化学

酸の強さについて考えてみた その1(仮説編)

自力学習を意識して

自力学習。自分で課題を設定して、調べて、答えを見つける。なぜわからなかったのか差を見つめる。

勉強と言えば暗記ばかりだった人間にとっては別世界の学習法です。

そして自分の言葉で思考の道筋や学習したことを、他の人が理解できるようにアウトプットするのもとても苦手です。

でも、やらなければ脳のOSは変わっていかない。

ということで、岡野の化学を始めて3週間目。

とりあえずやってみる!の精神でようやくやってみました。面白構造式あり、トンでも理論ありで今のレベルはお察しください状態なのですが、後で成長を感じるためにも、ありのままでいきます。

 

課題:強酸と弱酸の違いは何か。電離度を決定する要素は何か。

なぜこの課題に?

岡野の化学のアルコールのエステル化に関するビデオセミナーで、エステル化の逆反応として加水分解があり、ある濃度で見た目上反応が止まって見える「平衡状態」になると学習しました。

そこから平衡状態について少し調べていくうちに、今まで何度か調べてまとめながらよくわかっていない酸と塩基の関係にぶちあたり、今回こそちゃんと理解しようと思い、課題にしました。

もっと直接的な動機は、電離度(水溶液に溶かして電離した割合=電離しやすさ)が高ければ強酸というところまで理解しても、下のノートの左側に貼り付けた代表的な酸・塩基のリストを見た時に、強酸と弱酸がなぜこのように分類のかがパッとわからなかったからです。

 

右ページの赤枠の上に課題を設定。赤枠の中に考えながら書き込みました。

いきなり反省とお断りですが、次は字をきれいに、スペースをちゃんと空けて書きます。判別不能だと思いますので下で文字起こしします。

 

課題

  • 電離度の違いは何の違いか?
  • 1価2価3価で強酸だったり弱酸だったりする。価数は酸の強弱と関係ないのか?(こちらは今回まとめていません)

 

 

考えてみた

ノートの赤枠部分には下記のようなことが書いてあります。

まず、電離しやすいということは水素との結合が離れやすいということ。

結合が離れやすい分子は分極している。

そして分極は電気陰性度の違いの大きな原子間で起こる。

ならば、水素との電気陰性度の差が大きな原子からなる酸が強酸になるだろう、と考えました。

電気陰性度は、原子が電子を引っ張る強さのことですね。

 

WIKIBOOKSよりお借りしました)

水素(電気陰性度2.2)に対し、塩素(Cl)3.2、フッ素(F)4.0ですね。

電気陰性度の差でいけば、フッ化水素酸のほうが強酸になるはずですが、実際はフッ化水素酸は弱酸に分類され、それより電気陰性度の小さな塩酸(HCl)、臭化水素酸(HBr)、ヨウ素水素酸(HI)は強酸です。

ということで、ここまでの仮説は正しくないことがわかりました。

他の理由を探します。(とりあえず上記のハロゲン化水素のみで考えています)

同族なのに、フッ素だけ弱酸というのは他のハロゲン元素と違う性質があるはず。

周期表をじっと見つめて、原子量が違うことに気づきました。でも、原子量が違ったら何が違うのか?

重い?遠い?と以前勉強したことを引っ張りだそうとして、なんとか電子殻の違いまでたどり着きましたが、そこから「質量が重ければ結合が離れやすい」とポイントがずれてしまい、結局先へ進めず終わっています。

ハロゲン化水素以外の硝酸や硫酸、酢酸などについても書きながら考えてみましたがわかりませんでした。

酢酸について考えていた時のとんでもないメモがこちらです。他はもっととんでもない(構造式が書けずに断念したり)ので割愛します。

まず、構造式がCH3OOHになってますね。なんでしょうコレ?価標が5本になっていることにすら気づいてません。

横に書いてある文字は、「ここが電離する?水素結合=結合力強い=切れにくい=電離しにくい=弱酸?」です。

水溶液中のOとカルボキシ基のHの間に水素結合ができて、Hが脱離する?

それと、COOH間の分子内水素結合の概念と途中でごっちゃになって、とにかく弱酸という答えに持っていこうとしたのだと思います。知識が身についていないことがわかりますね・・・

ということで、考えてみた結果出した結論がこちらです。

仮説:

  • 周期の違い(最外殻の違い)が影響しているのでは?(遠くなるから、それだけ離れやすくなる)
  • 水素結合は強いので電離しにくいのでは?
  • 決定的な要素はわからない。

仮説でもなんでもないじゃん!という指摘はごもっともです。

解答編へ続きます。

 

 

COMMENT

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です