HYDRACIDS: EIGENSCHAFTEN, NOMENKLATUR, VERWENDUNGEN UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die hydrohalen oder binären Säuren werden in Wasserverbindungen gelöst, die aus Wasserstoff und einem nichtmetallischen Element bestehen: Halogenwasserstoffen. Seine allgemeine chemische Formel kann als HX ausgedrückt werden, wobei H das Wasserstoffatom und X das nichtmetallische Element ist.

X kann zur Gruppe 17, zu den Halogenen oder zu den Elementen der Gruppe 16 gehören, ohne Sauerstoff einzuschließen. Im Gegensatz zu Oxosäuren fehlt Hydraciden Sauerstoff. Da Hydracide kovalente oder molekulare Verbindungen sind, muss die HX-Bindung berücksichtigt werden. Dies ist von großer Bedeutung und definiert die Eigenschaften jedes Hydracids.

Quelle: Gabriel Bolívar

Was ist mit dem HX-Link? Wie im obigen Bild zu sehen ist, gibt es ein permanentes Dipolmomentprodukt der verschiedenen Elektronegativitäten zwischen H und X. Da X normalerweise elektronegativer als H ist, zieht es seine Elektronenwolke an und endet mit einer negativen Teilladung δ-.

Andererseits erhält H, das einen Teil seiner Elektronendichte an X abgibt, eine positive Teilladung δ +. Je negativer δ- ist, desto reicher an Elektronen X ist und desto größer ist der Elektronenmangel von H. Je nachdem, welches Element X ist, kann ein Hydracid mehr oder weniger polar sein.

Das Bild zeigt auch die Struktur der Hydracide. HX ist ein lineares Molekül, das an einem seiner Enden mit einem anderen interagieren kann. Je polarer HX ist, desto stärker oder affiner interagieren die Moleküle mit ihnen. Infolgedessen erhöhen sich seine Siede- oder Schmelzpunkte.

Die HX-HX-Wechselwirkungen sind jedoch immer noch schwach genug, um ein festes Hydracid zu erzeugen. Aus diesem Grund sind sie unter Druck- und Umgebungstemperaturbedingungen gasförmige Substanzen; Mit Ausnahme von HF, das über 20 ° C verdunstet.

Warum? Weil HF starke Wasserstoffbrückenbindungen bilden kann. Während die anderen Hydracide, deren nichtmetallische Elemente weniger elektronegativ sind, sich unter 0 ° C kaum in der flüssigen Phase befinden können. Beispielsweise siedet HCl bei etwa -85ºC.

Sind Hydracide saure Substanzen? Die Antwort liegt in der positiven Teilladung δ + am Wasserstoffatom. Wenn δ + sehr groß ist oder die HX-Bindung sehr schwach ist, ist HX eine starke Säure; Wie bei allen Hydrosäuren der Halogene, sobald ihre jeweiligen Halogenide in Wasser gelöst sind.

Eigenschaften

Körperlich

- Sichtbar sind alle Hydracide transparente Lösungen, da HX in Wasser sehr gut löslich ist. Sie können je nach Konzentration des gelösten HX gelbliche Töne aufweisen.

-Sie sind Raucher, was bedeutet, dass sie dichte, ätzende und reizende Dämpfe abgeben (einige von ihnen sind sogar übel). Dies liegt daran, dass die HX-Moleküle sehr flüchtig sind und mit dem Wasserdampf in dem die Lösungen umgebenden Medium interagieren. Weiterhin sind HX in seinen wasserfreien Formen gasförmige Verbindungen.

-Hydracids sind gute Stromleiter. Obwohl HX unter atmosphärischen Bedingungen gasförmige Spezies sind, setzen sie beim Auflösen in Wasser Ionen (H ⁺ X ^- ) frei, die den Durchgang von elektrischem Strom ermöglichen.

-Ihre Siedepunkte sind höher als die seiner wasserfreien Formen. Das heißt, HX (ac), das das Hydracid bezeichnet, siedet bei Temperaturen über HX (g). Zum Beispiel siedet Chlorwasserstoff, HCl (g), bei -85ºC, aber Salzsäure, sein Hydracid, liegt bei etwa 48ºC.

Warum? Weil die gasförmigen HX-Moleküle von denen des Wassers umgeben sind. Zwei Arten von Wechselwirkungen können gleichzeitig auftreten: Wasserstoffbrückenbindungen, HX-H ₂ O-HX oder Ionensolvatisierung, H ₃ O ⁺ (aq) und X ^- (aq). Diese Tatsache steht in direktem Zusammenhang mit den chemischen Eigenschaften von Hydraciden.

Chemisch

Hydracide sind sehr saure Lösungen, daher stehen ihnen saure Protonen H ₃ O ^{+ zur} Verfügung, um mit anderen Substanzen zu reagieren. Woher kommt H ₃ O ⁺ ? Aus dem Wasserstoffatom mit einer positiven Teilladung δ +, die in Wasser dissoziiert und kovalent in ein Wassermolekül eingebaut wird:

HX (aq) + H ₂ O (l) <=> X ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

Beachten Sie, dass die Gleichung einer Reaktion entspricht, die ein Gleichgewicht herstellt. Wenn die Bildung von X ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) thermodynamisch stark begünstigt ist, setzt HX sein saures Proton in Wasser frei; und dann kann es mit H ₃ O ⁺ als neuem "Träger" mit einer anderen Verbindung reagieren, selbst wenn diese keine starke Base ist.

Das Obige erklärt die sauren Eigenschaften von Hydraciden. Dies ist bei allen in Wasser gelösten HX der Fall; Einige erzeugen jedoch mehr saure Lösungen als andere. Für was ist das? Die Gründe können sehr kompliziert sein. Nicht alle HX (ac) bevorzugen das obige Gleichgewicht nach rechts, dh nach X ^- (ac) + H ₃ O ⁺ (ac).

Säure

Die Ausnahme wird bei Flusssäure HF (aq) beobachtet. Fluor ist sehr elektronegativ, daher verkürzt es den Abstand der HX-Bindung und stärkt sie gegen ihren Abbau durch die Einwirkung von Wasser.

Ebenso hat die HF-Bindung aus Gründen des Atomradius eine viel bessere Überlappung. Andererseits sind die H-Cl-, H-Br- oder HI-Bindungen schwächer und neigen dazu, sich in Wasser vollständig zu dissoziieren, bis das oben erhöhte Gleichgewicht gebrochen ist.

Dies liegt daran, dass die anderen Halogene oder Chalkogene (z. B. Schwefel) größere Atomradien und daher größere Orbitale aufweisen. Folglich zeigt die HX-Bindung eine schlechtere Orbitalüberlappung, wenn X größer ist, was wiederum die Säurekraft beeinflusst, wenn sie mit Wasser in Kontakt kommt.

Somit ist die abnehmende Reihenfolge der Azidität für die Hydrosäuren der Halogene die folgende: HF <HCl

Nomenklatur

Wasserfreie Form

Wie heißen Hydracide? In ihrer wasserfreien Form, HX (g), müssen sie als für Halogenwasserstoffe diktiert erwähnt werden: durch Hinzufügen des Suffixes -uro am Ende ihres Namens.

Zum Beispiel besteht HI (g) aus einem Halogenid (oder Hydrid), das aus Wasserstoff und Iod gebildet wird, daher heißt es: Iodwasserstoff . Da Nichtmetalle im Allgemeinen elektronegativer als Wasserstoff sind, hat sie eine Oxidationszahl von +1. In NaH hat Wasserstoff dagegen eine Oxidationszahl von -1.

Dies ist ein weiterer indirekter Weg, um molekulare Hydride von Halogenen oder Halogenwasserstoffe von anderen Verbindungen zu unterscheiden.

Sobald HX (g) mit Wasser in Kontakt kommt, wird es als HX (ac) dargestellt und das Hydracid wird dann erhalten.

In wässriger Lösung

Um das Hydracid HX (ac) zu benennen, muss das Suffix -uro seiner wasserfreien Formen durch das Suffix -hydric ersetzt werden. Und sie sollten in erster Linie als Säuren erwähnt werden. Yod acid: So kann zum Beispiel oben HALLO (aq) als benanntes Wasser .

Wie entstehen sie?

Direkte Auflösung von Halogenwasserstoffen

Hydracide können durch einfaches Auflösen ihrer entsprechenden Halogenwasserstoffe in Wasser gebildet werden. Dies kann durch die folgende chemische Gleichung dargestellt werden:

HX (g) => HX (ac)

HX (g) ist in Wasser sehr gut löslich, so dass im Gegensatz zu seiner ionischen Dissoziation zur Freisetzung saurer Protonen kein Gleichgewicht der Löslichkeit besteht.

Es gibt jedoch ein Syntheseverfahren, das bevorzugt wird, weil es Salze oder Mineralien als Rohmaterial verwendet und diese bei niedrigen Temperaturen mit starken Säuren löst.

Auflösung von Salzen von Nichtmetallen mit Säuren

Wenn Tafelsalz, NaCl, mit konzentrierter Schwefelsäure gelöst wird, tritt die folgende Reaktion auf:

NaCl (s) + H ₂ SO ₄ (aq) => HCl (aq) + NaHSO ₄ (aq)

Schwefelsäure spendet eines ihrer sauren Protonen an das Cl ^- Chloridanion und wandelt es so in Salzsäure um. Chlorwasserstoff, HCl (g), kann aus diesem Gemisch entweichen, da es sehr flüchtig ist, insbesondere wenn seine Konzentration in Wasser sehr hoch ist. Das andere erzeugte Salz ist Natriumsäuresulfat, NaHSO ₄ .

Eine andere Möglichkeit, es herzustellen, besteht darin, Schwefelsäure durch konzentrierte Phosphorsäure zu ersetzen:

NaCl (s) + H ₃ PO ₄ (aq) => HCl (aq) + NaH ₂ PO ₄ (aq)

H ₃ PO ₄ reagiert auf die gleiche Weise wie H ₂ SO ₄ unter Bildung von Salzsäure und Natriumsäurephosphat. NaCl ist die Quelle des Cl ^- Anions , so dass zur Synthese der anderen Hydracide Salze oder Mineralien benötigt werden, die F ^- , Br ^- , I ^- , S ² - usw. enthalten .

Die Verwendung von H ₂ SO ₄ oder H ₃ PO ₄ hängt jedoch von seiner Oxidationsstärke ab. H ₂ SO ₄ ist ein sehr starkes Oxidationsmittel, bis zu dem Punkt, dass es sogar Br ^- und I ^- zu ihren Br _{2 -} und I ₂ -Molekularformen oxidiert ; Die erste ist eine rötliche Flüssigkeit und die zweite ein violetter Feststoff. Daher stellt H ₃ PO ₄ die bevorzugte Alternative bei solchen Synthesen dar.

Anwendungen

Reiniger und Lösungsmittel

Hydracide werden im Wesentlichen verwendet, um verschiedene Arten von Materie aufzulösen. Dies liegt daran, dass sie starke Säuren sind und jede Oberfläche in Maßen reinigen können.

Seine sauren Protonen werden zu den Verbindungen von Verunreinigungen oder Schmutz gegeben, wodurch sie im wässrigen Medium löslich werden und dann vom Wasser weggetragen werden.

Abhängig von der chemischen Natur der Oberfläche kann das eine oder andere Hydracid verwendet werden. Beispielsweise kann Flusssäure nicht zum Reinigen von Glas verwendet werden, da es sich an Ort und Stelle auflöst. Salzsäure wird verwendet, um Flecken von Schwimmbadfliesen zu entfernen.

Sie sind auch in der Lage, Gesteine ​​oder feste Proben aufzulösen und werden dann für Analyse- oder Produktionszwecke in kleinen oder großen Maßstäben verwendet. Bei der Ionenaustauschchromatographie wird verdünnte Salzsäure verwendet, um die Säule von verbleibenden Ionen zu reinigen.

Säurekatalysatoren

Einige Reaktionen erfordern stark saure Lösungen, um sie zu beschleunigen und die Zeit zu verkürzen, in der sie stattfinden. Hier kommen die Hydraciden ins Spiel.

Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von Iodwasserstoffsäure bei der Synthese von Eisessig. Die Ölindustrie benötigt auch Hydracide in Raffinerieprozessen.

Reagenzien zur Synthese organischer und anorganischer Verbindungen

Hydracide liefern nicht nur saure Protonen, sondern auch ihre jeweiligen Anionen. Diese Anionen können mit einer organischen oder anorganischen Verbindung unter Bildung eines spezifischen Halogenids reagieren. Auf diese Weise können sie synthetisiert werden: Fluoride, Chloride, Iodide, Bromide, Selenide, Sulfide und andere Verbindungen.

Diese Halogenide können sehr unterschiedliche Anwendungen haben. Zum Beispiel können sie verwendet werden, um Polymere wie Teflon zu synthetisieren; oder Intermediäre, von denen die Halogenatome in die molekularen Strukturen bestimmter Arzneimittel eingebaut werden.

Angenommen, das Molekül CH ₃ CH ₂ OH, Ethanol, reagiert mit HCl unter Bildung von Ethylchlorid:

CH ₃ CH ₂ OH + HCl => CH ₃ CH ₂ Cl + H ₂ O.

Jede dieser Reaktionen verbirgt einen Mechanismus und viele Aspekte, die bei organischen Synthesen berücksichtigt werden.

Beispiele

Es gibt nicht viele Beispiele für Hydracide, da die Anzahl möglicher Verbindungen natürlich begrenzt ist. Aus diesem Grund sind nachfolgend einige zusätzliche Hydracide mit ihrer jeweiligen Nomenklatur aufgeführt (die Abkürzung (ac) wird ignoriert):

HF, Flusssäure

Binäres Hydracid, dessen HF-Moleküle starke Wasserstoffbrückenbindungen bilden, bis zu dem Punkt, dass es in Wasser eine schwache Säure ist.

H.

Im Gegensatz zu den bis dahin betrachteten Hydraciden ist es mehratomig, dh es hat mehr als zwei Atome, ist jedoch weiterhin binär, da es aus zwei Elementen besteht: Schwefel und Wasserstoff.

Seine eckigen MSM-Moleküle bilden keine nennenswerten Wasserstoffbrücken und können an ihrem charakteristischen Geruch nach faulem Ei erkannt werden.

HCl, Salzsäure

Eine der bekanntesten Säuren in der Populärkultur. Es ist sogar Teil der Zusammensetzung von Magensaft, der im Magen vorhanden ist, und zusammen mit Verdauungsenzymen bauen sie Nahrung ab.

HBr, Bromwasserstoffsäure

Wie Iodwasserstoffsäure besteht es in der Gasphase aus linearen H-Br-Molekülen, die beim Eintritt in Wasser in H ⁺ (H ₃ O ⁺ ) - und Br ^- -Ionen dissoziieren .

H.

Obwohl Tellur einen bestimmten metallischen Charakter hat, gibt sein Hydracid unangenehme und hochgiftige Dämpfe wie Selenwasserstoff ab.

Wie die anderen Hydracide der Chalkogenide (aus Gruppe 16 des Periodensystems) produziert es in Lösung das Anion Te ^2- , so dass seine Wertigkeit -2 beträgt.

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