HomebsJake kiseline, superkiseline i najjača kiselina na svijetu

Jake kiseline, superkiseline i najjača kiselina na svijetu

Kiseline su mnogo češće supstance nego što mnogi ljudi misle. Prisutni su na svim vrstama mjesta od hrane koju jedemo, tečnosti koje pijemo, baterija koje napajaju naše uređaje i još mnogo toga. Osim što su sveprisutne, kiseline su veoma raznolike i po svojim svojstvima, od kojih je, uzgred i precizno, najvažnija kiselost. U narednim poglavljima ćemo razmotriti pojam kiseline sa različitih stajališta, definirat ćemo šta su jake kiseline i također ćemo vidjeti primjere najjačih kiselina poznatih nauci.

Šta je kiselina?

Postoji nekoliko različitih koncepata kiselina i baza. Prema Arrheniusu i Bromstedu i Lowryju, kiselina je svaka kemijska supstanca koja ima sposobnost oslobađanja protona (H + jona ) u otopini. Iako je ovaj koncept prikladan za veliku većinu spojeva koje smatramo kiselinama, on je neadekvatan za druge tvari koje se ponašaju kao kiseline i koje proizvode otopine s kiselim pH, ali koje, unatoč tome, nemaju čak ni katjone vodika. u njima, njegovu strukturu.

S obzirom na gore navedeno, najširi i najprihvaćeniji koncept kiseline je onaj Lewisovih kiselina, prema kojem je kiselina svaka kemijska supstanca s nedostatkom elektrona (obično s nepotpunim oktetom) sposobna da primi par elektrona po dijelu baza , formirajući tako dativnu ili koordinatnu kovalentnu vezu. Ovaj koncept je mnogo opštiji od ostalih, jer nam omogućava da proširimo koncept kiselina i baza izvan vodenih rastvora na koje smo navikli.

Kako se mjeri kiselost?

Ako želimo da govorimo o jakim i slabim kiselinama, moramo imati način merenja relativne jačine kiselina, odnosno moramo biti u stanju da izmerimo njihovu kiselost da bismo ih uporedili. U vodenim rastvorima, kiselost se meri u smislu sposobnosti stvaranja hidronijevih jona u rastvoru, bilo direktnim doniranjem protona molekulima vode:

Jake kiseline, superkiseline i najjača kiselina na svijetu

ili koordinacijom molekula vode koje proizvode gubitak protona na drugu molekulu vode:

Jake kiseline, superkiseline i najjača kiselina na svijetu

U oba slučaja, to su reverzibilne reakcije koje su povezane s konstantom ionske ravnoteže koja se naziva konstanta disocijacije kiseline ili konstanta kiselosti ( Ka ) . Vrijednost ove konstante, ili njenog negativnog logaritma, nazvanog pK a , često se koristi kao mjera kiselosti kiseline. U tom smislu, što je veća vrijednost konstante kiselosti (ili što je niža vrijednost njenog pK a ), to će kiselina biti jača i obrnuto.

Drugi način mjerenja stepena kiselosti koji je sličan, iako malo direktniji, je eksperimentalno mjerenje pH otopina različitih kiselina, ali s istom molarnom koncentracijom. Što je pH niži, supstanca je kiselija.

Kiselost superkiselina

Iako su gornji načini mjerenja kiselosti prikladni za kiseline u vodenim otopinama, nisu korisni u slučajevima kada su kiseline otopljene u drugim otapalima (posebno u aprotonskim ili nevodikovim otapalima) ili mnogo osim u slučaju čistih kiselina. Osim toga, voda i drugi rastvarači imaju ono što se naziva efekt izravnavanja kiseline, što uzrokuje da se sve kiseline, nakon određenog nivoa kiselosti, ponašaju na isti način u otopini.

Da bi se prevazišla ova poteškoća, da sve jake kiseline u vodenom rastvoru imaju istu kiselost, osmišljeni su drugi načini merenja kiselosti. Zajedno, one se nazivaju funkcije kiselosti, a najčešća je Hammettova ili H 0 funkcija kiselosti . Ova funkcija je po konceptu slična pH, i predstavlja sposobnost Bromstedove kiseline da protonira vrlo slabu generičku bazu, kao što je 2,4,6-trinitroanilin, a data je kao:

Hammettova funkcija kiselosti

U ovom slučaju, pK HB+ je negativni logaritam konstante kiselosti konjugirane kiseline slabe baze kada je otopljena u čistoj kiselini, [B] je molarna koncentracija neprotonirane baze, a [HB + ] je koncentracija njegova konjugirana kiselina. Što je H 0 niži , to je veća kiselost. Za referencu, sumporna kiselina ima vrijednost Hammettove funkcije od -12.

jake kiseline i slabe kiseline

Jakim kiselinama smatraju se sve one koje se potpuno disociraju u vodenom rastvoru. Drugim riječima, to su oni za koje je disocijacija u vodi nepovratan proces. S druge strane, slabe kiseline su one koje se u vodi ne disociraju u potpunosti jer je njihova disocijacija reverzibilna i s njima je povezana relativno niska konstanta kiselosti.

Superkiseline

Osim jakih kiselina, postoje i superkiseline. To su sve one kiseline koje su jače od čiste sumporne kiseline. Ove kiseline su toliko jake da su sposobne protonirati čak i tvari koje inače smatramo neutralnim, a mogu čak i protonirati druge jake kiseline.

Lista uobičajenih jakih kiselina

Najčešće jake kiseline su:

  • Sumporna kiselina (H 2 SO 4 , samo prva disocijacija)
  • Dušična kiselina (HNO 3 )
  • perhlorna kiselina (HClO 4 )
  • hlorovodonična kiselina (HCl)
  • jodovodična kiselina (HI)
  • bromovodična kiselina (HBr)
  • trifluoroctena kiselina (CF 3 COOH)

Postoji nekoliko dodatnih primjera jakih kiselina, ali većina kiselina je slaba.

Fluorantimonska kiselina: Najjača kiselina na svijetu

Najjača poznata kiselina je superkiselina koja se zove fluorantimonska kiselina sa formulom HSbF 6 . Priprema se reakcijom pentafluorida antimona (SbF 5 ) sa fluorovodonikom (HF).

Fluorantimonska kiselina, najjača kiselina na svijetu.

Ova reakcija stvara heksakoordinirani ion [SbF 6 – ] koji je izuzetno stabilan zbog višestrukih rezonantnih struktura koje distribuiraju i stabiliziraju negativni naboj preko 6 atoma fluora, koji je najelektronegativniji element u periodnom sistemu.

Što se tiče kiselosti, ova kiselina ima Hammettovu funkciju kiselosti između –21 i –24, što znači da je ova kiselina između 10 9 i 10 12 puta kiselija od čiste sumporne kiseline (zapamtite da je Hammettova funkcija kiselosti logaritamska funkcija, pa svaka promjena jedne jedinice podrazumijeva promjenu jednog reda veličine).

Spisak ostalih superkiselina

  • Triflična kiselina ili trifluorometansulfonska kiselina (CF 3 SO 3 H)
  • Fluorsulfonska kiselina (FSO 3 H)
  • Magična kiselina (SbF5)-FSO 3 H

Reference

Brønsted-Lowry superkiseline i Hammettova funkcija kiselosti. (2021, 4. oktobar). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Hemija ( 11. izdanje). MCGRAW HILL EDUCATION.

Farrell, I. (2021, 21. oktobar). Koja je najjača kiselina na svijetu? CSR obrazovanje. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, 26. oktobar). Najjača kiselina na svijetu – gulaš znanja . Srednje. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20supstanci

SciShow. (2016, 19. decembar). Najjače kiseline na svijetu [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY