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オキシ酸、オキソ酸、または三元酸は、酸素を含む酸です。具体的には、水素、酸素、および少なくとも1つの他の元素を含む化合物であり、少なくとも1つの水素原子が酸素に結合して解離し、酸のH +陽イオンと陰イオンを生成することができます。 [1]
説明
ラヴォアジエの当初の理論では、すべての酸には酸素が含まれており、これはギリシャ語の ὀξύς ( oxys : 酸、鋭い ) と語源 -γενής ( -genes : 創造者 ) から名付けられました。後に、一部の酸、特に塩酸には酸素が含まれていないことが発見され、酸はオキソ酸とこれらの新しい水素酸に分けられました。
すべてのオキシ酸は酸性水素が酸素原子に結合しているため、二元非金属水素化物の場合のように結合強度 (長さ) は要因ではありません。むしろ、中心原子の電気陰性度と酸素原子の数によってオキシ酸の酸性度が決まります。中心原子が同じオキシ酸の場合、酸の強さは結合している酸素原子の数に応じて増加します。結合している酸素原子の数が同じであれば、中心原子の電気陰性度が増加するほど酸の強さが増加します。
脱プロトン化された形の塩（オキシアニオンとして知られる化合物のクラス）と比較すると、オキシ酸は一般に安定性が低く、それらの多くは仮想種としてのみ形式的に存在するか、または溶液中にのみ存在し、純粋な形で単離することができません。これにはいくつかの一般的な理由があります：（1）それらは凝縮してオリゴマーを形成する（例：H 2 CrO 4からH 2 Cr 2 O 7）、または完全に脱水されて無水物を形成する（例：H 2 CO 3からCO 2）、（2）それらはより高い酸化状態の1つの化合物とより低い酸化状態の別の化合物に不均化する可能性があります（例：HClO 2からHClOとHClO 3 ）、または（3）それらはほぼ完全に別のより安定した互変異性体として存在する可能性があります（例：亜リン酸P(OH) 3 はほぼ完全にホスホン酸HP(=O)(OH) 2として存在します）。それにもかかわらず、過塩素酸 (HClO 4 )、硫酸 (H 2 SO 4 )、および硝酸 (HNO 3 ) は、純粋な物質として比較的簡単に調製できる一般的な酸素酸です。
イミド酸は、オキシ酸中の=Oを=NRに置き換えることによって生成される。[2]
プロパティ
酸素酸分子はX−O−Hの構造を持ち、中心原子Xに他の原子または原子団が結合することができます。溶液中では、このような分子は2つの異なる方法でイオンに解離します。
- X−O−H ⇌ (X−O) − + H +
- X−O−H ⇌ X + + OH − [3]
中心原子 X が強い電気陰性度を持つ場合、酸素原子の電子を強く引き付けます。その場合、酸素原子と水素原子の結合は弱く、化合物は上記の 2 つの化学式のうち前者の方法で容易にイオン化します。この場合、化合物 XOH は、陽子、つまり水素イオンを放出するため、酸です。たとえば、窒素、硫黄、塩素は電気陰性度が強い元素であるため、硝酸、硫酸、過塩素酸は強酸です。
しかし、Xの電気陰性度が低い場合、化合物は後者の化学式に従ってイオンに解離し、XOHはアルカリ性 水酸化物になります。このような化合物の例としては、水酸化ナトリウムNaOHや水酸化カルシウムCa(OH) 2などがあります。[3]しかし、酸素の電気陰性度が高いため、水酸化ナトリウムなどの一般的なオキソ塩基のほとんどは、水中では強い塩基性を示しますが、他の塩基と比較すると中程度の塩基性しかありません。たとえば、水酸化ナトリウムの共役酸である水のpKaは14.0ですが、ナトリウムアミドであるアンモニアのpKaは40に近いため、水酸化ナトリウムはナトリウムアミドよりもはるかに弱い塩基になります。[3]
Xの電気陰性度がその中間にある場合、化合物は両性である可能性があり、その場合、塩基と反応する場合は前者、酸と反応する場合は後者のどちらの方法でもイオンに解離する可能性があります。この例としては、エタノールなどの脂肪族アルコールが挙げられます。[3]
無機酸素酸は、通常、H m XO n型の化学式を持ちます。ここで、Xは中心原子として機能する原子であり、パラメータmとnは元素Xの酸化状態に依存します。ほとんどの場合、元素Xは非金属ですが、クロムやマンガンなどの一部の金属は、最高の酸化状態で発生すると酸素酸を形成することがあります。[3]
酸素酸を加熱すると、その多くは水と酸の無水物に解離する。ほとんどの場合、このような無水物は非金属の酸化物である。例えば、二酸化炭素（CO 2 ）は炭酸（H 2 CO 3 ）の無水物であり、三酸化硫黄（SO 3 ）は硫酸（H 2 SO 4 ）の無水物である。これらの無水物は水とすぐに反応し、再び酸素酸を形成する。[4]
カルボン酸やフェノールなどの多くの有機酸は酸素酸です。[3]しかし、その分子構造は無機酸素酸よりもはるかに複雑です。
一般的に見られる酸のほとんどは酸素酸です。[3]実際、18世紀にラヴォアジエはすべての酸に酸素が含まれており、酸素が酸の酸性の原因であると仮定しました。このため、彼はこの元素にギリシャ語に由来し、酸を作るという意味のオキシゲニウムという名前を与えました。この名前は、多かれ少なかれ修正された形で現在でもほとんどの言語で使用されています。[5]しかし後にハンフリー・デービーは、いわゆる塩酸は強酸であるにもかかわらず酸素を含まず、塩化水素HClの溶液であることを示しました。 [6]酸素を含まないこのような酸は現在ではヒドロ酸として知られています。
無機酸素酸の名称
多くの無機酸素酸は、伝統的に「酸」という単語で終わる名前で呼ばれており、多少修正された形で、水素と酸素に加えてそれらに含まれる元素の名前も含まれています。そのような酸のよく知られた例としては、硫酸、硝酸、リン酸があります。
この慣習は十分に確立されており、IUPACもそのような名前を受け入れています。現在の化学命名法に照らし合わせると、この慣習は例外です。なぜなら、化合物の体系的な名前は、それらが持つ他の特性（例えば酸性度）ではなく、含まれる元素と分子構造に従って形成されるからです。[7]
しかし、IUPACは、まだ発見されていない将来の化合物を「酸」という単語で終わる名前で呼ぶことを推奨していません。[7]実際、酸は、対応する陰イオンの前に「水素」という単語を追加した名前で呼ぶことができます。たとえば、硫酸は硫酸水素（または硫酸二水素）と呼ぶこともできます。[8]実際、IUPACの規則によると、硫酸の完全な体系的な名前はジヒドロキシドジオキシド硫黄であり、硫酸イオンはテトラオキシド硫酸（2−）です。[9]しかし、そのような名前はほとんど使用されていません。
しかし、同じ元素が水素や酸素と化合すると、複数の酸を形成することがある。そのような場合、英語では、酸素原子を多く含む酸の元素名には接尾辞-ic を使用し、酸素原子を少なく含む酸の元素名には接尾辞-ous を使用するのが、酸を区別する慣例となっている。したがって、たとえば、硫酸は H 2 SO 4、亜硫酸はH 2 SO 3である。同様に、硝酸は HNO 3、亜硝酸は HNO 2である。中心原子として同じ元素を持つ酸素酸が 2 つ以上ある場合、場合によっては、酸の名前に接頭辞per-またはhypo- を付加して区別する。ただし、接頭辞per- は、中心原子がハロゲンまたは第 7 族元素である場合にのみ使用される。[8]たとえば、塩素には次の 4 つの酸素酸がある。
いくつかの元素原子は、過ハロゲン酸よりも 1 つ多くの二重結合酸素原子を保持できるほど高い酸化状態で存在できます。その場合、そのような元素に関する酸には接頭辞hyper- が付けられます。現在、この接頭辞を持つ酸として知られているのは、ハイパールテニウム酸 H 2 RuO 5だけです。
接尾辞-ite は、名前が接尾辞-ousで終わる酸から派生した陰イオンや塩の名前に現れます。一方、接尾辞-ate は、名前が接尾辞-icで終わる酸から派生した陰イオンや塩の名前に現れます。接頭辞hypo-とper- は、陰イオンや塩の名前に現れます。たとえば、イオンClO−
4過塩素酸塩と呼ばれる。[8]
少数のケースでは、接頭辞のオルト-およびパラ-は、一部の酸素酸とその誘導体アニオンの名称に用いられる。このような場合、パラ-酸は、水分子がオルト-酸分子から分離された場合にオルト-酸の残りと考えられるものである。例えば、リン酸、H 3 PO 4は、メタリン酸、HPO 3と区別するために、オルトリン酸と呼ばれることがある。[8]しかし、 IUPACの現在の規則によれば、接頭辞のオルト-は、オルトテルル酸、オルト過ヨウ素酸、およびそれらの対応するアニオンと塩の名称にのみ使用されるべきである。[10]
例
以下の表では、式とアニオンの名前は、酸が水素原子をすべて失って陽子になったときに残るものを指します。ただし、これらの酸の多くは多価イオンであり、その場合、1 つ以上の中間アニオンも存在します。このようなアニオンの名前には、接頭辞の水素(古い命名法ではbi- ) が付けられ、必要に応じて数字の接頭辞が付けられます。たとえば、SO2−4
...は硫酸陰イオンであり、HSO−
4、硫酸水素（または重硫酸）アニオン。同様に、PO3−4 3−4
4 ...リン酸、HPO2−4
...はリン酸水素であり、H
2PO−
4リン酸二水素です。
出典
- キビネン、アンティ。マキティエ、オスモ (1988)。ケミア（フィンランド語）。フィンランド、ヘルシンキ：オタヴァ。ISBN 951-1-10136-6。
- 無機化合物命名法、IUPAC勧告2005（レッドブック2005）。国際純正応用化学連合。2005年。ISBN 0-85404-438-8。[リンク切れ ]
- オタヴァン・スーリ百科事典、第 2 巻 (シド・ハーベイ) (フィンランド語)。フィンランド、ヘルシンキ：オタヴァ。 1977年。ISBN 951-1-04170-3。
参照
参考文献
- ^ 化学、国際純正応用連合。IUPAC化学用語集。IUPAC。doi : 10.1351/goldbook.O04374。
- ^ 化学、国際純正応用連合。IUPAC化学用語集。IUPAC。doi : 10.1351/goldbook.I02949。
- ^ abcdefg キヴィネン、マキティエ：ケミア、p. 202-203、章=ハピハポット
- ^ 「ハポット」。オタヴァン イソ フォクス、パート 2 (El-Io)。オタヴァ。 1973 年。 990.ISBN 951-1-00272-4。
- ^ オタヴァン スーリ百科事典、s. 1606年、芸術。はっぴ
- ^ オタヴァン スーリ百科事典、s. 1605年、芸術。ハポット ジャ エクスセット
- ^ ab レッドブック 2005、s. 124、章 IR-8: 無機酸および誘導体
- ^ abcde Kivinen、Mäkitie: Kemia、p. 459-461、章 ケミアン・ニミスト: ハポット
- ^ ab レッドブック 2005、p. 129-132、表 IR-8-1
- ^ abcd Red Book 2005、p. 132、注a
- ^ 電気化学電源百科事典。Garche, Jürgen.、Dyer, Chris K. アムステルダム: Academic Press。2009年、p. 854。ISBN 978-0444527455. OCLC 656362152.
{{cite book}}: CS1 メンテナンス: その他 (リンク) - ^ 「CSID:7827570 | O2S2 | ChemSpider」www.chemspider.com . 2023年1月1日閲覧。
外部リンク
- 「オキソ酸」の IUPAC 定義 (ゴールドブックより)