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5.5 : 分子構造と酸性度

酸は脱プロトン化されて共役塩基またはアニオンを形成することがあります。 生成された陰イオンがより安定であれば、酸はより強くなります。 逆に、陰イオンが不安定であれば、酸は弱くなります。 したがって、化合物の酸性度を定めるには、さまざまな要因を使用し、その共役塩基の安定性を研究します。

サイズ効果は、酸性度による原子サイズの変化を説明します。 周期表の同じ列に属する元素から形成される酸を比較する場合、それらの原子の大きさが比較されます。 より大きな原子サイズの元素を含む化合物は、より大きな空間体積にわたって負電荷を分散させることにより、負電荷をより安定させることができます。 したがって、これらの化合物はより強い酸に相当します。

さらに、周期表の同じ行に属する元素で形成される化合物を考えてみましょう。 このような場合、元素の電気陰性度が酸性度を決定します。 より電気陰性度の高い元素は、より強い酸に対応する安定したアニオンを形成します。 これを電荷効果といいます。

同様の原子に負の電荷を持つ化合物を比較すると、共鳴と呼ばれる別の要因が酸性度を決定します。 より安定化する共鳴構造を持つ化合物はより酸性になります。 同じ量の共鳴を持つ化合物の酸性度を決定するには、誘導効果を分析します。 この効果では、さまざまな距離にある電気陰性元素の存在を使用して、酸の強度を識別します。 電気陰性元素が酸性水素に近い化合物は、より酸性であると判断されます。

ハイブリッド化は、共鳴や電気陰性元素がなく、同様の原子に負の電荷を持つ化合物 (アルカン、アルケン、アルキンなど) の酸性度の分析に使用されます。 アルキンでは、炭素原子は 50 % s の性質を持つ sp 軌道を持ちます。 アルケンでは、炭素原子は sp2 軌道で 33.3 % の s 特性を持ち、単結合を持つ炭素は sp3 軌道で 25 % の s 特性を持ちます。 s の値が大きいほど、電子が原子核に近いことを意味します。 したがって、共役塩基の負電荷をより安定させることができ、アルケンやアルカンと比較してアルキンが最も酸性になります。

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Molecular StructureAcidityDeprotonationConjugate BaseAnionStabilityAcid StrengthSize EffectAtomic SizePeriodic TableElectronegativityCharge EffectResonanceResonance StructuresInduction Effect

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