HIDRÀCIDS: CARACTERÍSTIQUES, NOMENCLATURA, USOS I EXEMPLES - QUIMICA - 2026

Els hidràcids o àcids binaris són compostos dissolts en aigua que es componen d'hidrogen i un element no metàl·lic: els halurs d'hidrogen. La seva fórmula química general pot expressar-se com HX, on H és l'àtom d'hidrogen, i X l'element no metàl·lic.

X pot pertànyer a el grup 17, els halògens, o als elements de el grup 16 sense incloure a l'oxigen. A diferència dels oxoàcids, els hidràcids no tenen oxigen. Atès al fet que els hidràcids són compostos covalents o moleculars, s'ha de considerar l'enllaç HX. Aquest és de gran importància i defineix les característiques pròpies de cada hidràcid.

Font: Gabriel Bolívar

Què es pot dir de l'enllaç HX? Com pot apreciar-se en la imatge superior, hi ha un moment dipolar permanent producte de les diferents electronegativitats entre H i X. Com que X sol ser més electronegatiu que H, atreu el seu núvol electrònic i acaba amb una càrrega parcial negativa δ-.

En canvi H, a l'cedir part de la seva densitat electrònica a X, acaba amb una càrrega parcial positiva δ +. Com més negatiu sigui δ-, més ric en electrons serà X i major serà la deficiència electrònica d'H Per tant, depenent de quin element sigui X, un hidrácido pot ser més o menys polar.

La imatge també deixa traslluir l'estructura dels hidràcids. HX és una molècula lineal, la qual pot interactuar amb una altra per algun dels seus extrems. Com més polar sigui HX, les seves molècules interactuaran amb més força o afinitat. Com a resultat, els seus punts d'ebullició o de fusió augmentaran.

No obstant això, les interaccions HX - HX segueixen sent prou febles com per originar un hidràcid sòlid. Per això, en condicions de pressió i temperatura ambient són substàncies gasoses; a excepció de l'HF, que s'evapora per sobre dels 20ºC.

Per què? Perquè el HF és capaç de formar ponts d'hidrogen forts. Mentre que els altres hidràcids, els elements no metàl·lics són menys electronegatius, tot just poden estar en fase líquida per sota dels 0ºC. El HCl, per exemple, bull a -85ºC aproximadament.

Són els hidràcids substàncies àcides? La resposta es troba en la càrrega parcial positiva δ + sobre l'àtom d'hidrogen. Si δ + és molt gran o l'enllaç HX molt feble, llavors HX serà un àcid fort; com passa amb tots els hidràcids dels halògens, un cop els seus respectius halurs estiguin dissolts en aigua.

Característiques

Físiques

-Visiblement tots els hidràcids són solucions transparents, ja que els HX són molt solubles en aigua. Poden tenir tonalitats groguenques d'acord a les concentracions de HX dissolt.

-Són fumants, el que significa que desprenen vapors densos, corrosius i irritants (alguns d'ells fins i tot són nauseabunds). Això es deu al fet que les molècules de HX són molt volàtils i interactuen amb el vapor d'aigua de l'medi que envolta les solucions. A més, HX en les seves formes anhidres són compostos gasosos.

-Els hidràcids són bons conductors de l'electricitat. Encara HX són espècies gasoses a les condicions atmosfèriques, quan es dissolen en aigua alliberen ions (H ⁺ X ^-), els quals permeten el pas del corrent elèctric.

-Els seus punts d'ebullició són superiors als de les seves formes anhidres. És a dir, HX (ac), que denota a l'hidràcid, bull a temperatures superiors a HX (g). Per exemple, el clorur d'hidrogen, HCl (g), bull a -85ºC, però l'àcid clorhídric, el seu hidràcid, al voltant dels 48ºC.

Per què? Perquè les molècules gasoses d'HX es veuen envoltades per les de l'aigua. Entre elles poden ocórrer a el mateix temps dos tipus d'interaccions: ponts d'hidrogen, HX - H ₂ O - HX, o solvatació dels ions, H ₃ O ⁺ (ac) i X ^- (ac). Aquest fet es relaciona directament amb les característiques químiques dels hidràcids.

químiques

Els hidràcids són solucions molt àcides, pel que tenen protons àcids H ₃ O ⁺ disponibles per reaccionar amb altres substàncies. D'on sorgeix el H ₃ O ⁺ ? De l'àtom d'hidrogen amb càrrega parcial positiva δ +, el qual es dissocia en aigua i acaba incorporant-se covalentment a una molècula d'aigua:

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

Cal notar que l'equació correspon a una reacció que estableix un equilibri. Quan la formació de X ^- (ac) + H ₃ O ⁺ (ac) està termodinàmicament molt afavorida, HX alliberarà la seva protó àcid a l'aigua; i després aquest, amb H ₃ O ⁺ com el seu nou "portador", pot reaccionar amb un altre compost, fins i tot si aquest últim no és una base forta.

L'anterior explica les característiques àcides dels hidràcids. Això passa així per a tots els HX dissolts en aigua; però alguns generen solucions més àcides que d'altres. ¿A què es deu? Les raons poden ser molt complicades. No tots els HX (ac) afavoreixen l'equilibri anterior cap a la dreta, és a dir, cap a X ^- (ac) + H ₃ O ⁺ (ac).

acidesa

I l'excepció s'observa en l'àcid fluorhídric, HF (ac). El fluor és molt electronegatiu, per tant, escurça la distància de l'enllaç HX, enfortint davant de la seva ruptura per acció de l'aigua.

Igualment, l'enllaç HF té molt millor solapament per raons de ràdios atòmics. En canvi, els enllaços H-Cl, H-Br o HI, són més febles i tendeixen a dissociar completament en l'aigua, fins al punt de trencar amb l'equilibri plantejat anteriorment.

Això es deu al fet que els altres halògens o calcògens (el sofre, per exemple), tenen radis atòmics més grans i, per tant, orbitals més voluminosos. En conseqüència, l'enllaç HX presenta encavalcament orbital més pobre a mesura que X és més gran, la qual cosa al seu torn repercuteix en la força àcida quan estan en contacte amb l'aigua.

D'aquesta manera, l'ordre decreixent d'acidesa per als hidràcids dels halògens és el següent: HF <HCl

Nomenclatura

forma anhidra

Com es nomenen els hidràcids? En les seves formes anhidres, HX (g), cal esmentar tal com es dicta per als halurs d'hidrogen: afegint el sufix -ur a al final dels seus noms.

Per exemple, el HI (g) consisteix d'un halur (o hidrur) format per hidrogen i iode, per tant el seu nom és: iod uro d'hidrogen. A causa de que en general els no metalls són més electronegatius que l'hidrogen, aquest posseeix un nombre d'oxidació de +1. Al NaH, d'altra banda, l'hidrogen té un nombre d'oxidació de -1.

Aquesta és una altra manera indirecta de diferenciar els hidrurs moleculars d'halògens o els halurs d'hidrogen d'altres compostos.

Un cop HX (g) entri en contacte amb l'aigua, se li representa com HX (ac) i es té llavors el hidràcid.

En dissolució aquosa

Per nomenar el hidràcid, HX (ac), caldrà substituir-se el sufix -ur de les seves formes anhidres pel sufix -hídric. I ha de mencionárseles com àcids en primer lloc. Així, per l'exemple anterior, el HI (ac) es nomena com: àcid iod hídric.

Com es formen?

Dissolució directa dels halurs d'hidrogen

Els hidràcids poden formar-se per simple dissolució de les seves corresponents halurs d'hidrogen en aigua. Això pot representar-se amb la següent equació química:

HX (g) => HX (ac)

HX (g) és molt soluble en aigua, de manera que no hi ha un equilibri de solubilitat, a diferència del seu dissociació iònica per alliberar protons àcids.

No obstant això, hi ha un mètode sintètic que es prefereix perquè utilitza com a matèria primera sals o minerals, dissolent a baixes temperatures amb àcids forts.

Dissolució de sals dels no metalls amb àcids

Si la sal de taula, NaCl, es dissol amb àcid sulfúric concentrat, ocorre la següent reacció:

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

L'àcid sulfúric dóna un dels seus protons àcids a l'anió clorur Cl ^-, convertint-ho així en àcid clorhídric. D'aquesta barreja pot escapar clorur d'hidrogen, HCl (g), a causa que és molt volàtil, especialment si la seva concentració en l'aigua és molt alta. L'altra sal produïda és sulfat àcid de sodi, NaHSO ₄.

Una altra forma de produir-lo consisteix a substituir l'àcid sulfúric per l'àcid fosfòric concentrat:

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

El H ₃ PO ₄ reacciona de la mateixa manera que l'H ₂ SO ₄, produint àcid clorhídric i fosfat diàcid de sodi. El NaCl és la font de l'anió Cl ^-, de manera que per sintetitzar els altres hidràcids calen sals o minerals que continguin F ^-, Br ^-, I ^-, S ^2-, etc.

Però, l'ús d'H ₂ SO ₄ o H ₃ PO ₄ dependrà de la seva força oxidativa. El H ₂ SO ₄ és un agent oxidant molt fort, fins al punt que s'oxida fins i tot a l'Br ^- i I ^- a les seves formes moleculars Br ₂ i I ₂; el primer és un líquid vermellós, i el segon un sòlid morat. Per tant, l'H ₃ PO ₄ representa l'alternativa preferida en tals síntesi.

usos

Netejadors i dissolvents

Els hidràcids en essència s'empren per dissoldre diferent tipus de matèria. Això es deu al fet que són àcids forts, i amb moderació poden netejar qualsevol superfície.

Els seus protons àcids s'agreguen als compostos de les impureses o brutícies, fent-los solubles en el medi aquós i són arrossegats llavors per l'aigua.

Segons la naturalesa química de la superfície, pot emprar-se un hidràcid o un altre. Per exemple, l'àcid fluorhídric no es pot utilitzar per netejar vidres ja que els dissoldria a l'acte. L'àcid clorhídric s'utilitza per remoure taques a les rajoles de les piscines.

Així mateix, són capaços de dissoldre roques o mostres sòlides, per després utilitzar-se amb finalitats analítiques o de producció a petites o grans escales. En cromatografia per intercanvi iònic, s'utilitza àcid clorhídric diluït per netejar la columna d'ions romanents.

catalitzadors àcids

Algunes reaccions requereixen de solucions molt àcides per accelerar-les i reduir el temps que pren lloc. És aquí on entren els hidràcids.

Un exemple d'això és l'ús de l'àcid iodhídric en la síntesi de l'àcid acètic glacial. La indústria petroliera també necessita dels hidràcids en els processos de refineria.

Reactius per a la síntesi de compostos orgànics i inorgànics

Els hidràcids no només aporten protons àcids, sinó a més els seus respectius anions. Aquests anions poden reaccionar amb un compost orgànic o inorgànic per formar així un halur específic. D'aquesta manera, es poden sintetitzar: fluorurs, clorurs, iodurs, bromurs, selenuros, sulfurs, i altres compostos més.

Aquests halurs poden tenir aplicacions molt diverses. Per exemple, poden utilitzar-se per sintetitzar polímers, com el tefló; o intermediaris, que des dels quals s'incorporaran els àtoms halògens a les estructures moleculars de determinats fàrmacs.

Suposem la molècula CH ₃ CH ₂ OH, etanol, reacciona amb el HCl per formar clorur d'etil:

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

Cadascuna d'aquestes reaccions amaga un mecanisme i molts aspectes que es consideren en les síntesis orgàniques.

exemples

No són molts els exemples disponibles per als hidràcids, ja que el nombre de compostos possibles naturalment és limitat. Per aquesta raó, s'enlistan a continuació alguns hidràcids addicionals amb la seva respectiva nomenclatura (s'ignora l'abreviatura (ac)):

HF, àcid fluorhídric

Hidrácido binari les molècules HF formen forts ponts d'hidrogen, fins al punt que en aigua és un àcid feble.

H

A diferència dels hidràcids considerats fins llavors, és poliatòmic, és a dir, té més de dos àtoms, però, continua sent binari a l'tractar-se de dos elements: sofre i hidrogen.

Les seves molècules angulars HSH no formen ponts d'hidrogen apreciables i poden detectar-se per la seva característica olor a ous podrits.

HCl, àcid clorhídric

Un dels àcids més coneguts en la cultura popular. Fins i tot, forma part de la composició de l'suc gàstric, present a l'estómac, i al costat de enzims digestius degraden els aliments.

HBr, àcid bromhídric

Com l'àcid iodhídric, en fase gasosa consisteix de molècules lineals H-Br, que es dissocien en els ions H ⁺ (H ₃ O ⁺) i Br ^- quan entren a l'aigua.

H

Tot i que el tel·luri té cert caràcter metàl·lic, el seu hidràcid desprèn vapors desagradables i summament verinosos, com l'àcid selenhídrico.

A l'igual que els altres hidràcids dels calcogenurs (de el grup 16 de la taula periòdica), en dissolució produeix l'anió Et ^2-, pel que la seva valència és -2.

referències

1. Clark J. (22 d'abril del 2017). The Acidity of the Hydrogen Halides. Recuperat de: chem.libretexts.org
2. Lumen: Introduction to Chemistry. Binary Acids. Pres de: courses.lumenlearning.com
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 de juny del 2018). Definition of Binary Acid. Recuperat de: thoughtco.com
4. Mr. D. Scott. Chemical Formula Writing & Nomenclature.. Recuperat de: celinaschools.org
5. Madhusha. (09 de febrer del 2018). Distinguish Between Binary Acids and Oxyacids. Recuperat de: pediaa.com
6. Wikipedia. (2018). Hidràcid. Recuperat de: es.wikipedia.org
7. Natalie Andrews. (24 d'abril del 2017). The Uses of Hydriodic Acid. Recuperat de: sciencing.com
8. StudiousGuy. (2018). Hydrofluoric Acid: Important Usis & Applications. Recuperat de: studiousguy.com