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