HomeruСильные кислоты, суперкислоты и самая сильная кислота в мире

Сильные кислоты, суперкислоты и самая сильная кислота в мире

Кислоты являются гораздо более распространенными веществами, чем многие думают. Они присутствуют во всех местах: в еде, которую мы едим, в жидкости, которую мы пьем, в батареях, питающих наши устройства, и во многом другом. Кислоты не только широко распространены, но и очень разнообразны по своим свойствам, самым важным из которых, между прочим, является их кислотность. В следующих разделах мы рассмотрим понятие кислоты с разных точек зрения, дадим определение тому, что такое сильные кислоты, а также увидим примеры самых сильных кислот, известных науке.

Что такое кислота?

Существует несколько различных концепций кислот и оснований. Согласно Аррениусу, Бромстеду и Лоури, кислота — это любое химическое вещество, способное высвобождать протоны (ионы Н + ) в растворе. Хотя эта концепция подходит для подавляющего большинства соединений, которые мы считаем кислотами, она неадекватна для других веществ, которые ведут себя как кислоты и образуют растворы с кислым рН, но которые, несмотря на это, не имеют даже катионов водорода. в них его структура.

Ввиду вышеизложенного наиболее широкое и общепринятое понятие кислоты — это понятие кислот Льюиса, согласно которому кислота — это любое химическое вещество с недостатком электронов (как правило, с неполным октетом), способное принять пару электронов на часть атома. основание , таким образом образуя дательную или координационную ковалентную связь. Это понятие гораздо более общее, чем другие, так как позволяет расширить понятие о кислотах и ​​основаниях за пределы привычных нам водных растворов.

Как измеряется кислотность?

Если мы хотим говорить о сильных и слабых кислотах, мы должны иметь способ измерения относительной силы кислот, то есть мы должны уметь измерять их кислотность, чтобы сравнивать. В водных растворах кислотность измеряется с точки зрения способности генерировать ионы гидроксония в растворе либо путем прямой передачи протонов молекулам воды:

Сильные кислоты, суперкислоты и самая сильная кислота в мире

или путем координации молекул воды, которая приводит к потере протона на вторую молекулу воды:

Сильные кислоты, суперкислоты и самая сильная кислота в мире

В обоих случаях это обратимые реакции, которые связаны с константой ионного равновесия , называемой константой диссоциации кислоты или константой кислотности ( K a ). Значение этой константы или ее отрицательный логарифм, называемый pK a , часто используется как мера кислотности кислоты. В этом смысле, чем выше значение константы кислотности (или чем ниже значение ее рК а ), тем сильнее будет кислота, и наоборот.

Другой способ измерения степени кислотности, аналогичный, хотя и несколько более прямой, заключается в экспериментальном измерении рН растворов различных кислот, но с одинаковой молярной концентрацией. Чем ниже рН, тем кислее вещество.

Кислотность суперкислот

Хотя вышеописанные способы измерения кислотности подходят для кислот в водных растворах, они бесполезны для случаев, когда кислоты растворяются в других растворителях (в частности, в апротонных или неводородных растворителях) или во многих других, за исключением случая чистых кислот. Кроме того, вода и другие растворители обладают так называемым эффектом выравнивания кислотности, благодаря которому все кислоты после определенного уровня кислотности ведут себя в растворе одинаково.

Чтобы преодолеть эту трудность, заключающуюся в том, что все сильные кислоты в водном растворе имеют одинаковую кислотность, были изобретены другие способы измерения кислотности. В совокупности они называются функциями кислотности, наиболее распространенными из которых являются функция кислотности Гаммета или H 0 . Эта функция по своей концепции аналогична pH и представляет собой способность кислоты Бромстеда протонировать очень слабое родовое основание, такое как 2,4,6-тринитроанилин, и определяется как:

Функция кислотности Гаммета

При этом рК НВ+ — отрицательный логарифм константы кислотности сопряженной кислоты слабого основания при растворении в чистой кислоте, [В] — молярная концентрация непротонированного основания, а [НВ + ] — концентрация его сопряженная кислота. Чем ниже H 0 , тем выше кислотность. Для справки, серная кислота имеет значение функции Гаммета -12.

сильные кислоты и слабые кислоты

К сильным кислотам относятся все те, которые полностью диссоциируют в водном растворе. Другими словами, это те, для которых диссоциация в воде является необратимым процессом. С другой стороны, слабые кислоты — это те, которые не полностью диссоциируют в воде, потому что их диссоциация обратима, и они имеют относительно низкую константу кислотности, связанную с ними.

Суперкислоты

Помимо сильных кислот, существуют еще суперкислоты. Это все те кислоты, которые сильнее чистой серной кислоты. Эти кислоты настолько сильны, что способны протонировать даже вещества, которые мы обычно считаем нейтральными, и даже другие сильные кислоты.

Список распространенных сильных кислот

Наиболее распространенными сильными кислотами являются:

  • Серная кислота (H 2 SO 4 , только первая диссоциация)
  • Азотная кислота (HNO 3 )
  • Хлорная кислота (HClO 4 )
  • Соляная кислота (HCl)
  • Йодоводородная кислота (HI)
  • Бромистоводородная кислота (HBr)
  • Трифторуксусная кислота (CF 3 COOH)

Есть несколько дополнительных примеров сильных кислот, но большинство кислот являются слабыми.

Фторантимоновая кислота: самая сильная кислота в мире

Самой сильной известной кислотой является суперкислота, называемая фторантимоновой кислотой с формулой HSbF 6 . Его получают реакцией пентафторида сурьмы (SbF 5 ) с фтористым водородом (HF).

Фторсурьмяная кислота, самая сильная кислота в мире.

Эта реакция генерирует гексакоординированный ион [SbF 6 – ], который чрезвычайно стабилен из-за множественных резонансных структур, которые распределяют и стабилизируют отрицательный заряд по 6 атомам фтора, который является наиболее электроотрицательным элементом в периодической таблице.

Что касается кислотности, эта кислота имеет значение функции кислотности Гаммета от –21 до –24, что означает, что эта кислота в 10 9–10 12 раз более кислая, чем чистая серная кислота (помните, что функция кислотности Гаммета является логарифмической функцией, поэтому каждое изменение на одну единицу подразумевает изменение на один порядок).

Список других суперкислот

  • Трифликовая кислота или трифторметансульфокислота (CF 3 SO 3 H)
  • Фторсульфоновая кислота (FSO 3 H)
  • Волшебная кислота (SbF5)-FSO 3 H

использованная литература

Суперкислоты Бренстеда-Лоури и функция кислотности Гаммета. (2021, 4 октября). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Чанг, Р. (2021). Химия ( 11- е изд.). ОБРАЗОВАНИЕ МАКГРО ХИЛЛА.

Фаррелл, И. (2021, 21 октября). Какая самая сильная кислота в мире? КСО образование. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ганнингер, Д. (2020, 26 октября). Сильнейшая кислота в похлебке знаний о мире . Середина. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20%20сильнейший,%20host%20of%20other% 20 веществ

Научное шоу. (2016, 19 декабря). Самые сильные кислоты в мире [видео]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY