Oxoàcid

Un oxoàcid és un compost químic que conté oxigen, almenys un altre element i almenys un hidrogen lligat a l'oxigen, $\mathrm{H}-\mathrm{O}-\mathrm{X}$, i que produeix una base conjugada per la pèrdua d'ions d'hidrogen (hidrons) positius, $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$. Són exemples d'oxoàcids inorgànics l'àcid nítric $\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$, l'àcid sulfúric $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$ i l'àcid fosfòric $\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$. Qualsevol àcid carboxílic $\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$ és un exemple d'oxoàcid orgànic.

• 
  Estructura de l'àcid nítric
• 
  Estructura de l'àcid sulfúric
• 
  Estructura de l'àcid fosfòric
• 
  Estructura de l'àcid acètic

Els oxoàcids inorgànics presenten enllaços del tipus hidrogen-oxigen-heteroàtom amb una fórmula general $\mathrm{H}{\phantom{A}}_m\mathrm{X}\mathrm{O}{\phantom{A}}_n$. Si $\mathrm{X}$ és un no-metall o un metal·loide, aquestes espècies acostumen a ser àcids de Brønsted. Amb molt poques excepcions, principalment els oxoàcids de fòsfor, l'hidrogen està enllaçat exclusivament amb l'oxigen i no amb l'heteroàtom.

La força àcida dels oxoàcids depèn de diversos factors. Si té més d'un hidrogen ionitzable, les constants d'acidesa segueixen l'ordre K_a1 > K_a2 > K_a3. Com a regla general, les successives constants d'acidesa estan separades per uns cinc ordres de magnitud, per exemple per a l'àcid fosfòric $\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$: pK_a1 = 2,1, pK_a2 = 7,2 i pK_a3 = 12,4. Les reaccions són:

$$\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{\mathrm{K}{\phantom{A}}_{a1}}{\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}$$$$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{\mathrm{K}{\phantom{A}}_{a2}}{\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}}\mathrm{H}\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}$$$$\mathrm{H}\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{\mathrm{K}{\phantom{A}}_{a3}}{\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}}\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{3-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}$$

Per altra banda, l'acidesa és més gran com més electronegatiu és l'heteroàtom. Per exemple el valor de K_a augmenta segons la sèrie $\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4<\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4<\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$, ja que les electronegativitats d'aquests heteroàtoms d'un mateix període de la taula periòdica varien igual: 2,1 < 2,5 < 3,0. També l'acidesa augmenta en la sèrie d'oxoàcids d'elements del mateix grup de la taula periòdica, com ara els halògens. Així hom troba l'ordre $\mathrm{H}\mathrm{I}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3<\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3<\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ perquè les electronegativitats augmenten: 2,5 < 2,8 < 3,0. A més, l'acidesa s'incrementa per l'addició de grups atraients d'electrons, com $-\mathrm{F}$ o $-\mathrm{C}\mathrm{F}{\phantom{A}}_3$, sobre l'heteroàtom, per exemple $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4<\mathrm{H}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\mathrm{F}$. Finalment l'acidesa augmenta en augmentar el nombre d'àtoms d'oxigen que conté l'oxoàcid. Per exemple, per als oxoàcids del clor, K_a augmenta en el sentit $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}<\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2<\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3<\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$. De nou aquí la diferència entre les successives constants d'acidesa és d'aproximadament cinc ordres de magnitud.

Ús industrial

Transport per tren d'àcid sulfúric

Els oxoàcids més importants des del punt de vista industrial són l'àcid sulfúric i l'àcid nítric. L'àcid sulfúric és un dels productes químics industrials de major volum produïts al món. La producció de fertilitzants, especialment els fertilitzants a partir d'àcid fosfòric de procés humit, és el principal mercat d'ús final de l'àcid sulfúric, que representa més del 60% del consum mundial total el 2017. La Xina és el principal mercat, que representà més del 37% del consum el 2017, seguit d'Amèrica del Nord amb prop d'un 16%. Se'n produeixen aproximadament 165 milions de tones anuals a tot el món. El mercat més gran d'àcid nítric és la producció de nitrat d'amoni $\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ i nitrat d'amoni i calci $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4(\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_3$, que representà gairebé el 77% del consum mundial d'àcid nítric el 2016. L'ús final principal del nitrat d'amoni per a fertilitzants està en davallada a causa de les preocupacions sobre la contaminació per nitrats i problemes de seguretat, ja que pot emprar-se com explosiu. La producció el 2016 fou de 62,2 milions de tones.