なぜ硫酸が酸をしめすのか

質問

なぜ硫酸は酸を示すのですか？？調べたら、硫黄（S)がｄ軌道が関与しているみたいな子とを書いていましたが、いまいち
分かりません。

回答No.1

noname#160321 · ベストアンサー

>調べたら、硫黄（S)がｄ軌道が関与しているみたいな子とを書いていましたが、
硫黄の化学ではｄ軌道の寄与はほとんど考えなくて良いというのが現在の通念です。
硫酸が強い酸であるのは、硫酸イオン(ＳＯ4^-2）が非常に高い対称性、ＴＨ(正四面体）を持っているため、量子論的に安定だからです。
ＳＯ4^-2では四つの酸素が「完全に等価」であり、二つの負電荷は事実上四つの酸素上に-1/2ずつ分布しています。
このように対称性が高いと安定化が進みます。
硝酸(ＨＮＯ3）でも硝酸イオンＮＯ3^-では三つの酸素が等価で負電荷が-1/3ずつに分かれて分布していると考えて良いのですが、窒素を頂点とするピラミッド型のＣ3vの対称性のため硫酸より対称性が低くそのぶん酸としては弱くなります。
硫酸より亜硫酸が弱いのは亜硫酸イオンＳＯ3^2-が硝酸と同じ対称性であるのが一つの理由です。
もう一つの理由は電気陰性度の大きい酸素が負電荷を安定化する為です。
m(_ _)m

回答No.2

noname#62864

物質が酸になるということは、H+を放出しやすいということです。強い酸になるためには、化学平衡がH+を放出する側（下式では右側）に偏っている必要があります。硫酸の場合には２価の酸ですので、それは下式のように２段階になります（←→は化学平衡を意味すると考えて下さい）。
H2SO4←→H+ + HSO3-←→2H+ + SO4(2-)

次に問題になるのは、どういう要因によって、上記の化学平衡が右に偏るのかということです。
その要因というのは、右辺の安定性と左辺の不安定性です。つまり、右辺が安定で、かつ左辺が不安定であるほど平衡は右に偏りやすいということです。具体的にはSO4(2-)あるいはHSO4-の安定性とH2SO4の状態の不安定性を評価すれば良いことになります。なぜなら、H+に関しては、すべての酸で共通ですから、これの評価はあまり意味がないからです。

SO4(2-)が安定である理由というのは、No.1のご回答に書かれているとおりであり、要するに負電荷を分散させることができるからです。一般に、電荷が集中しているよりも分散している方が安定性は高くなります。SO4(2-)においては、負電荷が４個の酸素上に分散しています。また、酸素の電気陰性度の大きさがそれに寄与しているでしょうし、イオウのd軌道が寄与しているかもしれません（これについては確かではありませんが）。

また、H2SO4の状態の不安定さに関しては、H2SO4のO-H結合が、水のO-H結合よりも切れやすくなる要因が重要であると思います。
H2SO4のS-O-H結合部分において、Sには別の酸素原子が結合しており、しかも酸素原子は電気陰性度が非常に大きいために自分の方に電子を引っ張っています。そのため、S-O-HのSの部分の電子密度が低下し、そのあおりで、Oの電子密度も低下し、さらにはO-H結合に使われている電子対もSの側に引き寄せられることになります。結果的に、Hの電子密度までが低下することになり、H上に生じる正電荷が大きくなり、H+としてとれやすくなっているのだと思います。