HomenlSterke zuren, superzuren en het sterkste zuur ter wereld

Sterke zuren, superzuren en het sterkste zuur ter wereld

Zuren zijn veel vaker voorkomende stoffen dan veel mensen beseffen. Ze zijn op allerlei plaatsen aanwezig, van het voedsel dat we eten, de vloeistoffen die we drinken, de batterijen die onze apparaten van stroom voorzien, en meer. Behalve dat ze alomtegenwoordig zijn, zijn zuren ook zeer gevarieerd als het gaat om hun eigenschappen, waarvan de belangrijkste overigens en juist hun zuurgraad is. In de volgende paragrafen zullen we het concept van zuur vanuit verschillende gezichtspunten bekijken, we zullen definiëren wat sterke zuren zijn en we zullen ook voorbeelden zien van de sterkste zuren die de wetenschap kent.

Wat is een zuur?

Er zijn verschillende concepten van zuren en basen. Volgens zowel Arrhenius als Bromsted en Lowry is een zuur elke chemische stof die het vermogen heeft om protonen (H + ionen ) in oplossing af te geven. Hoewel dit concept geschikt is voor de overgrote meerderheid van de verbindingen die we als zuren beschouwen, is het ontoereikend voor andere stoffen die zich gedragen als zuren en oplossingen produceren met een zure pH, maar die desondanks zelfs geen waterstofkationen hebben in hen zijn structuur.

Gezien het bovenstaande is het breedste en meest geaccepteerde concept van zuur dat van Lewis-zuren, volgens welke een zuur elke chemische stof is met een tekort aan elektronen (meestal met een onvolledig octet) die in staat is om een ​​paar elektronen per deel van een base , waardoor een datief of covalente binding wordt gevormd. Dit concept is veel algemener dan de andere, omdat het ons in staat stelt om het concept van zuren en basen verder uit te breiden dan de waterige oplossingen die we gewend zijn.

Hoe wordt de zuurgraad gemeten?

Als we willen praten over sterke en zwakke zuren, moeten we een manier hebben om de relatieve sterkte van zuren te meten, dat wil zeggen, we moeten hun zuurgraad kunnen meten om te kunnen vergelijken. In waterige oplossingen wordt de zuurgraad gemeten in termen van het vermogen om hydroniumionen in oplossing te genereren, hetzij door directe donatie van protonen aan watermoleculen:

Sterke zuren, superzuren en het sterkste zuur ter wereld

of door coördinatie van watermoleculen die het verlies van een proton aan een tweede watermolecuul veroorzaken:

Sterke zuren, superzuren en het sterkste zuur ter wereld

In beide gevallen zijn dit omkeerbare reacties die verband houden met een ionische evenwichtsconstante die de zuurdissociatieconstante of zuurgraadconstante ( Ka ) wordt genoemd . De waarde van deze constante, of zijn negatieve logaritme, pKa genoemd , wordt vaak gebruikt als maat voor de zuurgraad van een zuur . In die zin geldt: hoe hoger de waarde van de zuurgraadconstante (of hoe lager de waarde van de pKa ), hoe sterker een zuur zal zijn, en vice versa.

Een andere manier om de zuurgraad te meten die vergelijkbaar is, hoewel iets directer, is door experimenteel de pH te meten van oplossingen van verschillende zuren, maar met dezelfde molaire concentratie. Hoe lager de pH, hoe zuurder de stof.

De zuurgraad van superzuren

Hoewel de bovenstaande manieren om de zuurgraad te meten geschikt zijn voor zuren in waterige oplossingen, zijn ze niet bruikbaar voor gevallen waarin zuren worden opgelost in andere oplosmiddelen (met name aprotische of niet-waterstofoplosmiddelen) of veel behalve in het geval van zuivere zuren. Bovendien hebben water en andere oplosmiddelen een zogenaamd zuurnivellerend effect, waardoor alle zuren zich na een bepaalde zuurgraad in oplossing op dezelfde manier gaan gedragen.

Om deze moeilijkheid te overwinnen, dat alle sterke zuren in waterige oplossing dezelfde zuurgraad hebben, zijn er andere manieren bedacht om de zuurgraad te meten. Gezamenlijk worden dit zuurgraadfuncties genoemd, waarvan de meest voorkomende de zuurgraadfunctie Hammett of H 0 is . Deze functie is qua concept vergelijkbaar met pH, en vertegenwoordigt het vermogen van een Bromsted-zuur om een ​​zeer zwakke generieke base te protoneren, zoals 2,4,6-trinitroaniline, en wordt gegeven door:

Hammett zuurgraad functie

In dit geval is pK HB+ de negatieve logaritme van de zuurgraadconstante van het geconjugeerde zuur van de zwakke base wanneer opgelost in het zuivere zuur, [B] is de molaire concentratie van de niet-geprotoneerde base en [HB + ] is de concentratie van zijn geconjugeerde zuur. Hoe lager de H 0 , hoe hoger de zuurgraad. Ter referentie: zwavelzuur heeft een Hammett-functiewaarde van -12.

sterke zuren en zwakke zuren

Sterke zuren worden beschouwd als alle zuren die volledig dissociëren in waterige oplossing. Met andere woorden, het zijn die waarvoor dissociatie in water een onomkeerbaar proces is. Aan de andere kant zijn zwakke zuren die niet volledig in water dissociëren omdat hun dissociatie omkeerbaar is en ze een relatief lage zuurgraadconstante hebben.

De superzuren

Naast sterke zuren zijn er ook superzuren. Dit zijn al die zuren die sterker zijn dan puur zwavelzuur. Deze zuren zijn zo sterk dat ze zelfs stoffen kunnen protoneren die we normaal als neutraal beschouwen, en ze kunnen zelfs andere sterke zuren protoneren.

Lijst met veelvoorkomende sterke zuren

De meest voorkomende sterke zuren zijn:

  • Zwavelzuur (H 2 SO 4 , alleen de eerste dissociatie)
  • Salpeterzuur (HNO 3 )
  • Perchloorzuur (HClO 4 )
  • Zoutzuur (HCl)
  • Jodiumwaterstof (HI)
  • Broomwaterstofzuur (HBr)
  • Trifluorazijnzuur (CF 3 COOH)

Er zijn een paar extra voorbeelden van sterke zuren, maar de meeste zuren zijn zwak.

Fluorantimoonzuur: het sterkste zuur ter wereld

Het sterkste bekende zuur is een superzuur genaamd fluorantimoonzuur met de formule HSbF 6 . Het wordt bereid door antimoonpentafluoride (SbF 5 ) te laten reageren met waterstoffluoride (HF).

Fluorantimoonzuur, het sterkste zuur ter wereld.

Deze reactie genereert het hexagecoördineerde ion [SbF 6 – ] dat extreem stabiel is vanwege meerdere resonantiestructuren die de negatieve lading over 6 fluoratomen verdelen en stabiliseren, wat het meest elektronegatieve element in het periodiek systeem is.

In termen van zuurgraad heeft dit zuur een Hammett-zuurgraadfunctiewaarde tussen –21 en –24, wat betekent dat dit zuur tussen 10 9 en 10 12 keer zuurder is dan zuiver zwavelzuur (onthoud dat de zuurgraadfunctie van Hammett een logaritmische functie is, dus elke verandering van één eenheid impliceert een verandering van één orde van grootte).

Lijst van andere superzuren

  • Triflinezuur of trifluormethaansulfonzuur (CF 3 SO 3 H)
  • Fluorsulfonzuur (FSO 3 H)
  • Magisch zuur (SbF5)-FSO 3 H

Referenties

Brønsted-Lowry superzuren en de Hammett-zuurgraadfunctie. (2021, 4 oktober). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Chemie ( 11e ed.). MCGRAW HILL ONDERWIJS.

Farrell, I. (2021, 21 oktober). Wat is het sterkste zuur ter wereld? MVO Onderwijs. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, 26 oktober). Het sterkste zuur ter wereld: kennisstoofpot . Medium. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20stoffen

SciShow. (2016, 19 december). De sterkste zuren ter wereld [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY

Previous article
Next article