Rūgštys yra daug labiau paplitusios medžiagos, nei daugelis žmonių supranta. Jų yra įvairiose vietose – nuo maisto, kurį valgome, skysčių, kuriuos geriame, baterijų, kurios maitina mūsų įrenginius, ir kt. Be to, kad rūgštys yra visur, jos taip pat yra labai įvairios, kalbant apie savo savybes, iš kurių svarbiausia, beje, ir tiksliai yra jų rūgštingumas. Tolesniuose skyriuose apžvelgsime rūgšties sampratą įvairiais požiūriais, apibrėšime, kas yra stipriosios rūgštys, taip pat pamatysime stipriausių mokslui žinomų rūgščių pavyzdžius.
Kas yra rūgštis?
Yra keletas skirtingų rūgščių ir bazių sąvokų. Anot Arrhenius, Bromsted ir Lowry, rūgštis yra bet kokia cheminė medžiaga, kuri tirpale gali išskirti protonus (H + jonus ). Nors ši koncepcija tinka daugumai junginių, kuriuos laikome rūgštimis, ji yra netinkama kitoms medžiagoms, kurios elgiasi kaip rūgštys ir kurios gamina rūgštinio pH tirpalus, tačiau, nepaisant to, net neturi vandenilio katijonų. juose.jo struktūra.
Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, plačiausia ir labiausiai priimta rūgšties sąvoka yra Lewiso rūgščių sąvoka, pagal kurią rūgštis yra bet kokia cheminė medžiaga, kurioje trūksta elektronų (paprastai su nepilnu oktetu), galinti priimti elektronų porą vienoje bazė , tokiu būdu suformuojant datyvinį arba koordinatinį kovalentinį ryšį. Ši sąvoka yra daug bendresnė nei kitos, nes leidžia išplėsti rūgščių ir bazių sąvoką už vandeninių tirpalų, prie kurių esame įpratę.
Kaip matuojamas rūgštingumas?
Jei norime kalbėti apie stipriąsias ir silpnąsias rūgštis, turime turėti būdą, kaip išmatuoti santykinį rūgščių stiprumą, tai yra, kad galėtume palyginti, turime turėti galimybę išmatuoti jų rūgštingumą. Vandeniniuose tirpaluose rūgštingumas matuojamas pagal gebėjimą generuoti hidronio jonus tirpale, arba tiesioginiu protonų donoru vandens molekulėms:
arba derinant vandens molekules, kurios sukelia protono praradimą antrajai vandens molekulei:
Abiem atvejais tai yra grįžtamosios reakcijos, kurios yra susijusios su jonine pusiausvyros konstanta, vadinama rūgšties disociacijos konstanta arba rūgštingumo konstanta ( Ka ) . Šios konstantos reikšmė arba jos neigiamas logaritmas, vadinamas pKa , dažnai naudojamas kaip rūgšties rūgštingumo matas. Šia prasme, kuo didesnė rūgštingumo konstantos reikšmė (arba kuo mažesnė jos pK a reikšmė ), tuo rūgštis bus stipresnė, ir atvirkščiai.
Kitas panašus, nors ir šiek tiek tiesioginis, rūgštingumo laipsnio matavimo būdas yra eksperimentinis skirtingų rūgščių, bet tos pačios molinės koncentracijos tirpalų pH matavimas. Kuo žemesnis pH, tuo medžiaga rūgštesnė.
Superrūgščių rūgštingumas
Nors aukščiau pateikti rūgštingumo matavimo būdai tinka rūgštims vandeniniuose tirpaluose, jie nėra naudingi tais atvejais, kai rūgštys yra ištirpintos kituose tirpikliuose (ypač aprotiniuose arba ne vandenilio tirpikliuose) arba daug, išskyrus grynas rūgštis. Be to, vanduo ir kiti tirpikliai turi vadinamąjį rūgščių išlyginamąjį poveikį, dėl kurio visos rūgštys, pasiekusios tam tikrą rūgštingumo lygį, tirpale elgiasi vienodai.
Siekiant įveikti šį sunkumą, kad visos stiprios rūgštys vandeniniame tirpale turi vienodą rūgštingumą, buvo sukurti kiti rūgštingumo matavimo būdai. Bendrai tai vadinama rūgštingumo funkcijomis, dažniausiai yra Hammett arba H 0 rūgštingumo funkcija . Ši funkcija yra panaši į pH ir parodo Bromsted rūgšties gebėjimą protonuoti labai silpną bendrąją bazę, pvz., 2,4,6-trinitroaniliną.
Šiuo atveju pK HB+ yra neigiamas silpnos bazės konjuguotos rūgšties rūgštingumo konstantos logaritmas, kai ji ištirpinama grynoje rūgštyje, [B] yra neprotonuotos bazės molinė koncentracija, o [HB + ] yra jo konjuguota rūgštis. Kuo mažesnis H 0 , tuo didesnis rūgštingumas. Sieros rūgšties Hammetto funkcijos vertė yra -12.
stiprios ir silpnos rūgštys
Stipriomis rūgštimis laikomos visos tos, kurios vandeniniame tirpale visiškai disocijuoja. Kitaip tariant, jie yra tie, kuriems disociacija vandenyje yra negrįžtamas procesas. Kita vertus, silpnos rūgštys yra tos, kurios vandenyje visiškai neišsiskiria, nes jų disociacija yra grįžtama ir su jomis susijusi santykinai maža rūgštingumo konstanta.
Superrūgštys
Be stipriųjų rūgščių, yra ir superrūgščių. Tai visos tos rūgštys, kurios yra stipresnės už gryną sieros rūgštį. Šios rūgštys yra tokios stiprios, kad gali protonuoti net medžiagas, kurias paprastai laikome neutraliomis, ir netgi gali protonuoti kitas stiprias rūgštis.
Įprastų stiprių rūgščių sąrašas
Labiausiai paplitusios stiprios rūgštys yra:
- Sieros rūgštis (H 2 SO 4 , tik pirmoji disociacija)
- Azoto rūgštis ( HNO3 )
- Perchloro rūgštis ( HClO4 )
- Vandenilio chlorido rūgštis (HCl)
- Vandenilio jodo rūgštis (HI)
- Vandenilio rūgštis (HBr)
- Trifluoracto rūgštis (CF 3 COOH)
Yra keletas papildomų stiprių rūgščių pavyzdžių, tačiau dauguma rūgščių yra silpnos.
Fluorantimonio rūgštis: stipriausia rūgštis pasaulyje
Stipriausia žinoma rūgštis yra superrūgštis, vadinama fluorantimonio rūgštimi, kurios formulė yra HSbF 6 . Jis gaminamas reaguojant stibio pentafluoridui (SbF 5 ) su vandenilio fluoridu (HF).
Ši reakcija sukuria heksakoordinuotą joną [SbF 6 – ], kuris yra ypač stabilus dėl daugialypių rezonansinių struktūrų, kurios paskirsto ir stabilizuoja neigiamą krūvį per 6 fluoro atomus, kuris yra labiausiai elektronegatyvus elementas periodinėje lentelėje.
Kalbant apie rūgštingumą, šios rūgšties Hammetto rūgštingumo funkcijos reikšmė yra nuo –21 iki –24, o tai reiškia, kad ši rūgštis yra nuo 10 9 iki 10 12 kartų rūgštesnė už gryną sieros rūgštį (atminkite, kad Hammetto rūgštingumo funkcija yra logaritminė funkcija, todėl kiekvienas vieno vieneto pokytis reiškia vienos eilės pokytį).
Kitų superrūgščių sąrašas
- Trifluoro rūgštis arba trifluormetansulfonrūgštis (CF 3 SO 3 H)
- Fluorosulfoninė rūgštis (FSO 3 H)
- Magiškoji rūgštis (SbF5) -FSO 3H
Nuorodos
Brønsted-Lowry superrūgštys ir Hammeto rūgštingumo funkcija. (2021 m. spalio 4 d.). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234
Chang, R. (2021). Chemija ( 11 leid.). MCGRAW HILL IŠSIlavinimas.
Farrell, I. (2021, spalio 21 d.). Kokia yra stipriausia rūgštis pasaulyje? ĮSA švietimas. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article
Ganninger, D. (2020, spalio 26 d.). Stipriausia rūgštis pasaulyje – žinių troškinys . Vidutinis. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 medžiagų
SciShow. (2016 m. gruodžio 19 d.). Stipriausios rūgštys pasaulyje [Vaizdo įrašas]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY
