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강산, 초강산 및 세계에서 가장 강한 산

산은 많은 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 더 흔한 물질입니다. 그것들은 우리가 먹는 음식, 마시는 액체, 장치에 전원을 공급하는 배터리 등 모든 종류의 장소에 존재합니다. 어디에나 존재하는 것 외에도 산은 그 특성에 있어서도 매우 다양하며, 그 중 가장 중요한 것은 부수적으로 그리고 정확하게 산도입니다. 다음 섹션에서는 다양한 관점에서 산의 개념을 검토하고 강산이 무엇인지 정의하고 과학에 알려진 가장 강한 산의 예도 볼 것입니다.

산이란 무엇입니까?

산과 염기에는 여러 가지 개념이 있습니다. Arrhenius와 Bromsted 및 Lowry에 따르면 산은 용액에서 양성자(H + 이온 )를 방출할 수 있는 능력이 있는 모든 화학 물질입니다. 이 개념은 우리가 산이라고 생각하는 대부분의 화합물에 적합하지만 산처럼 행동하고 산성 pH의 용액을 생성하지만 그럼에도 불구하고 수소 양이온을 갖지 않는 다른 물질에는 적합하지 않습니다. 그들 안에 그것의 구조.

위의 관점에서 가장 광범위하고 가장 널리 받아들여지는 산의 개념은 루이스 산의 개념입니다. 그에 따르면 산은 전자가 부족한(일반적으로 불완전한 옥텟을 가진) 화학 물질로서 부품당 전자 쌍을 받을 수 있습니다. base , 따라서 배위 또는 배위 공유 결합을 형성합니다. 이 개념은 우리가 익숙한 수용액을 넘어 산과 염기의 개념을 확장할 수 있기 때문에 다른 개념보다 훨씬 더 일반적입니다.

산도는 어떻게 측정됩니까?

강산과 약산에 대해 이야기하려면 산의 상대적 강도를 측정하는 방법이 있어야 합니다. 즉, 비교를 위해 산도를 측정할 수 있어야 합니다. 수용액에서 산도는 양성자를 물 분자에 직접 제공하여 용액에서 하이드로늄 이온을 생성하는 능력으로 측정됩니다.

강산, 초강산 및 세계에서 가장 강한 산

또는 두 번째 물 분자에 대한 양성자 손실을 생성하는 물 분자의 조정에 의해:

강산, 초강산 및 세계에서 가장 강한 산

두 경우 모두 산 해리 상수 또는 산도 상수 ( K a )라고 하는 이온 평형 상수와 관련된 가역 반응입니다. 이 상수의 값 또는 pK a 라고 하는 음의 로그 는 종종 산의 산도를 측정하는 데 사용됩니다. 이런 의미에서 산도 상수 값이 높을수록(또는 pK a 값이 낮을수록 ) 산은 더 강해지며 그 반대도 마찬가지입니다.

비록 조금 더 직접적이긴 하지만 비슷한 산도를 측정하는 또 다른 방법은 몰농도는 같지만 다른 산 용액의 pH를 실험적으로 측정하는 것입니다. pH가 낮을수록 물질의 산성도가 높아집니다.

초강산의 산도

위의 산도 측정 방법은 수용액의 산에 적합하지만 산이 다른 용매(특히 비양성자성 또는 비수소 용매)에 용해되어 있는 경우나 순수한 산의 경우를 제외하고는 유용하지 않습니다. 또한 물과 기타 용매에는 산 레벨링 효과라고 하는 것이 있는데, 이는 모든 산이 일정 수준의 산도 이후 용액에서 동일한 방식으로 작용하게 합니다.

이러한 어려움을 극복하기 위해 수용액의 모든 강산은 동일한 산도를 가지므로 산도를 측정하는 다른 방법이 고안되었습니다. 집합적으로 이들은 산도 함수라고 하며 가장 일반적인 것은 Hammett 또는 H 0 산도 함수 입니다. 이 함수는 개념상 pH와 유사하며 브롬스테드 산이 2,4,6-트리니트로아닐린과 같은 매우 약한 일반 염기를 양성자화하는 능력을 나타내며 다음과 같이 주어집니다.

Hammett 산도 함수

이때 pK HB+ 는 순수한 산에 용해되었을 때 약염기의 짝산의 산도 상수의 음의 대수이고, [B]는 양성자화되지 않은 염기의 몰농도이며, [HB + ]는 다음의 농도이다. 그것의 짝산. H0 가 낮을 수록 산도가 높습니다. 참고로 황산은 Hammett 함수 값이 -12입니다.

강산과 약산

강산은 수용액에서 완전히 해리되는 모든 것으로 간주됩니다. 즉, 물에서의 해리가 비가역적인 과정인 것입니다. 반면에 약산은 해리가 가역적이고 상대적으로 낮은 산도 상수를 갖기 때문에 물에서 완전히 해리되지 않는 산입니다.

초강산

강산 외에도 초강산도 있습니다. 이들은 모두 순수한 황산보다 강한 산입니다. 이 산은 너무 강해서 우리가 일반적으로 중성이라고 생각하는 물질도 양성자화할 수 있으며 다른 강산도 양성자화할 수 있습니다.

일반적인 강산 목록

가장 일반적인 강산은 다음과 같습니다.

  • 황산(H 2 SO 4 , 첫 번째 해리만 해당)
  • 질산( HNO3 )
  • 과염소산( HClO4 )
  • 염산(HCl)
  • 요오드화수소산(HI)
  • 브롬화수소산(HBr)
  • 트리플루오로아세트산( CF3COOH )

강산의 몇 가지 추가 예가 있지만 대부분의 산은 약합니다.

플루오로안티몬산: 세계에서 가장 강한 산

알려진 가장 강력한 산은 HSbF 6 이라는 공식을 가진 플루오로안티몬산이라는 초강산 입니다. 오 불화 안티몬(SbF5 )과 불화수소(HF)를 반응시켜 제조한다.

세계에서 가장 강한 산인 플루오로안티몬산.

이 반응 은 주기율표에서 가장 전기음성도가 높은 원소인 6개의 불소 원자에 음전하를 분산시키고 안정화시키는 다중 공명 구조로 인해 매우 안정적인 6 배위 이온[SbF 6 – ]을 생성합니다.

산도 측면에서 이 산은 -21에서 -24 사이의 Hammett 산도 함수 값을 가지며, 이는 이 산이 순수한 황산보다 10 9 에서 10 12 배 더 산성임을 의미합니다(Hammett의 산도 함수는 대수 함수이므로 기억하십시오. 한 단위의 각 변화는 한 자릿수의 변화를 의미합니다.)

기타 초강산 목록

  • 트리플산 또는 트리플루오로메탄술폰산(CF 3 SO 3 H)
  • 플루오로술폰산 ( FSO3H )
  • 마법산(SbF5 ) -FSO3H

참조

Brønsted-Lowry Superacids 및 Hammett 산도 함수. (2021년 10월 4일). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

장로(2021). 화학 ( 11th ed.). MCGRAW 힐 교육.

Farrell, I. (2021년 10월 21일). 세상에서 가장 강한 산은? CSR 교육. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

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SciShow. (2016년 12월 19일). 세계에서 가장 강한 산 [비디오]. 유튜브. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY