение.
По схеме Косселя, связь Э-О тем прочнее, чем больше заряд и меньше радиус катиона. С другой стороны, увеличение положительного заряда и уменьшение радиуса элемента приводит к понижению энергии связи О-Н в соединении Э-О-Н, так как в этом случае протон сильнее отталкивается от центрального катиона. Это приводит к тому, что соединение все в большей степени проявляет кислотные свойства. Так, в ряду хлоркислородных кислот с увеличением степени окисления хлора увеличивается сила кислот и уменьшается их окислительная способность, так как связь С1-О становится прочнее.
HClOHClO2HClO3HClO4
Хлорноватистая хлористая хлорноватая хлорная
Хлорноватистая кислота является наиболее сильным окислителем за счет атомарного кислорода, легко отщепляющегося в водных растворах HClO=HCl+O.
d– Металлы в низшейстепени окисленияобразуют соединения, которые проявляютосновные свойства; в высшей степени окисления -кислотные, а с промежуточной степенью окисления -амфотерные(табл.3).
Из данных таблицы следует, что рост положительного заряда и уменьшение радиуса центрального иона в кислородсодержащих кислотах приводит к росту прочности связи О - Э и уменьшению прочности связи Н – О, что сопровождается усилением кислотных свойств соединения.
Таблица 3
Зависимость характера соединения от степени окисления элемента
|
Формула соединения |
Степень окисления Mn |
Характер соединения |
|
Mn(OH)2 |
2 |
Основаниесредней силы |
|
Mn(OH)3 |
3 |
Слабое основание |
|
Mn(OH)4 |
4 |
Амфотерный гидроксид |
|
H2MnO4 |
6 |
Сильная кислота |
|
HMnO4 |
7 |
Очень сильная кислота |