Prova a disegnare la struttura della base coniugata $\ce{CF_3COO^-}$. In generale, più la carica negativa della base coniugata è stabilizzata, più l’equilibrio favorisce quella forma, quindi più l’acido si dissocia, quindi più l’acido è “forte”.
Quindi per un acido più forte (più basso $ce{pK_a}$), la carica negativa deve essere più stabilizzata. Confrontando $\ce{CF_3COOH}$ (TFA) con $\ce{CH_3COOH}$ (useremo l’acido acetico per rappresentare un “tipico” acido carbossilico), il TFA è più forte dell’acido acetico perché la sua base coniugata può stabilizzare meglio la carica negativa. Se disegniamo le strutture delle basi coniugate (vi incoraggio a farlo), vedremo che entrambe possono stabilizzare la carica negativa attraverso la risonanza nel gruppo funzionale carbossilato. Tuttavia, il TFA ha anche tre atomi di fluoro altamente elettronegativi che ritirano la densità di elettroni “attraverso i singoli legami” per induzione.
Come detto sopra, la frazione $\ce{-CF_3}$ è un gruppo che ritira elettroni, per effetto induttivo. Quindi la nostra carica negativa (anzi, la densità di elettroni che rappresenta) sarà leggermente attirata attraverso i legami verso le fluorine, quindi è ulteriormente delocalizzata e quindi più stabile.
Nota che non abbiamo comodi diagrammi strutturali per mostrare l’induzione come facciamo per la risonanza, ma dovresti essere in grado di immaginare gli elettroni che “sbattono” più verso un lato di un legame/gruppo funzionale. È lo stesso concetto di un buon vecchio legame polare come $\ce{H-Cl}$; diciamo che Cl “monopolizza” la densità di elettroni e la tira via da H. Allo stesso modo $\ce{-CF_3}$ attirerà la densità di elettroni verso di sé.
Per riassumere, in generale:
Acido più forte ~ base coniugata più stabile. Ogni volta che vuoi razionalizzare qualitativamente le forze relative di due acidi, disegna le loro basi coniugate e determina quale è più stabile. (Se il tuo acido era neutro, il suo coniugato sarà negativo, e sarà più facile usare questo metodo che per un acido positivo/coniugato neutro). I fattori stabilizzanti sono la dimensione e l’elettronegatività dell’atomo che porta la carica, la delocalizzazione per risonanza della carica, l’ibridazione dell’orbitale che tiene la carica, la delocalizzazione per induzione della carica, e l’iperconiugazione che dona densità elettronica e può destabilizzare una carica negativa. SERHIH, più o meno in quest’ordine di importanza.
In questo esempio, il TFA e l’acido acetico sono legati alla dimensione & dell’elettronegatività perché entrambi mettono la carica su un atomo di ossigeno, legati alla risonanza perché entrambi possono usare la funzionalità del carbossilato, legati all’ibridazione perché gli atomi in un carbossilato sono necessariamente $\mathrm{sp^2}$, ma ora l’induzione è presente nel TFA e non nell’acido acetico, quindi ci aspettiamo che il TFA sia un acido più forte.