اسیدهای قوی، سوپراسیدها و قوی ترین اسید دنیا

اسیدها موادی بسیار رایج تر از آن چیزی هستند که بسیاری از مردم تصور می کنند. آنها در همه جا وجود دارند، از غذایی که می خوریم، مایعاتی که می نوشیم، باتری هایی که دستگاه های ما را تغذیه می کنند و موارد دیگر. اسیدها علاوه بر اینکه در همه جا وجود دارند، در مورد خواص آنها نیز بسیار متنوع هستند که اتفاقاً و دقیقاً اسیدی بودن مهمترین آنها است. در قسمت‌های بعدی مفهوم اسید را از دیدگاه‌های مختلف بررسی می‌کنیم، تعریف می‌کنیم که اسیدهای قوی چیست و همچنین نمونه‌هایی از قوی‌ترین اسیدهای شناخته شده در علم را مشاهده می‌کنیم.

اسید چیست؟

چندین مفهوم مختلف از اسیدها و بازها وجود دارد. طبق نظر آرنیوس و برومستد و لوری، اسید هر ماده شیمیایی است که توانایی آزاد کردن پروتون ها (یون های H + ) را در محلول دارد. اگرچه این مفهوم برای اکثر ترکیباتی که ما آنها را اسید می‌دانیم مناسب است، اما برای سایر موادی که مانند اسیدها رفتار می‌کنند و محلول‌هایی با pH اسیدی تولید می‌کنند، ناکافی است، اما با وجود این، حتی کاتیون‌های هیدروژنی ندارند. در آنها ساختار آن.

با توجه به موارد فوق، گسترده‌ترین و پذیرفته‌شده‌ترین مفهوم اسید مربوط به اسیدهای لوئیس است که بر اساس آن اسید، هر ماده شیمیایی است که دارای الکترون‌های ناقص باشد (به طور کلی با یک هشت عدد ناقص) که قادر به دریافت یک جفت الکترون در هر قسمت از یک قطعه باشد. پایه ، بنابراین یک پیوند کووالانسی داتی یا مختصات تشکیل می دهد. این مفهوم بسیار کلی تر از بقیه است، زیرا به ما اجازه می دهد تا مفهوم اسیدها و بازها را فراتر از محلول های آبی که به آنها عادت کرده ایم گسترش دهیم.

اسیدیته چگونه اندازه گیری می شود؟

اگر بخواهیم در مورد اسیدهای قوی و ضعیف صحبت کنیم، باید روشی برای اندازه گیری قدرت نسبی اسیدها داشته باشیم، یعنی بتوانیم اسیدیته آنها را اندازه گیری کنیم تا بتوانیم مقایسه کنیم. در محلول های آبی، اسیدیته بر حسب توانایی تولید یون هیدرونیوم در محلول، یا با اهدای مستقیم پروتون به مولکول های آب اندازه گیری می شود:

یا با هماهنگی مولکول های آب که باعث از دست دادن پروتون به مولکول دوم آب می شود:

در هر دو مورد، این واکنش‌های برگشت‌پذیر هستند که با یک ثابت تعادل یونی به نام ثابت تفکیک اسید یا ثابت اسیدیته ( Ka ) مرتبط هستند. مقدار این ثابت یا لگاریتم منفی آن که pKa نامیده می شود ، اغلب به عنوان معیار اسیدیته یک اسید استفاده می شود. به این معنا، هرچه مقدار ثابت اسیدیته بیشتر باشد (یا مقدار pKa آن کمتر باشد ) ، اسید قوی‌تر خواهد بود و بالعکس.

روش دیگر اندازه گیری درجه اسیدیته که مشابه است، اگرچه کمی مستقیم تر است، اندازه گیری تجربی pH محلول های اسیدهای مختلف، اما با غلظت مولی یکسان است. هرچه PH کمتر باشد، ماده اسیدی تر است.

اسیدیته سوپر اسیدها

اگرچه روش‌های فوق برای اندازه‌گیری اسیدیته برای اسیدهای موجود در محلول‌های آبی مناسب است، اما برای مواردی که اسیدها در حلال‌های دیگر (به ویژه حلال‌های آپروتیک یا غیر هیدروژنی) یا زیاد حل می‌شوند، مفید نیستند، مگر در مورد اسیدهای خالص. علاوه بر این، آب و سایر حلال ها دارای اثر تراز کننده اسیدی هستند که باعث می شود همه اسیدها پس از یک سطح اسیدی معین، در محلول به یک شکل رفتار کنند.

برای غلبه بر این مشکل، که اسیدیته همه اسیدهای قوی در محلول آبی یکسان است، روش های دیگری برای اندازه گیری اسیدیته ابداع شده است. در مجموع، اینها توابع اسیدیته نامیده می شوند که رایج ترین آنها تابع اسیدیته Hammett یا H 0 است . این تابع از نظر مفهومی شبیه به pH است و نشان دهنده توانایی یک اسید برومستد برای پروتونه کردن یک باز ژنریک بسیار ضعیف، مانند 2،4،6-ترینیتروآنیلین است و توسط:

در این حالت، pK HB+ لگاریتم منفی ثابت اسیدیته اسید مزدوج باز ضعیف زمانی است که در اسید خالص حل شود، [B] غلظت مولی باز پروتون نشده و [HB + ] غلظت است. اسید مزدوج آن هرچه H 0 کمتر باشد، اسیدیته بالاتر است. برای مرجع، اسید سولفوریک دارای تابع همت 12- است.

اسیدهای قوی و اسیدهای ضعیف

اسیدهای قوی تمام آنهایی هستند که در محلول آبی کاملاً تجزیه می شوند. به عبارت دیگر آنهایی هستند که تفکیک در آب برای آنها فرآیندی برگشت ناپذیر است. از سوی دیگر، اسیدهای ضعیف آنهایی هستند که به طور کامل در آب تجزیه نمی شوند، زیرا تفکیک آنها برگشت پذیر است و ثابت اسیدیته نسبتاً کمی با آنها مرتبط است.

سوپراسیدها

علاوه بر اسیدهای قوی، سوپراسیدها نیز وجود دارند. اینها همه آن اسیدهایی هستند که از اسید سولفوریک خالص قوی تر هستند. این اسیدها آنقدر قوی هستند که می‌توانند حتی موادی را که ما معمولاً خنثی می‌دانیم، پروتونه کنند و حتی می‌توانند اسیدهای قوی دیگر را پروتونه کنند.

لیست اسیدهای قوی رایج

رایج ترین اسیدهای قوی عبارتند از:

• اسید سولفوریک (H 2 SO 4 ، فقط اولین تفکیک)
• اسید نیتریک (HNO 3 )
• اسید پرکلریک (HClO 4 )
• اسید کلریدریک (HCl)
• اسید هیدرویدیک (HI)
• اسید هیدروبرومیک (HBr)
• تری فلورواستیک اسید (CF 3 COOH)

چند نمونه اضافی از اسیدهای قوی وجود دارد، اما بیشتر اسیدها ضعیف هستند.

فلوئوروآنتیمونیک اسید: قوی ترین اسید در جهان

قوی ترین اسید شناخته شده سوپراسیدی به نام اسید فلوئوآنتیمونیک با فرمول HSbF 6 است. از واکنش پنتا فلوراید آنتیموان (SbF 5 ) با هیدروژن فلوراید (HF) تهیه می شود.

این واکنش یون هگزا هماهنگ [SbF 6 – ] را تولید می کند که به دلیل ساختارهای تشدید متعددی که بار منفی را روی 6 اتم فلوئور توزیع و تثبیت می کند، بسیار پایدار است، که الکترونگاتیوترین عنصر در جدول تناوبی است.

از نظر اسیدیته، این اسید دارای مقدار تابع اسیدیته همت بین 21- و 24- است، به این معنی که این اسید بین 109 تا 10 12 برابر اسیدی تر از اسید سولفوریک خالص است (به یاد داشته باشید که تابع اسیدیته همت یک تابع لگاریتمی است، بنابراین هر تغییر یک واحد دلالت بر تغییر یک مرتبه بزرگی دارد).

لیست سایر سوپراسیدها

• تریفلیک اسید یا تری فلورومتان سولفونیک اسید (CF 3 SO 3 H)
• فلوروسولفونیک اسید (FSO 3 H)
• اسید جادویی (SbF5)-FSO 3 H

منابع

سوپراسیدهای برونستد-لوری و تابع اسیدیته همت. (2021، 4 اکتبر). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

چانگ، آر (2021). شیمی ( ویرایش یازدهم ). آموزش MCGRAW HILL.

فارل، آی. (2021، 21 اکتبر). قوی ترین اسید در جهان چیست؟ آموزش CSR. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

گانینگر، دی (2020، 26 اکتبر). قوی ترین اسید در جهان – خورش دانش . 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 ماده

SciShow. (2016، 19 دسامبر). قوی ترین اسیدهای جهان [ویدئو]. یوتیوب. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY