Типичный состав гидроксидов s- и p-элементов следующий:
Независимо от типа химической связи, состав высших гидроксидов выражается
формулой Э(ОН)n, где n равно номеру группы. Например,
NaOH, Ca(OH)2, B(OH)3 или H3BO3, Te(OH)6
или H6TeO6 и т. д.
Эта общая формула справедлива для всех элементов IA, IIA, IIB, IIIA и IIIB
групп. Атомы остальных элементов (кроме элементов IB группы), как правило, не
могут удержать вокруг себя столько гидроксильных групп, теряют воду и
превращаются в оксид-гидроксиды (метагидроксиды). Например, вместо " ортосерной"
кислоты S(OH)6 или H6SO6 сера образует обычную
серную кислоту H2SO4 или SO2(OH)2,
но для теллура аналогичная ортокислота существует - это уже упомянутая
ортотеллуровая кислота H6TeO6. Существует ортокислота и у
кремния - H4SiO4 (ортокремневая), но не существует у
углерода. Склонность элементов правого верхнего угла длиннопериодной таблицы
образовывать вместо ортогидроксидов метагидроксиды объясняется уменьшением в
этом направлении радиусов атомов, что приводит к уменьшению максимально
возможного координационного числа (числа ближайших соседей) и возрастанию
энергии двойных связей между атомами элемента и атомами кислорода. Обратите
внимание, что при переходе от ортогидроксида к метагидроксиду степень окисления
центрального атома остается прежней.
Почему же кислоту H3PO4 называют ортофосфорной?
Исторически сложилось так, что " ортокислотами" называют кислоты не с
максимально возможным теоретически числом гидроксильных групп в молекуле, а с
практически максимальным. Фосфор не образует гидроксида P(OH)5
(координационное число 5), максимально возможное число гидроксильных групп у
него в кислоте PO(OH)3 или H3PO4
(координационное число 4) - ее и называют ортофосфорной.
Кислотно-основный характер гидроксидов и его изменение в ЕСЭ соответствуют
аналогичным характеристикам оксидов. Сила молекулярных оксокислот
существеннейшим образом зависит от строения их молекул:
Чем больше в молекуле кислоты атомов кислорода, связанных с центральным
атомом двойными связями, тем сильнее эта кислота.
Причины такой зависимости кислотных свойств от строения связаны с различной
устойчивостью анионов, образующихся в результате потери молекулами кислот своих
протонов. Сравним две кислоты: HClO2 и HClO3. В результате
реакций нейтрализации из них образуются ионы ClO2
и ClO3
.
Структурные формулы этих ионов:
Экспериментально установлено, что два атома кислорода в хлорит-ионе абсолютно одинаковы. Точно также абсолютно одинаковы и три атома кислорода в хлорат-ионе. Соответственно, одинаковы и заряды этих атомов кислорода. Следовательно, структурные формулы этих ионов должны записываться следующим образом:
Дробные частичные заряды в таких формулах означают, что "лишний" электрон с
равной вероятностью можно обнаружить в каждом из атомов кислорода. Иными
словами, частичный заряд оказывается рассредоточен (" размазан" , делокализован)
по всем атомам кислорода. При прочих равных условиях, чем меньше частичный заряд
на каждом из атомов, тем устойчивее данный анион (это непосредственно следует из
закона Кулона: меньше заряд
меньше силы отталкивания
меньше энергия частицы). Отсюда следует, что образование хлорат-иона
энергетически более выгодно, чем образование хлорит иона, и, следовательно,
кислота HClO3 сильнее, чем HClO2.