Homearأحماض قوية وحموضة فائقة وأقوى حمض في العالم

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:

أحماض قوية وحموضة فائقة وأقوى حمض في العالم

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

أحماض قوية وحموضة فائقة وأقوى حمض في العالم

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:

وظيفة حاميت هاميت

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).

حمض الفلورانتيمونيك ، أقوى حمض في العالم.

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