أحماض قوية وحموضة فائقة وأقوى حمض في العالم

الأحماض هي مواد شائعة أكثر بكثير مما يدركه الكثير من الناس. إنها موجودة في جميع أنواع الأماكن من الطعام الذي نأكله ، والسوائل التي نشربها ، والبطاريات التي تشغل أجهزتنا ، وأكثر من ذلك. بالإضافة إلى كونها موجودة في كل مكان ، فإن الأحماض متنوعة جدًا أيضًا عندما يتعلق الأمر بخصائصها ، وأهمها حموضتها بشكل عرضي ودقيق. في الأقسام التالية سنراجع مفهوم الحمض من وجهات نظر مختلفة ، وسوف نحدد ماهية الأحماض القوية وسنرى أيضًا أمثلة لأقوى الأحماض المعروفة للعلم.

ما هو حمض؟

هناك عدة مفاهيم مختلفة للأحماض والقواعد. وفقًا لكل من Arrhenius و Bromsted و Lowry ، فإن الحمض هو أي مادة كيميائية لها القدرة على إطلاق البروتونات (H + أيونات ) في المحلول. على الرغم من أن هذا المفهوم مناسب للغالبية العظمى من المركبات التي نعتبرها أحماض ، إلا أنه غير مناسب للمواد الأخرى التي تتصرف مثل الأحماض والتي تنتج محاليل ذات درجة حموضة حمضية ، ولكن على الرغم من ذلك ، لا تحتوي حتى على كاتيونات الهيدروجين فيها. هيكلها.

في ضوء ما سبق ، فإن المفهوم الأوسع والأكثر قبولًا للحمض هو مفهوم أحماض لويس ، والذي وفقًا للحمض هو أي مادة كيميائية ناقصة في الإلكترونات (بشكل عام مع ثماني بتات غير كاملة) قادرة على استقبال زوج من الإلكترونات لكل جزء من القاعدة ، وبالتالي تشكيل رابطة تساهمية أو تنسيقها dative. هذا المفهوم أكثر عمومية من غيره ، لأنه يسمح لنا بتوسيع مفهوم الأحماض والقواعد إلى ما وراء الحلول المائية التي اعتدنا عليها.

كيف يتم قياس الحموضة؟

إذا أردنا التحدث عن الأحماض القوية والضعيفة ، يجب أن يكون لدينا طريقة لقياس القوة النسبية للأحماض ، أي يجب أن نكون قادرين على قياس حموضتها من أجل المقارنة. في المحاليل المائية ، تُقاس الحموضة من حيث القدرة على توليد أيونات الهيدرونيوم في المحلول ، إما عن طريق التبرع المباشر بالبروتونات لجزيئات الماء:

أو عن طريق تنسيق جزيئات الماء التي تنتج فقدان البروتون إلى جزيء ماء ثان:

في كلتا الحالتين ، تكون هذه تفاعلات عكوسة مرتبطة بثابت توازن أيوني يسمى ثابت تفكك الحمض أو ثابت الحموضة ( K a ). غالبًا ما تستخدم قيمة هذا الثابت ، أو لوغاريتمه السلبي ، المسمى pK a ، كمقياس لحموضة الحمض. بهذا المعنى ، كلما ارتفعت قيمة ثابت الحموضة (أو انخفضت قيمة pK a ) ، كلما كان الحمض أقوى ، والعكس صحيح.

هناك طريقة أخرى لقياس درجة الحموضة المتشابهة ، على الرغم من أنها أكثر مباشرة بقليل ، وهي عن طريق القياس التجريبي لدرجة الحموضة لمحاليل الأحماض المختلفة ، ولكن بنفس التركيز المولي. كلما انخفض الرقم الهيدروجيني ، زادت حموضة المادة.

حموضة الأحماض الفائقة

على الرغم من أن الطرق المذكورة أعلاه لقياس الحموضة مناسبة للأحماض في المحاليل المائية ، إلا أنها ليست مفيدة للحالات التي يتم فيها إذابة الأحماض في مذيبات أخرى (خاصة المذيبات غير البروتونية أو غير الهيدروجينية) أو كثيرًا إلا في حالة الأحماض النقية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الماء والمذيبات الأخرى لها ما يسمى بتأثير التسوية الحمضية ، والذي يجعل جميع الأحماض ، بعد مستوى معين من الحموضة ، تتصرف بنفس الطريقة في المحلول.

للتغلب على هذه الصعوبة ، أن جميع الأحماض القوية في المحلول المائي لها نفس الحموضة ، تم ابتكار طرق أخرى لقياس الحموضة. وتسمى هذه الوظائف مجتمعةً وظائف الحموضة ، وأكثرها شيوعًا هي وظيفة Hammett أو H 0 الحموضة . تشبه هذه الوظيفة في مفهوم الأس الهيدروجيني ، وتمثل قدرة حمض برومستيد على بروتونات قاعدة عامة ضعيفة جدًا ، مثل 2،4،6-ترينيترونيلين ، ويتم تقديمها من خلال:

في هذه الحالة ، pK HB + هو اللوغاريتم السالب لثابت الحموضة للحمض المترافق للقاعدة الضعيفة عند إذابته في الحمض النقي ، [B] هو التركيز المولي للقاعدة غير المنشطة ، و [HB + ] هو تركيز حمضه المتقارن. كلما انخفض H 0 ، زادت الحموضة. كمرجع ، يحتوي حمض الكبريتيك على دالة هاميت بقيمة -12.

أحماض قوية وأحماض ضعيفة

تعتبر الأحماض القوية هي كل تلك الأحماض التي تنفصل تمامًا في محلول مائي. بعبارة أخرى ، هي تلك التي يكون فيها التفكك في الماء عملية لا رجعة فيها. من ناحية أخرى ، فإن الأحماض الضعيفة هي تلك التي لا تنفصل تمامًا في الماء لأن تفككها قابل للانعكاس ولديها ثابت حموضة منخفض نسبيًا مرتبط بها.

Superacids

بالإضافة إلى الأحماض القوية ، توجد أيضًا حموضة فائقة. كل هذه الأحماض أقوى من حمض الكبريتيك النقي. هذه الأحماض قوية جدًا لدرجة أنها قادرة على إنتاج البروتونات حتى المواد التي نعتقد عادةً أنها محايدة ، ويمكنها أيضًا إنتاج بروتونات أحماض قوية أخرى.

قائمة الأحماض القوية الشائعة

الأحماض القوية الأكثر شيوعًا هي:

• حامض الكبريتيك (H 2 SO 4 ، فقط التفكك الأول)
• حمض النيتريك (HNO 3 )
• حمض البيركلوريك (HClO 4 )
• حمض الهيدروكلوريك (HCl)
• حمض الهيدرويوديك (HI)
• حمض الهيدروبروميك (HBr)
• حمض ثلاثي فلوروأسيتيك (CF 3 COOH)

هناك بعض الأمثلة الإضافية للأحماض القوية ، لكن معظم الأحماض ضعيفة.

حمض الفلورانتيمونيك: أقوى حمض في العالم

أقوى حمض معروف هو حمض فائق الحموضة يسمى حمض الفلوروأنتيمونيك مع الصيغة HSbF 6 . يتم تحضيره عن طريق تفاعل خماسي فلوريد الأنتيمون (SbF 5 ) مع فلوريد الهيدروجين (HF).

يولد هذا التفاعل أيون سداسي التنسيق [SbF 6 – ] وهو ثابت للغاية بسبب تراكيب الرنين المتعددة التي توزع وتثبت الشحنة السالبة على 6 ذرات فلور ، وهو العنصر الأكثر كهرسلبية في الجدول الدوري.

من حيث الحموضة ، فإن هذا الحمض له قيمة دالة حموضة هاميت بين -21 و -24 ، مما يعني أن هذا الحمض يتراوح بين 10 9 و 10 12 مرة أكثر حمضية من حمض الكبريتيك النقي (تذكر أن وظيفة الحموضة في هاميت هي وظيفة لوغاريتمية ، لذلك كل تغيير في وحدة واحدة يعني تغييرًا واحدًا من حيث الحجم).

قائمة الحموضة الأخرى

• حمض ثلاثي أو حمض ثلاثي فلورو الميثان سلفونيك (CF 3 SO 3 H)
• حمض الفلوروسولفونيك (FSO 3 H)
• حمض السحر (SbF5) -FSO 3 H.

مراجع

Brønsted-Lowry Superacids ووظيفة الحموضة Hammett. (2021 ، 4 أكتوبر). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

تشانغ ، ر. (2021). الكيمياء ( الطبعة ال 11 ). التعليم MCGRAW هيل.

فاريل الأول (2021 ، 21 أكتوبر). ما هو أقوى حمض في العالم؟ تعليم المسؤولية الاجتماعية للشركات. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

جانينجر ، د. (2020 ، 26 أكتوبر). أقوى حمض في العالم – يخنة المعرفة . متوسط. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:٪7E:text=Fluoroantimonic٪20acid٪20is٪20the٪20strongest،a٪20host٪20of٪20other٪ 20 مادة

SciShow. (2016 ، 19 ديسمبر). أقوى الأحماض في العالم [فيديو]. موقع YouTube. https://www.youtube.com/watch؟v=cbN37yRV-ZY