Rangschikken naar zuurheid

Moderator: ArcherBarry

Reageer
Berichten: 136

Rangschikken naar zuurheid

Dag allemaal

Bij de volgende oefening rond rangschikken naar zuurheid loop ik wat vast.
De verbindingen die ik moet rangschikken zijn: H3O+, NH4+, CH3OH2+ en CH3NH3+

Omdat N minder elektronegatief is dan zuurstof zal NH4+ een zwakker zuur zijn de H3O+
Om dezelfde rede denk ik dus dat CH3NH3+ een zwakker zuur is dan CH3OH2+

Vervolgens zou ik CH3OH2+ en H3O+ willen vergelijken en daar loop ik vast, is de CH3 hier een elektronenduwer of elektronenzuiger? Op het internet vind ik dat het in dit geval een zuiger is. Ik begrijp dus niet waarom. C is toch minder elektronegatief dan O?

CH3 groep is volgens mijn cursus organische chemie elektronenduwend als ik daarop verder bouw dan zou die CH3 elektronendichtheid richting de O moeten duwen waardoor stabilisatie. H3O+ zou dan dus een sterker zuur moeten zijn dan CH3OH2+ maar volgens mijn PSE is het net het omgekeerde. Wat is de rede hiervoor?
(Los daarvan blijkt ook dat methanol meer zuur is de water maar dat ethanol dan plots minder zuur is dan water.)

Groetjes

Autodidact1

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.
Gebruikersavatar
Berichten: 9.661

Re: Rangschikken naar zuurheid

Wat betreft CH3OH2+ en H3O+ moet je de vergelijking trekken tussen CH3 en H, niet tussen CH3 en O.

De vraag of CH3 elektronstuwend of zuigend is: beide. Via inductie is CH3 elektronzuigend, want C is ietsje meer elektronegatief dan H. Maar via hyperconjugatie is CH3 stuwend, want de C-H bindingen kunnen overlappen met een leeg p-orbitaal, en op die manier een carbokation stabiliseren.

In veel gevallen is de stabilisatie door hyperconjugatie van belang. Niet alleen oefeningen uit het boek, maar ook bij veel reactiemechanismes. In de praktijk kennen we methyl- en andere alkylgroepen dan ook als elektronenstuwers. Echter, in dit geval geldt: Een O-atoom heeft geen leeg p-orbitaal, dus stabilisatie door hyperconjugatie is niet aan de orde. Blijft over dat een C-atoom ietsje harder aan de elektronen trekt dan een H-atoom dat doet. Daardoor is de positieve lading op CH3OH2+ minder gunstig dan op H3O+. En ook daardoor is de negatieve lading op CH3O- minder ongunstig dan op OH-. En daardoor is methyloxonium een sterker zuur dan hydroxonium, en is methanol een sterker zuur dan water.

Als je deze redenering doortrekt zou je ook moeten concluderen dan ethanol een sterker zuur is dan methanol, en dus ook sterker dan water. En in principe is dat ook zo. Alleen, dan hebben we het wel over theoretische zuursterktes, voor de moleculen in de gasfase. Je kijkt dan alleen naar de stabiliteit van de afzonderlijke ionen, zonder de interactie met de omgeving te beschouwen. In de praktijk zullen zuursterktes een rol spelen in oplossing, en dan moet je ook de solvatie, dus de stabilisatie van de ionen door het oplosmiddel, meenemen. En dan blijkt dat OCH3- gemakkelijker en dus beter gestabiliseerd kan worden dan C2H5O-. In water in ieder geval. In andere oplosmiddelen kunnen weer andere dingen een rol spelen.

Berichten: 136

Re: Rangschikken naar zuurheid

Oke, ik begrijp het. Maar als het bovenstaande gebruik voor CH3NH3+ en NH4+ dan zou CH3NH3+ een sterker zuur moeten zijn dan NH4+. Maar uit het PSE blijkt dit niet zo te zijn (CH3NH3+ pka van 10,7 en NH4+ een pka 9,25). Stikstof heeft toch ook geen vrij p-orbitaal want N is sp3 gehybridiseerd.

Gebruikersavatar
Berichten: 9.661

Re: Rangschikken naar zuurheid

In water of in de gasfase? Ik weet niet wat het PSE is dus kan ook niet achterhalen waar die getallen betrekking op hebben, maar ik vermoed dat het om pKa's in water gaat.

Ik heb het in mijn vorige bericht niet zo duidelijk verwoord, maar waar het echt op neerkomt, is dat voor dit soort moleculen effecten rondom solvatatie veel belangrijker zijn dan elektronische effecten zoals hyperconjugatie.

En dat maakt het echt lastig, omdat je te maken hebt met (in dit geval) de stabiliteit van NH3 en NH4+ in oplossing tegenover de stabiliteit van CH3NH2 en CH3NH3+ in oplossing.

Berichten: 136

Re: Rangschikken naar zuurheid

Inderdaad, het gaat over pka's in water. PSE is periodiek systeem der elementen, op school wordt dit veel als afkorting gebruikt. Zijn het toevallig waterstofbruggen die hier de stabiliteit mee gaan bepalen?

NH3 en CH3NH2 zijn respectievelijk de geconjugeerde basen van NH4+ en CH3NH3+. Beide kunnen waterstofbruggen vormen maar voor CH3NH2 gaat dit minder goed door die methylgroep.

NH3 is dus meer stabiele base dan CH3NH2. Dus NH4+ is een sterker zuur dan CH3NH3+

Berichten: 136

Re: Rangschikken naar zuurheid

De beredenering met H-bruggen houdt niet bij het vergelijken tussen H3O+ en CH3OH2+, ik sla de bal dus verkeerd denk ik.

Gebruikersavatar
Berichten: 9.661

Re: Rangschikken naar zuurheid

PSE als afkoring van periodiek systeem ken ik wel, maar daar staan toch geen pKa's van allerlei stoffen in?

Waterstofbruggen spelen inderdaad een rol. Hoe meer en hoe sterker een stof waterstofbruggen kan vormen (met water), hoe beter de oplosbaarheid in water.

CH3NH2 kan wel waterstofbruggen vormen, maar die zijn redelijk zwak. De waterstofbruggen van de NH2-groep helpen dus niet zo hard mee om de CH3-groep opgelost te krijgen, daar waar dat bij NH3 geen enkel probleem is. Protonering maakt dus bij CH3NH2 een groter verschil dan bij NH3.

Voor H2O en CH3OH is de trend andersom, maar ook dat heeft met waterstofbruggen te maken. OH groepen maken sterkere waterstofbruggen dan NH-groepen (omdat O meer elektronegatief is dan N). Het molecuul CH3OH is sowieso meer polair dan CH3NH2 omdat de C-O binding meer polair is dan de C-N binding. En het molecuul is ook, ietsje, kleiner. Al met al is het effect van protonering op de oplosbaarheid CH3OH niet zo groot als dat effect op CH3NH2 is.

Dit zijn overigens geen dingen die je met wat basiskennis organische chemie zou moeten kunnen beredeneren. En ook met redelijke verregaande kennis nog niet. Er spelen soms zó veel effecten een rol dat je het simpelweg bijna niet kúnt voorspellen. Hooguit kun je, als je het antwoord al weet, proberen te beredeneren waarom dat zo is, concluderen dat een bepaald effect in dat specifieke geval kennelijk sterker is dan een bepaald ander effect, en vervolgens beredeneren waarom, of proberen experimenten te doen om dat aan te tonen.

Reageer