HomebgСилни киселини, суперкиселини и най-силната киселина в света

Силни киселини, суперкиселини и най-силната киселина в света

Киселините са много по-често срещани вещества, отколкото много хора осъзнават. Те присъстват на всякакви места от храната, която ядем, течностите, които пием, батериите, които захранват устройствата ни, и др. Освен че са повсеместни, киселините са и много разнообразни по отношение на свойствата си, най-важното от които между другото е именно тяхната киселинност. В следващите раздели ще разгледаме концепцията за киселина от различни гледни точки, ще дефинираме какво представляват силните киселини и също така ще видим примери за най-силните киселини, известни на науката.

Какво е киселина?

Има няколко различни концепции за киселини и основи. Както според Арениус, така и според Бромстед и Лоури, киселина е всяко химично вещество, което има способността да освобождава протони (Н + йони ) в разтвор. Въпреки че тази концепция е подходяща за по-голямата част от съединенията, които считаме за киселини, тя е неадекватна за други вещества, които се държат като киселини и произвеждат разтвори с киселинно рН, но въпреки това дори нямат водородни катиони в тях.структурата му.

С оглед на горното, най-широката и най-приета концепция за киселина е тази на киселините на Луис, според която киселина е всяко химично вещество с дефицит на електрони (обикновено с непълен октет), способно да получи двойка електрони на част от база , като по този начин образува дателна или координатна ковалентна връзка. Тази концепция е много по-обща от останалите, тъй като ни позволява да разширим концепцията за киселини и основи отвъд водните разтвори, с които сме свикнали.

Как се измерва киселинността?

Ако искаме да говорим за силни и слаби киселини, трябва да имаме начин да измерваме относителната сила на киселините, тоест трябва да можем да измерваме тяхната киселинност, за да ги сравняваме. Във водните разтвори киселинността се измерва по отношение на способността за генериране на хидрониеви йони в разтвор или чрез директно даряване на протони към водни молекули:

Силни киселини, суперкиселини и най-силната киселина в света

или чрез координиране на водни молекули, които предизвикват загуба на протон към втора водна молекула:

Силни киселини, суперкиселини и най-силната киселина в света

И в двата случая това са обратими реакции, които са свързани с константа на йонно равновесие , наречена константа на киселинна дисоциация или константа на киселинност ( K a ). Стойността на тази константа или нейният отрицателен логаритъм, наречен pK a , често се използва като мярка за киселинността на киселината. В този смисъл, колкото по-висока е стойността на киселинната константа (или колкото по-ниска е стойността на нейното pK a ), толкова по-силна ще бъде киселината и обратно.

Друг начин за измерване на степента на киселинност, който е подобен, макар и малко по-директен, е чрез експериментално измерване на рН на разтвори на различни киселини, но със същата моларна концентрация. Колкото по-ниско е pH, толкова по-киселинно е веществото.

Киселинността на суперкиселините

Въпреки че горните начини за измерване на киселинността са подходящи за киселини във водни разтвори, те не са полезни за случаите, когато киселините са разтворени в други разтворители (особено апротонни или неводородни разтворители) или много, освен в случай на чисти киселини. В допълнение, водата и другите разтворители имат така наречения ефект на киселинно изравняване, който кара всички киселини, след определено ниво на киселинност, да се държат по същия начин в разтвора.

За да се преодолее тази трудност, че всички силни киселини във воден разтвор имат еднаква киселинност, са измислени други начини за измерване на киселинността. Общо те се наричат ​​киселинни функции, като най-често срещаната е киселинната функция на Хамет или H 0 . Тази функция е подобна по концепция на pH и представлява способността на киселината на Бромстед да протонира много слаба генерична основа, като 2,4,6-тринитроанилин, и се дава от:

Функция за киселинност на Хамет

В този случай pK HB+ е отрицателният логаритъм от константата на киселинността на спрегнатата киселина на слабата основа, когато е разтворена в чистата киселина, [B] е моларната концентрация на непротонираната основа и [HB + ] е концентрацията на неговата конюгирана киселина. Колкото по-ниско е H 0 , толкова по-висока е киселинността. За справка, сярната киселина има стойност на функцията на Хамет -12.

силни и слаби киселини

За силни киселини се считат всички, които напълно се дисоциират във воден разтвор. С други думи, те са тези, за които дисоциацията във вода е необратим процес. От друга страна, слабите киселини са тези, които не се дисоциират напълно във вода, тъй като тяхната дисоциация е обратима и те имат относително ниска константа на киселинност, свързана с тях.

Суперкиселините

Освен силни киселини има и суперкиселини. Това са всички онези киселини, които са по-силни от чистата сярна киселина. Тези киселини са толкова силни, че са способни да протонират дори вещества, които обикновено смятаме за неутрални, и дори могат да протонират други силни киселини.

Списък на обичайните силни киселини

Най-често срещаните силни киселини са:

  • Сярна киселина (H 2 SO 4 , само първата дисоциация)
  • Азотна киселина ( HNO3 )
  • Перхлорна киселина (HClO 4 )
  • Солна киселина (HCl)
  • Йодноводородна киселина (HI)
  • Бромоводородна киселина (HBr)
  • Трифлуорооцетна киселина (CF 3 COOH)

Има няколко допълнителни примера за силни киселини, но повечето киселини са слаби.

Флуороантимонова киселина: Най-силната киселина в света

Най-силната известна киселина е суперкиселина, наречена флуороантимонова киселина с формула HSbF 6 . Получава се чрез взаимодействие на антимонов пентафлуорид (SbF 5 ) с флуороводород (HF).

Флуороантимонова киселина, най-силната киселина в света.

Тази реакция генерира хексакоординиран йон [SbF 6 – ], който е изключително стабилен поради множество резонансни структури, които разпределят и стабилизират отрицателния заряд върху 6 флуорни атома, който е най-електроотрицателният елемент в периодичната таблица.

По отношение на киселинността, тази киселина има стойност на киселинната функция на Хамет между –21 и –24, което означава, че тази киселина е между 10 9 и 10 12 пъти по-киселинна от чистата сярна киселина (не забравяйте, че киселинната функция на Хамет е логаритмична функция, така че всяка промяна на една единица предполага промяна от един порядък).

Списък на други суперкиселини

  • Трифлинова киселина или трифлуорометансулфонова киселина (CF 3 SO 3 H)
  • Флуоросулфонова киселина ( FSO3H )
  • Магическа киселина (SbF5)-FSO 3 H

Препратки

Суперкиселини на Brønsted-Lowry и функцията за киселинност на Hammett. (2021, 4 октомври). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Чанг, Р. (2021). Химия ( 11 -то издание). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.

Фарел, И. (2021 г., 21 октомври). Коя е най-силната киселина в света? КСО образование. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020 г., 26 октомври). Най-силната киселина в света – яхния на познанието . Среден. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 вещества

SciShow. (2016, 19 декември). Най-силните киселини в света [Видео]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY