IChO 2003 · Theory problem 18
The strongest chlorine oxoacid
Which of the following acids is the strongest?
a) perchloric acid, \(\ce{HClO4}\) ( )
b) chloric acid, \(\ce{HClO3}\) ( )
c) chlorous acid, \(\ce{HClO2}\) ( )
d) hypochlorous, \(\ce{HClO}\) ( )
(e) All of them are equally strong because they all contain chlorine ( )
Official English text of the problem.
Answers
- 18: a) Perchloric acid, \(\ce{HClO4}\), SMILES
OCl(=O)(=O)=O. Mark only the box beside a).
Solution
18. The four acids have the following structures, written using conventional localized bonds:
| Acid | SMILES |
|---|---|
| Perchloric acid | OCl(=O)(=O)=O |
| Chloric acid | OCl(=O)=O |
| Chlorous acid | OCl=O |
| Hypochlorous acid | OCl |
For oxoacids of the same central element, acidity increases with the number of additional oxygen atoms attached to that element. These oxygen atoms withdraw electron density, stabilizing the conjugate base formed when the acidic \(\ce{O-H}\) group loses its proton. Delocalization of the conjugate base’s negative charge over oxygen atoms also contributes to this stabilization.
Consequently, the acid-strength order is
\[ \boxed{\ce{HClO4 > HClO3 > HClO2 > HClO}}. \]
Perchloric acid produces the particularly stable, weakly basic perchlorate ion, \(\ce{ClO4^-}\), SMILES [O-]Cl(=O)(=O)=O. This SMILES depicts one localized resonance form; the actual ion has equivalent chlorine–oxygen bonds, with its negative charge delocalized over all four oxygen atoms.
Thus a) perchloric acid is the strongest. Merely containing the same central element does not make these acids equally strong.
The answers were checked against the official answers published by the organisers.
IChO 2003 · Theorieaufgabe 18
Die stärkste Sauerstoffsäure des Chlors
Welche der folgenden Säuren ist die stärkste?
a) Perchlorsäure, \(\ce{HClO4}\) ( )
b) Chlorsäure, \(\ce{HClO3}\) ( )
c) Chlorige Säure, \(\ce{HClO2}\) ( )
d) Hypochlorige Säure, \(\ce{HClO}\) ( )
(e) Alle sind gleich stark, weil sie alle Chlor enthalten ( )
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- 18: a) Perchlorsäure, \(\ce{HClO4}\), SMILES
OCl(=O)(=O)=O. Kreuzen Sie nur das Kästchen neben a) an.
Lösung
18. Die vier Säuren haben die folgenden Strukturen, dargestellt mit konventionellen lokalisierten Bindungen:
| Säure | SMILES |
|---|---|
| Perchlorsäure | OCl(=O)(=O)=O |
| Chlorsäure | OCl(=O)=O |
| Chlorige Säure | OCl=O |
| Hypochlorige Säure | OCl |
Bei Sauerstoffsäuren desselben Zentralelements nimmt die Säurestärke mit der Anzahl zusätzlicher Sauerstoffatome zu, die an dieses Element gebunden sind. Diese Sauerstoffatome ziehen Elektronendichte ab und stabilisieren dadurch die konjugierte Base, die entsteht, wenn die saure \(\ce{O-H}\)-Gruppe ihr Proton abgibt. Auch die Delokalisierung der negativen Ladung der konjugierten Base über Sauerstoffatome trägt zu dieser Stabilisierung bei.
Daraus ergibt sich die folgende Reihenfolge der Säurestärke:
\[ \boxed{\ce{HClO4 > HClO3 > HClO2 > HClO}}. \]
Perchlorsäure bildet das besonders stabile, schwach basische Perchlorat-Ion, \(\ce{ClO4^-}\), SMILES [O-]Cl(=O)(=O)=O. Diese SMILES-Schreibweise stellt eine lokalisierte mesomere Grenzstruktur dar; das tatsächliche Ion besitzt gleichwertige Chlor–Sauerstoff-Bindungen, wobei seine negative Ladung über alle vier Sauerstoffatome delokalisiert ist.
Somit ist a) Perchlorsäure die stärkste. Allein die Tatsache, dass diese Säuren dasselbe Zentralelement enthalten, macht sie nicht gleich stark.
Die Ergebnisse wurden mit den von den Veranstaltern veröffentlichten offiziellen Ergebnissen abgeglichen.
IChO 2003 · Teori sorusu 18
Klorun en kuvvetli oksoasidi
Aşağıdaki asitlerden hangisi en kuvvetlidir?
a) perklorik asit, \(\ce{HClO4}\) ( )
b) klorik asit, \(\ce{HClO3}\) ( )
c) kloröz asit, \(\ce{HClO2}\) ( )
d) hipokloröz asit, \(\ce{HClO}\) ( )
(e) Hepsi klor içerdiğinden hepsi eşit kuvvettedir ( )
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- 18: a) Perklorik asit, \(\ce{HClO4}\), SMILES
OCl(=O)(=O)=O. Yalnızca a) seçeneğinin yanındaki kutucuğu işaretleyin.
Çözüm
18. Dört asidin, geleneksel yerelleşmiş bağlar kullanılarak gösterilen yapıları aşağıdaki gibidir:
| Asit | SMILES |
|---|---|
| Perklorik asit | OCl(=O)(=O)=O |
| Klorik asit | OCl(=O)=O |
| Kloröz asit | OCl=O |
| Hipokloröz asit | OCl |
Merkez atomu aynı element olan oksoasitlerde, bu elemente bağlı ek oksijen atomlarının sayısı arttıkça asitlik artar. Bu oksijen atomları elektron yoğunluğunu kendilerine doğru çekerek, asidik \(\ce{O-H}\) grubu protonunu kaybettiğinde oluşan eşlenik bazı kararlı hâle getirir. Eşlenik bazın negatif yükünün oksijen atomları üzerinde delokalize olması da bu kararlılığa katkıda bulunur.
Dolayısıyla asit kuvveti sıralaması şöyledir:
\[ \boxed{\ce{HClO4 > HClO3 > HClO2 > HClO}}. \]
Perklorik asit, özellikle kararlı ve zayıf bazik özellikte olan perklorat iyonunu, \(\ce{ClO4^-}\), SMILES [O-]Cl(=O)(=O)=O, oluşturur. Bu SMILES, yerelleşmiş bir rezonans yapısını gösterir; gerçek iyonda klor–oksijen bağları eşdeğerdir ve negatif yük dört oksijen atomunun tümü üzerinde delokalizedir.
Bu nedenle a) perklorik asit en kuvvetlidir. Yalnızca aynı merkez elementini içermeleri, bu asitleri eşit kuvvette yapmaz.
Sonuçlar, düzenleyicilerin yayımladığı resmi sonuçlarla karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 2003 · Problema teórico 18
El oxoácido de cloro más fuerte
¿Cuál de los siguientes ácidos es el más fuerte?
a) ácido perclórico, \(\ce{HClO4}\) ( )
b) ácido clórico, \(\ce{HClO3}\) ( )
c) ácido cloroso, \(\ce{HClO2}\) ( )
d) ácido hipocloroso, \(\ce{HClO}\) ( )
(e) Todos son igual de fuertes porque todos contienen cloro ( )
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- 18: a) Ácido perclórico, \(\ce{HClO4}\), SMILES
OCl(=O)(=O)=O. Marque únicamente la casilla junto a a).
Solución
18. Los cuatro ácidos tienen las siguientes estructuras, representadas mediante enlaces localizados convencionales:
| Ácido | SMILES |
|---|---|
| Ácido perclórico | OCl(=O)(=O)=O |
| Ácido clórico | OCl(=O)=O |
| Ácido cloroso | OCl=O |
| Ácido hipocloroso | OCl |
En los oxoácidos de un mismo elemento central, la acidez aumenta con el número de átomos de oxígeno adicionales unidos a dicho elemento. Estos átomos de oxígeno atraen densidad electrónica, lo que estabiliza la base conjugada que se forma cuando el grupo ácido \(\ce{O-H}\) pierde su protón. La deslocalización de la carga negativa de la base conjugada entre los átomos de oxígeno también contribuye a esta estabilización.
Por consiguiente, el orden de fuerza ácida es
\[ \boxed{\ce{HClO4 > HClO3 > HClO2 > HClO}}. \]
El ácido perclórico produce el ion perclorato, particularmente estable y débilmente básico, \(\ce{ClO4^-}\), SMILES [O-]Cl(=O)(=O)=O. Este SMILES representa una forma de resonancia localizada; el ion real tiene enlaces cloro–oxígeno equivalentes, con su carga negativa deslocalizada entre los cuatro átomos de oxígeno.
Por tanto, a) ácido perclórico es el más fuerte. El mero hecho de contener el mismo elemento central no hace que estos ácidos sean igual de fuertes.
Los resultados se comprobaron con los resultados oficiales publicados por los organizadores.
IChO 2003 · 理论题 18
酸性最强的氯含氧酸
下列哪种酸的酸性最强?
a) 高氯酸,\(\ce{HClO4}\) ( )
b) 氯酸,\(\ce{HClO3}\) ( )
c) 亚氯酸,\(\ce{HClO2}\) ( )
d) 次氯酸,\(\ce{HClO}\) ( )
(e) 它们的酸性都一样强,因为它们都含有氯 ( )
题目译自官方英文原文。
答案
- 18: a) 高氯酸,\(\ce{HClO4}\),SMILES
OCl(=O)(=O)=O。只在 a) 旁的方框内打勾。
解答
18. 用常规定域键表示时,这四种酸具有如下结构:
| 酸 | SMILES |
|---|---|
| 高氯酸 | OCl(=O)(=O)=O |
| 氯酸 | OCl(=O)=O |
| 亚氯酸 | OCl=O |
| 次氯酸 | OCl |
对于中心元素相同的含氧酸,与该元素相连的额外氧原子越多,酸性就越强。这些氧原子吸引电子密度,使酸性 \(\ce{O-H}\) 基团失去质子后形成的共轭碱更加稳定。共轭碱的负电荷在氧原子上的离域也有助于这种稳定作用。
因此,酸性强弱顺序为
\[ \boxed{\ce{HClO4 > HClO3 > HClO2 > HClO}}. \]
高氯酸生成特别稳定、碱性很弱的高氯酸根离子,\(\ce{ClO4^-}\),SMILES [O-]Cl(=O)(=O)=O。该 SMILES 表示一种定域的共振式;实际离子中的氯—氧键彼此等价,其负电荷离域分布于全部四个氧原子上。
因此,a) 高氯酸的酸性最强。仅仅含有相同的中心元素,并不意味着这些酸的酸性一样强。
结果已与主办方公布的官方答案核对。
IChO 2003 · Теоретическая задача 18
Самая сильная кислородсодержащая кислота хлора
Какая из следующих кислот является самой сильной?
a) хлорная кислота, \(\ce{HClO4}\) ( )
b) хлорноватая кислота, \(\ce{HClO3}\) ( )
c) хлористая кислота, \(\ce{HClO2}\) ( )
d) хлорноватистая кислота, \(\ce{HClO}\) ( )
(e) Все они одинаково сильные, поскольку все содержат хлор ( )
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- 18: a) Хлорная кислота, \(\ce{HClO4}\), SMILES
OCl(=O)(=O)=O. Отметьте только поле рядом с a).
Решение
18. Эти четыре кислоты имеют следующие структуры, записанные с использованием обычного представления о локализованных связях:
| Кислота | SMILES |
|---|---|
| Хлорная кислота | OCl(=O)(=O)=O |
| Хлорноватая кислота | OCl(=O)=O |
| Хлористая кислота | OCl=O |
| Хлорноватистая кислота | OCl |
Для кислородсодержащих кислот с одним и тем же центральным элементом кислотность возрастает с увеличением числа дополнительных атомов кислорода, связанных с этим элементом. Эти атомы кислорода оттягивают электронную плотность, стабилизируя сопряжённое основание, образующееся при потере протона кислотной группой \(\ce{O-H}\). Делокализация отрицательного заряда сопряжённого основания по атомам кислорода также способствует этой стабилизации.
Следовательно, кислоты располагаются по силе в следующем порядке:
\[ \boxed{\ce{HClO4 > HClO3 > HClO2 > HClO}}. \]
Хлорная кислота образует особенно устойчивый перхлорат-ион со слабыми основными свойствами, \(\ce{ClO4^-}\), SMILES [O-]Cl(=O)(=O)=O. Эта запись SMILES изображает одну локализованную резонансную форму; в действительности в этом ионе все связи хлор–кислород равноценны, а его отрицательный заряд делокализован по всем четырём атомам кислорода.
Таким образом, a) хлорная кислота является самой сильной. Само по себе наличие одного и того же центрального элемента не делает эти кислоты одинаково сильными.
Ответы проверены по официальным ответам, опубликованным организаторами.
IChO 2003 · مسألة نظرية 18
أقوى أحماض الكلور الأكسجينية
أي الأحماض الآتية هو الأقوى؟
a) حمض البيركلوريك، \(\ce{HClO4}\) ( )
b) حمض الكلوريك، \(\ce{HClO3}\) ( )
c) حمض الكلوروز، \(\ce{HClO2}\) ( )
d) حمض الهيبوكلوروز، \(\ce{HClO}\) ( )
(e) جميعها متساوية في القوة لأنها جميعًا تحتوي على الكلور ( )
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- 18: a) حمض البيركلوريك، \(\ce{HClO4}\)، SMILES
OCl(=O)(=O)=O. ضع علامة في المربع المجاور لـ a) فقط.
الحل
18. للأحماض الأربعة البنى الآتية، المكتوبة باستخدام الروابط الموضعية التقليدية:
| الحمض | SMILES |
|---|---|
| حمض البيركلوريك | OCl(=O)(=O)=O |
| حمض الكلوريك | OCl(=O)=O |
| حمض الكلوروز | OCl=O |
| حمض الهيبوكلوروز | OCl |
في الأحماض الأكسجينية التي لها العنصر المركزي نفسه، تزداد الحموضة بزيادة عدد ذرات الأكسجين الإضافية المرتبطة بذلك العنصر. تسحب ذرات الأكسجين هذه الكثافة الإلكترونية، مما يثبّت القاعدة المرافقة المتكوّنة عندما تفقد مجموعة \(\ce{O-H}\) الحمضية بروتونها. كما يسهم عدم تمركز الشحنة السالبة للقاعدة المرافقة وتوزّعها على ذرات الأكسجين في هذا التثبيت.
وعليه، فإن ترتيب قوة الأحماض هو
\[ \boxed{\ce{HClO4 > HClO3 > HClO2 > HClO}}. \]
ينتج حمض البيركلوريك أيون البيركلورات، \(\ce{ClO4^-}\)، SMILES [O-]Cl(=O)(=O)=O، الذي يتميز بثبات كبير وقاعدية ضعيفة. يمثّل هذا الترميز بصيغة SMILES إحدى صيغ الرنين ذات الروابط الموضعية؛ أما الأيون الفعلي فله روابط متكافئة بين الكلور والأكسجين، وتكون شحنته السالبة غير متمركزة وموزّعة على ذرات الأكسجين الأربع جميعها.
إذن، a) حمض البيركلوريك هو الأقوى. إن مجرد احتواء هذه الأحماض على العنصر المركزي نفسه لا يجعلها متساوية في القوة.
تمت مراجعة النتائج بمقارنتها بالنتائج الرسمية التي نشرها المنظمون.