HomehyՈւժեղ թթուներ, սուպերթթուներ և աշխարհի ամենաուժեղ թթուները

Ուժեղ թթուներ, սուպերթթուներ և աշխարհի ամենաուժեղ թթուները

Թթուները շատ ավելի տարածված նյութեր են, քան շատերը պատկերացնում են: Դրանք առկա են ամենատարբեր վայրերում՝ մեր ուտած սննդից, խմած հեղուկներից, մեր սարքերը սնուցող մարտկոցներից և այլն: Ի հավելումն ամենուր տարածված լինելուն, թթուները նաև շատ բազմազան են, երբ խոսքը վերաբերում է դրանց հատկություններին, որոնցից ամենակարևորը, ի դեպ, դրանց թթվայնությունն է: Հաջորդ բաժիններում մենք կվերանայենք թթու հասկացությունը տարբեր տեսակետներից, կսահմանենք, թե ինչ են ուժեղ թթուները և կտեսնենք նաև գիտությանը հայտնի ամենաուժեղ թթուների օրինակները:

Ի՞նչ է թթուն:

Թթուների և հիմքերի մի քանի տարբեր հասկացություններ կան: Ինչպես Արրենիուսի, այնպես էլ Բրոմստեդի և Լոուրիի կարծիքով, թթուն ցանկացած քիմիական նյութ է, որն ունի լուծույթում պրոտոններ (H + իոններ ) ազատելու հատկություն: Չնայած այս հայեցակարգը տեղին է միացությունների մեծամասնության համար, որոնք մենք համարում ենք թթուներ, այն անբավարար է այլ նյութերի համար, որոնք իրենց թթուների նման են պահում և արտադրում են թթվային pH-ով լուծույթներ, որոնք, չնայած դրան, չունեն նույնիսկ ջրածնի կատիոններ: դրանցում.նրա կառուցվածքը.

Հաշվի առնելով վերը նշվածը, թթվի ամենալայն և ամենաընդունված հասկացությունը Լյուիսի թթուների հասկացությունն է, ըստ որի թթուն ցանկացած քիմիական նյութ է, որը էլեկտրոնների պակաս ունի (ընդհանուր առմամբ թերի օկտետով), որը կարող է ստանալ զույգ էլեկտրոններ մեկ մասի վրա: հիմք , այսպիսով ձևավորելով դատիվ կամ կոորդինատային կովալենտային կապ: Այս հայեցակարգը շատ ավելի ընդհանուր է, քան մյուսները, քանի որ այն թույլ է տալիս մեզ ընդլայնել թթուների և հիմքերի հայեցակարգը այն ջրային լուծույթներից դուրս, որոնց մենք սովոր ենք:

Ինչպե՞ս է չափվում թթվայնությունը:

Եթե ​​ուզում ենք խոսել ուժեղ և թույլ թթուների մասին, պետք է թթուների հարաբերական ուժը չափելու միջոց ունենանք, այսինքն՝ համեմատելու համար պետք է կարողանանք չափել դրանց թթվայնությունը։ Ջրային լուծույթներում թթվայնությունը չափվում է լուծույթում հիդրոնիումի իոններ առաջացնելու ունակությամբ՝ կամ պրոտոնների ուղղակի նվիրատվության միջոցով ջրի մոլեկուլներին.

Ուժեղ թթուներ, սուպերթթուներ և աշխարհի ամենաուժեղ թթուները

կամ ջրի մոլեկուլների համակարգմամբ, որոնք առաջացնում են պրոտոնի կորուստ ջրի երկրորդ մոլեկուլի նկատմամբ.

Ուժեղ թթուներ, սուպերթթուներ և աշխարհի ամենաուժեղ թթուները

Երկու դեպքում էլ սրանք շրջելի ռեակցիաներ են, որոնք կապված են իոնային հավասարակշռության հաստատունի հետ, որը կոչվում է թթվային դիսոցման հաստատուն կամ թթվայնության հաստատուն ( K a ): Այս հաստատունի արժեքը կամ նրա բացասական լոգարիթմը, որը կոչվում է pK a , հաճախ օգտագործվում է որպես թթվի թթվայնության չափում։ Այս առումով, որքան մեծ է թթվայնության հաստատունի արժեքը (կամ որքան ցածր է նրա pK a արժեքը ), այնքան ավելի ուժեղ կլինի թթուն և հակառակը։

Թթվայնության աստիճանը չափելու մեկ այլ եղանակ, որը նման է, թեև մի փոքր ավելի անմիջական, տարբեր թթուների, բայց նույն մոլային կոնցենտրացիայով լուծույթների pH-ի փորձնական չափումն է։ Որքան ցածր է pH-ը, այնքան ավելի թթվային է նյութը:

Սուպերթթուների թթվայնությունը

Թեև թթվայնությունը չափելու վերը նշված եղանակները հարմար են ջրային լուծույթներում պարունակվող թթուների համար, դրանք օգտակար չեն այն դեպքերում, երբ թթուները լուծված են այլ լուծիչներում (մասնավորապես՝ ապրոտիկ կամ ոչ ջրածնային լուծիչներ) կամ շատ, բացառությամբ մաքուր թթուների: Բացի այդ, ջուրը և այլ լուծիչներ ունեն այն, ինչ կոչվում է թթվային հարթեցնող ազդեցություն, ինչը հանգեցնում է նրան, որ բոլոր թթուները թթվայնության որոշակի մակարդակից հետո լուծույթում նույն կերպ են վարվում:

Այս դժվարությունը հաղթահարելու համար, որ ջրային լուծույթի բոլոր ուժեղ թթուներն ունեն նույն թթվայնությունը, մշակվել են թթվայնությունը չափելու այլ եղանակներ։ Հավաքականորեն դրանք կոչվում են թթվայնության ֆունկցիաներ, որոնցից ամենատարածվածը Hammett կամ H 0 թթվայնության ֆունկցիան է : Այս ֆունկցիան իր հայեցակարգով նման է pH-ին և ներկայացնում է Բրոմստեդ թթվի կարողությունը պրոտոնացնելու շատ թույլ ընդհանուր հիմքը, ինչպիսին է 2,4,6-տրինիտրոանիլինը, և տրվում է հետևյալով.

Համմետի թթվայնության ֆունկցիան

Այս դեպքում, pK HB+ -ը մաքուր թթվի մեջ լուծված թույլ հիմքի զուգակցված թթվի թթվայնության հաստատունի բացասական լոգարիթմն է, [B]-ը չպրոտոնացված բազայի մոլային կոնցենտրացիան, իսկ [HB + ]-ի կոնցենտրացիան։ դրա զուգակցված թթու. Որքան ցածր է H 0 -ը, այնքան բարձր է թթվայնությունը: Տեղեկատվության համար՝ ծծմբաթթուն ունի Համմետի ֆունկցիայի արժեքը -12:

ուժեղ թթուներ և թույլ թթուներ

Ուժեղ թթուներ են համարվում բոլոր նրանք, որոնք ամբողջությամբ տարանջատվում են ջրային լուծույթում։ Այսինքն՝ դրանք նրանք են, որոնց համար ջրում տարանջատումը անշրջելի գործընթաց է։ Մյուս կողմից, թույլ թթուներն այն թթուներն են, որոնք ամբողջությամբ չեն տարանջատվում ջրում, քանի որ դրանց տարանջատումը շրջելի է և ունեն համեմատաբար ցածր թթվայնության հաստատուն՝ կապված դրանց հետ:

Սուպերթթուներ

Բացի ուժեղ թթուներից, կան նաև սուպերթթուներ։ Սրանք այն բոլոր թթուներն են, որոնք ավելի ուժեղ են, քան մաքուր ծծմբաթթուն: Այս թթուներն այնքան ուժեղ են, որ կարող են պրոտոնացնել նույնիսկ այն նյութերը, որոնք մենք սովորաբար համարում ենք չեզոք, և նրանք կարող են նույնիսկ պրոտոնացնել այլ ուժեղ թթուներ:

Ընդհանուր ուժեղ թթուների ցանկ

Ամենատարածված ուժեղ թթուներն են.

  • Ծծմբաթթու (H 2 SO 4 , միայն առաջին դիսոցացիա)
  • Ազոտական ​​թթու (HNO 3 )
  • Պերքլորաթթու (HClO 4 )
  • Հիդրոքլորային թթու (HCl)
  • Հիդրոյոդաթթու (HI)
  • Հիդրոբրոմաթթու (HBr)
  • Տրիֆտորքացախաթթու (CF 3 COOH)

Կան ուժեղ թթուների մի քանի լրացուցիչ օրինակներ, բայց թթուների մեծ մասը թույլ է:

Fluoroantimonic թթու. ամենաուժեղ թթուն աշխարհում

Հայտնի ամենաուժեղ թթուն գերթթուն է, որը կոչվում է ֆտորանտիմոնիկ թթու HSbF 6 բանաձևով : Այն պատրաստվում է հակամիոնի պենտաֆտորիդը (SbF 5 ) փոխազդելով ֆտորաջրածնի (HF) հետ։

Fluoroantimonic թթու, ամենաուժեղ թթուն աշխարհում:

Այս ռեակցիան առաջացնում է վեցակորդինացված իոն [SbF 6 – ], որը չափազանց կայուն է բազմաթիվ ռեզոնանսային կառուցվածքների շնորհիվ, որոնք բաշխում և կայունացնում են բացասական լիցքը ֆտորի 6 ատոմների վրա, որը պարբերական աղյուսակի ամենաէլեկտրբացասական տարրն է։

Ինչ վերաբերում է թթվայնությանը, այս թթուն ունի Համմետի թթվայնության ֆունկցիայի արժեք -21 և -24 միջև, ինչը նշանակում է, որ այս թթուն 10 9 -ից 10 -ի միջև 12 անգամ ավելի թթվային է, քան մաքուր ծծմբաթթուն (հիշեք Համմետի թթվայնության ֆունկցիան լոգարիթմական ֆունկցիա է, ուստի մեկ միավորի յուրաքանչյուր փոփոխություն ենթադրում է մեծության մեկ կարգի փոփոխություն):

Այլ գերթթուների ցանկ

  • Triflic թթու կամ trifluoromethanesulfonic թթու (CF 3 SO 3 H)
  • Ֆտորսուլֆոնիկ թթու (FSO 3 H)
  • Կախարդական թթու (SbF5)-FSO 3 H

Հղումներ

Brønsted-Lowry Superacids և Hammett Acidity Function. (2021, հոկտեմբերի 4)։ https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Քիմիա ( 11-րդ հրտ.): MCGRAW HILL ԿՐԹՈՒԹՅՈՒՆ.

Farrell, I. (2021, հոկտեմբերի 21): Ո՞րն է աշխարհի ամենաուժեղ թթունը: ԿՍՊ Կրթություն. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, հոկտեմբերի 26): Աշխարհի ամենաուժեղ թթունը՝ գիտելիքի շոգեխաշածը : Միջին. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 նյութեր

SciShow. (2016, 19 դեկտեմբերի). Աշխարհի ամենաուժեղ թթուները [Տեսանյութ]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY