Номер 181, страница 117 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.181. Приведите пример карбоновой кислоты, являющейся сильным электролитом. Какие факторы способствуют её диссоциации?

Большинство карбоновых кислот являются слабыми электролитами. Однако введение в молекулу кислоты сильных электроноакцепторных заместителей вблизи карбоксильной группы ($-COOH$) значительно увеличивает ее кислотность, то есть способность к диссоциации. Такие заместители оттягивают на себя электронную плотность, что приводит к увеличению поляризации связи $O-H$ в карбоксильной группе и облегчает отщепление протона.

Примером такой кислоты является трифторуксусная кислота ($CF_3COOH$). Ее константа диссоциации ($K_a$) составляет примерно $5.9 \times 10^{-1}$, что соответствует показателю кислотности $pK_a \approx 0.23$. Это делает ее сопоставимой по силе с некоторыми неорганическими кислотами и значительно более сильной, чем, например, уксусная кислота ($CH_3COOH$, $pK_a \approx 4.76$).

Усиление кислотных свойств трифторуксусной кислоты и, следовательно, ее высокая степень диссоциации в водных растворах, обусловлены двумя взаимосвязанными факторами.

1. Сильный отрицательный индуктивный эффект (-I) трифторметильной группы ($ -CF_3 $).
Атомы фтора — самые электроотрицательные элементы. Три атома фтора в группе $ -CF_3 $ создают мощный электроноакцепторный эффект. Они стягивают на себя электронную плотность от α-атома углерода, который, в свою очередь, оттягивает ее от карбоксильной группы $ -COOH $. Это приводит к сильной поляризации связи $O-H$, ослабляет ее и способствует легкому отщеплению протона ($H^+$). Схематично смещение электронной плотности можно представить так: $F_3 \leftarrow C \leftarrow COOH$.

2. Стабилизация образующегося аниона (конъюгированного основания).
Диссоциация кислоты — это равновесный процесс: $CF_3COOH \rightleftharpoons CF_3COO^- + H^+$. Равновесие реакции смещается в сторону продуктов, если образующийся анион (в данном случае трифторацетат-анион $CF_3COO^-$) является стабильным. Стабильность трифторацетат-аниона обеспечивается тем, что сильный отрицательный индуктивный эффект группы $ -CF_3 $ "рассредоточивает" (делокализует) отрицательный заряд аниона по большей части молекулы, оттягивая его от карбоксилатной группы. Это, в дополнение к резонансной делокализации заряда между двумя атомами кислорода, значительно снижает плотность отрицательного заряда и, как следствие, стабилизирует анион. Чем стабильнее сопряженное основание, тем сильнее исходная кислота.

Ответ: Примером карбоновой кислоты, являющейся сильным электролитом, является трифторуксусная кислота ($CF_3COOH$). Ее диссоциации способствуют: 1) сильный отрицательный индуктивный эффект (-I) трифторметильной группы ($ -CF_3 $), который поляризует и ослабляет связь $O-H$; 2) стабилизация образующегося трифторацетат-аниона ($CF_3COO^-$) за счет делокализации отрицательного заряда под действием того же индуктивного эффекта.