Caractéristiques, nomenclature, utilisations et exemples des hydracides

Les hydracides ou les acides binaires sont des composés dissous dans l'eau qui sont constitués d'hydrogène et d'un élément non métallique: les halogénures d'hydrogène. Sa formule chimique générale peut être exprimée par HX, où H est l'atome d'hydrogène et X est l'élément non métallique..

X peut appartenir au groupe 17, aux halogènes, ou aux éléments du groupe 16 sans inclure d'oxygène. Contrairement aux oxoacides, les hydracides manquent d'oxygène. Puisque les hydracides sont des composés covalents ou moléculaires, la liaison H-X doit être prise en compte. Ceci est d'une grande importance et définit les caractéristiques de chaque hydracide..

Qu'en est-il de la liaison H-X? Comme on peut le voir sur l'image ci-dessus, il existe un produit de moment dipolaire permanent des différentes électronégativités entre H et X. Puisque X est généralement plus électronégatif que H, il attire son nuage électronique et se retrouve avec une charge partielle négative δ-.

Par contre, en donnant une partie de sa densité électronique à X, il se retrouve avec une charge partielle positive δ +. Plus le δ- est négatif, plus riche en électrons X sera et plus le déficit électronique de H. sera grand. Par conséquent, selon l'élément X, un hydracide peut être plus ou moins polaire..

L'image révèle également la structure des hydracides. H-X est une molécule linéaire, qui peut interagir avec une autre à l'une de ses extrémités. Plus HX est polaire, plus ses molécules interagiront avec force ou affinité. En conséquence, ses points d'ébullition ou de fusion augmenteront.

Cependant, les interactions H-X - H-X sont encore suffisamment faibles pour donner naissance à un hydracide solide. Pour cette raison, dans des conditions de pression et de température ambiante, ce sont des substances gazeuses; À l'exception du HF, qui s'évapore au-dessus de 20 ° C.

Parce que? Parce que HF est capable de former de fortes liaisons hydrogène. Alors que les autres hydracides, dont les éléments non métalliques sont moins électronégatifs, ils peuvent difficilement être en phase liquide en dessous de 0 ° C. Le HCl, par exemple, bout à environ -85 ° C.

Les hydracides sont-ils des substances acides? La réponse réside dans la charge partielle positive δ + sur l'atome d'hydrogène. Si δ + est très grand ou si la liaison H-X est très faible, alors HX sera un acide fort; comme pour tous les hydroacides d'halogènes, une fois leurs halogénures respectifs dissous dans l'eau.

Index des articles

• 1 Fonctionnalités
  • 1.1 Physique
  • 1.2 Chimie
• 2 Nomenclature
  • 2.1 Forme anhydre
  • 2.2 En solution aqueuse
• 3 Comment se forment-ils?
  • 3.1 Dissolution directe des halogénures d'hydrogène
  • 3.2 Dissolution de sels de non-métaux avec des acides
• 4 utilisations
  • 4.1 Nettoyants et solvants
  • 4.2 Catalyseurs acides
  • 4.3 Réactifs pour la synthèse de composés organiques et inorganiques
• 5 exemples
  • 5.1 HF, acide fluorhydrique
  • 5.2 H2S, sulfure d'hydrogène
  • 5.3 HCl, acide chlorhydrique
  • 5.4 HBr, acide bromhydrique
  • 5,5 H2Te, acide tellurhydrique
• 6 Références

Caractéristiques

Physique

-Visiblement, tous les hydracides sont des solutions transparentes, car les HX sont très solubles dans l'eau. Ils peuvent avoir des tons jaunâtres en fonction des concentrations de HX dissous.

-Ce sont des fumeurs, ce qui signifie qu'ils dégagent des fumées denses, corrosives et irritantes (certaines sont même nauséabondes). En effet, les molécules HX sont très volatiles et interagissent avec la vapeur d'eau dans le milieu entourant les solutions. De plus, HX sous ses formes anhydres sont des composés gazeux..

-Les hydracides sont de bons conducteurs d'électricité. Bien que les HX soient des espèces gazeuses aux conditions atmosphériques, lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, ils libèrent des ions (H⁺X^-), qui permettent le passage du courant électrique.

-Ses points d'ébullition sont supérieurs à ceux de ses formes anhydres. Autrement dit, HX (ac), qui désigne l'hydracide, bout à des températures supérieures à HX (g). Par exemple, le chlorure d'hydrogène, HCl (g), bout à -85 ° C, mais l'acide chlorhydrique, son hydracide, autour de 48 ° C..

Parce que? Parce que les molécules HX gazeuses sont entourées de celles de l'eau. Deux types d'interactions peuvent se produire en même temps: les liaisons hydrogène, HX - H_deuxO - HX, ou solvatation ionique, H₃OU ALORS⁺(ac) et X^-(ac). Ce fait est directement lié aux caractéristiques chimiques des hydracides..

Chimique

Les hydracides sont des solutions très acides, donc ils ont des protons acides H₃OU ALORS⁺ disponible pour réagir avec d'autres substances. D'où vient le H₃OU ALORS⁺? De l'atome d'hydrogène à charge partielle positive δ +, qui se dissocie dans l'eau et finit par être incorporé de manière covalente dans une molécule d'eau:

HX (aq) + H_deuxO (l) <=> X^-(ac) + H₃OU ALORS⁺(ac)

Notez que l'équation correspond à une réaction qui établit un équilibre. Lorsque la formation de X^-(ac) + H₃OU ALORS⁺(ac) est thermodynamiquement très favorisé, HX libère son proton acide dans l'eau; et puis celui-ci, avec H₃OU ALORS⁺ en tant que nouveau "support", il peut réagir avec un autre composé, même si ce dernier n'est pas une base forte.

Ce qui précède explique les caractéristiques acides des hydracides. C'est le cas de tout HX dissous dans l'eau; mais certains génèrent des solutions plus acides que d'autres. Et c'est due a quoi? Les raisons peuvent être très compliquées. Tous les HX (ac) ne favorisent pas l'équilibre antérieur vers la droite, c'est-à-dire vers X^-(ac) + H₃OU ALORS⁺(ac).

Acidité

Et l'exception est observée dans l'acide fluorhydrique, HF (aq). Le fluor est très électronégatif, par conséquent, il raccourcit la distance de la liaison H-X, la renforçant contre sa dégradation par l'action de l'eau..

De même, la liaison H-F a un bien meilleur chevauchement pour des raisons de rayon atomique. En revanche, les liaisons H-Cl, H-Br ou H-I sont plus faibles et ont tendance à se dissocier complètement dans l'eau, au point de rompre l'équilibre relevé ci-dessus..

En effet, les autres halogènes ou chalcogènes (le soufre par exemple) ont des rayons atomiques plus grands et, par conséquent, des orbitales plus grandes. Par conséquent, la liaison H-X présente un chevauchement orbitaire plus faible car X est plus grand, ce qui affecte à son tour la force acide au contact de l'eau..

De cette manière, l'ordre décroissant d'acidité pour les hydroacides des halogènes est le suivant: HF< HCl

Nomenclature

Forme anhydre

Comment les hydracides sont-ils nommés? Sous leurs formes anhydres, HX (g), ils doivent être mentionnés comme dicté pour les halogénures d'hydrogène: ajout du suffixe -ide à la fin de leurs noms.

Par exemple, HI (g) consiste en un halogénure (ou hydrure) formé d'hydrogène et d'iode, son nom est donc: iodeaurochs hydrogène. Étant donné que les non-métaux sont généralement plus électronégatifs que l'hydrogène, leur indice d'oxydation est de +1. Dans NaH, en revanche, l'hydrogène a un indice d'oxydation de -1.

C'est une autre manière indirecte de différencier les hydrures moléculaires des halogènes ou les halogénures d'hydrogène d'autres composés..

Une fois que HX (g) entre en contact avec l'eau, il est représenté par HX (ac) et nous avons l'hydracide.

En solution aqueuse

Pour nommer l'hydracide, HX (ac), le suffixe -ide de ses formes anhydres doit être remplacé par le suffixe -hydrique. Et ils devraient être mentionnés en premier lieu comme des acides. Ainsi, pour l'exemple ci-dessus, HI (ac) est nommé: iode acidehydrique.

Comment sont-ils formés?

Dissolution directe des halogénures d'hydrogène

Les hydracides peuvent être formés en dissolvant simplement leurs halogénures d'hydrogène correspondants dans l'eau. Cela peut être représenté par l'équation chimique suivante:

HX (g) => HX (ac)

HX (g) est très soluble dans l'eau, il n'y a donc pas d'équilibre de solubilité, contrairement à sa dissociation ionique pour libérer des protons acides.

Cependant, il existe une méthode de synthèse qui est préférée car elle utilise des sels ou des minéraux comme matière première, en les dissolvant à basse température avec des acides forts..

Dissolution de sels de non-métaux avec des acides

Si le sel de table, NaCl, est dissous avec de l'acide sulfurique concentré, la réaction suivante se produit:

NaCl (s) + H_deuxSW₄(aq) => HCl (aq) + NaHSO₄(ac)

L'acide sulfurique donne l'un de ses protons acides à l'anion chlorure Cl^-, le convertissant ainsi en acide chlorhydrique. Le chlorure d'hydrogène, HCl (g), peut s'échapper de ce mélange car il est très volatil, surtout si sa concentration dans l'eau est très élevée. L'autre sel produit est le sulfate d'acide de sodium, NaHSO₄.

Une autre façon de le produire est de remplacer l'acide sulfurique par de l'acide phosphorique concentré:

NaCl (s) + H₃PO₄(aq) => HCl (aq) + NaH_deuxPO₄(ac)

Le H₃PO₄ réagit de la même manière que H_deuxSW₄, produisant de l'acide chlorhydrique et du phosphate diacide de sodium. NaCl est la source de l'anion Cl^-, de sorte que pour synthétiser les autres hydracides, des sels ou minéraux contenant du F sont nécessaires^-, Br^-, je^-, S^deux-, etc.

Mais, l'utilisation de H_deuxSW₄ ou H₃PO₄ cela dépendra de sa force oxydante. Le H_deuxSW₄ C'est un oxydant très fort, au point qu'il s'oxyde même Br^- et moi^- à leurs formes moléculaires Br_deux et moi_deux; le premier est un liquide rougeâtre et le second un solide violet. Par conséquent, le H₃PO₄ représente l'alternative préférée dans de telles synthèses.

Applications

Nettoyants et solvants

Les hydracides sont essentiellement utilisés pour dissoudre différents types de matière. En effet, ce sont des acides forts et peuvent nettoyer n'importe quelle surface avec modération..

Ses protons acides sont ajoutés aux composés d'impuretés ou de saletés, les rendant solubles dans le milieu aqueux et sont ensuite entraînés par l'eau.

Selon la nature chimique de ladite surface, un hydracide ou un autre peut être utilisé. Par exemple, l'acide fluorhydrique ne peut pas être utilisé pour nettoyer le verre car il les dissoudra sur place. L'acide chlorhydrique est utilisé pour éliminer les taches sur les carreaux de piscine.

Ils sont également capables de dissoudre des roches ou des échantillons solides, puis utilisés à des fins d'analyse ou de production à petite ou grande échelle. Dans la chromatographie d'échange d'ions, de l'acide chlorhydrique dilué est utilisé pour nettoyer la colonne des ions restants..

Catalyseurs acides

Certaines réactions nécessitent des solutions très acides pour les accélérer et réduire le temps qu'elles ont lieu. C'est là que les hydracides entrent en jeu.

Un exemple de ceci est l'utilisation d'acide iodhydrique dans la synthèse d'acide acétique glacial. L'industrie pétrolière a également besoin d'hydracides dans les processus de raffinage.

Réactifs pour la synthèse de composés organiques et inorganiques

Les hydracides fournissent non seulement des protons acides, mais également leurs anions respectifs. Ces anions peuvent réagir avec un composé organique ou inorganique pour former un halogénure spécifique. De cette manière, ils peuvent être synthétisés: fluorures, chlorures, iodures, bromures, sélénures, sulfures et autres composés plus.

Ces halogénures peuvent avoir des applications très diverses. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour synthétiser des polymères, tels que le Téflon; ou intermédiaires, à partir desquels les atomes d'halogène seront incorporés dans les structures moléculaires de certains médicaments.

Supposons que la molécule CH₃CH_deuxOH, éthanol, réagit avec HCl pour former du chlorure d'éthyle:

CH₃CH_deuxOH + HCl => CH₃CH_deuxCl + H_deuxOU ALORS

Chacune de ces réactions cache un mécanisme et de nombreux aspects qui sont considérés dans les synthèses organiques..

Exemples

Il n'y a pas beaucoup d'exemples disponibles pour les hydracides, car le nombre de composés possibles est naturellement limité. Pour cette raison, certains hydracides supplémentaires sont énumérés ci-dessous avec leur nomenclature respective (l'abréviation (ac) est ignorée):

HF, acide fluorhydrique

Hydracide binaire dont les molécules H-F forment de fortes liaisons hydrogène, au point que dans l'eau c'est un acide faible.

H_deuxS, sulfure d'hydrogène

Contrairement aux hydracides considérés jusqu'alors, il est polyatomique, c'est-à-dire qu'il a plus de deux atomes, cependant, il continue d'être binaire car il s'agit de deux éléments: le soufre et l'hydrogène..

Ses molécules angulaires H-S-H ne forment pas de liaisons hydrogène appréciables et peuvent être détectées par leur odeur caractéristique d'œuf pourri..

HCl, acide chlorhydrique

L'un des acides les plus connus de la culture populaire. Il fait même partie de la composition du suc gastrique, présent dans l'estomac, et avec les enzymes digestives, ils dégradent les aliments.

HBr, acide bromhydrique

Comme l'acide iodhydrique, il se compose en phase gazeuse de molécules H-Br linéaires, qui se dissocient en ions H⁺ (H₃OU ALORS⁺) et Br^- quand ils entrent dans l'eau.

H_deuxTe, acide tellurhydrique

Bien que le tellure ait un certain caractère métallique, son hydracide dégage des vapeurs désagréables et hautement toxiques, telles que le séléniure d'hydrogène..

Comme les autres hydracides de chalcogénures (du groupe 16 du tableau périodique), en solution, il produit l'anion Te^deux-, donc sa valence est de -2.

Les références

1. Clark J. (22 avril 2017). L'acidité des halogénures d'hydrogène. Récupéré de: chem.libretexts.org
2. Lumen: Introduction à la chimie. Acides binaires. Tiré de: courses.lumenlearning.com
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juin 2018). Définition de l'acide binaire. Récupéré de: thinkco.com
4. M. D. Scott. Rédaction et nomenclature de formules chimiques. [PDF]. Récupéré de: celinaschools.org
5. Madhusha. (9 février 2018). Distinguer les acides binaires et les oxyacides. Récupéré de: pediaa.com
6. Wikipédia. (2018). Acide hydracide. Récupéré de: es.wikipedia.org
7. Natalie Andrews. (24 avril 2017). Les utilisations de l'acide hydriodique. Récupéré de: scaimer.com
8. StudiousGuy. (2018). Acide fluorhydrique: utilisations et applications importantes. Récupéré de: studiousguy.com