HomeskSilné kyseliny, superkyseliny a najsilnejšia kyselina na svete

Silné kyseliny, superkyseliny a najsilnejšia kyselina na svete

Kyseliny sú oveľa bežnejšie látky, ako si mnohí ľudia uvedomujú. Sú prítomné na najrôznejších miestach od jedla, ktoré jeme, tekutín, ktoré pijeme, batérií, ktoré napájajú naše zariadenia a podobne. Okrem toho, že sú kyseliny všadeprítomné, sú veľmi rozmanité aj čo sa týka ich vlastností, z ktorých najdôležitejšia je mimochodom a práve ich kyslosť. V nasledujúcich častiach si zopakujeme pojem kyselina z rôznych uhlov pohľadu, zadefinujeme si, čo sú silné kyseliny a uvidíme aj príklady najsilnejších kyselín, ktoré veda pozná.

Čo je kyselina?

Existuje niekoľko rôznych konceptov kyselín a zásad. Podľa Arrhenia, Bromsteda a Lowryho je kyselina akákoľvek chemická látka, ktorá má schopnosť uvoľňovať protóny (H + ióny ) v roztoku. Aj keď je tento koncept vhodný pre veľkú väčšinu zlúčenín, ktoré považujeme za kyseliny, je nedostatočný pre iné látky, ktoré sa správajú ako kyseliny a ktoré vytvárajú roztoky s kyslým pH, ktoré však napriek tomu neobsahujú ani katióny vodíka. v nich.jeho štruktúra.

Vzhľadom na vyššie uvedené je najširším a najviac akceptovaným konceptom kyseliny koncept Lewisových kyselín, podľa ktorého je kyselina akákoľvek chemická látka s nedostatkom elektrónov (vo všeobecnosti s neúplným oktetom), ktorá je schopná prijať pár elektrónov na časť báza , čím sa vytvorí datívna alebo koordinačná kovalentná väzba. Tento koncept je oveľa všeobecnejší ako ostatné, pretože nám umožňuje rozšíriť koncept kyselín a zásad nad rámec vodných roztokov, na ktoré sme zvyknutí.

Ako sa meria kyslosť?

Ak chceme hovoriť o silných a slabých kyselinách, musíme mať spôsob merania relatívnej sily kyselín, to znamená, že musíme vedieť zmerať ich kyslosť, aby sme mohli porovnávať. Vo vodných roztokoch sa kyslosť meria z hľadiska schopnosti vytvárať hydróniové ióny v roztoku, a to buď priamym darovaním protónov molekulám vody:

Silné kyseliny, superkyseliny a najsilnejšia kyselina na svete

alebo koordináciou molekúl vody, ktoré spôsobujú stratu protónu na druhú molekulu vody:

Silné kyseliny, superkyseliny a najsilnejšia kyselina na svete

V oboch prípadoch ide o reverzibilné reakcie, ktoré sú spojené s iónovou rovnovážnou konštantou nazývanou kyslá disociačná konštanta alebo kyslá konštanta ( K a ). Hodnota tejto konštanty alebo jej záporný logaritmus, nazývaný pKa , sa často používa ako miera kyslosti kyseliny. V tomto zmysle, čím vyššia je hodnota konštanty kyslosti (alebo čím nižšia je hodnota jej pKa ) , tým silnejšia bude kyselina a naopak.

Iný spôsob merania stupňa kyslosti, ktorý je podobný, aj keď trochu priamejší, je experimentálne meranie pH roztokov rôznych kyselín, ale s rovnakou molárnou koncentráciou. Čím je pH nižšie, tým je látka kyslejšia.

Kyslosť superkyselín

Hoci vyššie uvedené spôsoby merania kyslosti sú vhodné pre kyseliny vo vodných roztokoch, nie sú použiteľné v prípadoch, keď sú kyseliny rozpustené v iných rozpúšťadlách (najmä aprotických alebo nevodíkových rozpúšťadlách) alebo v mnohých prípadoch, s výnimkou čistých kyselín. Okrem toho voda a iné rozpúšťadlá majú takzvaný účinok vyrovnávania kyselín, ktorý spôsobuje, že všetky kyseliny sa po určitej úrovni kyslosti správajú v roztoku rovnakým spôsobom.

Na prekonanie tohto problému, že všetky silné kyseliny vo vodnom roztoku majú rovnakú kyslosť, boli navrhnuté iné spôsoby merania kyslosti. Súhrnne sa nazývajú funkcie kyslosti, pričom najbežnejšia je Hammettova funkcia alebo funkcia kyslosti H 0 . Táto funkcia je podobná v koncepcii pH a predstavuje schopnosť Bromstedovej kyseliny protónovať veľmi slabú generickú bázu, ako je 2,4,6-trinitroanilín, a je daná:

Hammettova funkcia kyslosti

V tomto prípade pK HB+ je záporný logaritmus konštanty kyslosti konjugovanej kyseliny so slabou zásadou, keď je rozpustená v čistej kyseline, [B] je molárna koncentrácia neprotónovanej zásady a [HB + ] je koncentrácia jeho konjugovaná kyselina. Čím je H 0 nižšia , tým je kyslosť vyššia. Na porovnanie, kyselina sírová má hodnotu Hammettovej funkcie -12.

silné kyseliny a slabé kyseliny

Za silné kyseliny sa považujú všetky tie, ktoré sa vo vodnom roztoku úplne disociujú. Inými slovami, sú to tie, pre ktoré je disociácia vo vode nezvratným procesom. Na druhej strane slabé kyseliny sú tie, ktoré sa vo vode úplne nedisociujú, pretože ich disociácia je reverzibilná a je s nimi spojená relatívne nízka konštanta kyslosti.

Superkyseliny

Okrem silných kyselín existujú aj superkyseliny. To sú všetky tie kyseliny, ktoré sú silnejšie ako čistá kyselina sírová. Tieto kyseliny sú také silné, že sú schopné protonovať aj látky, ktoré bežne považujeme za neutrálne, a dokonca dokážu protónovať aj iné silné kyseliny.

Zoznam bežných silných kyselín

Najbežnejšie silné kyseliny sú:

  • Kyselina sírová (H 2 SO 4 , iba prvá disociácia)
  • Kyselina dusičná (HNO 3 )
  • Kyselina chloristá (HClO 4 )
  • kyselina chlorovodíková (HCl)
  • Kyselina jodovodíková (HI)
  • kyselina bromovodíková (HBr)
  • Kyselina trifluóroctová ( CF3COOH )

Existuje niekoľko ďalších príkladov silných kyselín, ale väčšina kyselín je slabá.

Kyselina fluoroantimónová: Najsilnejšia kyselina na svete

Najsilnejšou známou kyselinou je superkyselina nazývaná kyselina fluórantimónová so vzorcom HSbF6 . Pripravuje sa reakciou fluoridu antimonitého (SbF 5 ) s fluorovodíkom (HF).

Kyselina fluoroantimónová, najsilnejšia kyselina na svete.

Táto reakcia generuje hexakoordinovaný ión [SbF 6 – ], ktorý je extrémne stabilný vďaka viacnásobným rezonančným štruktúram, ktoré distribuujú a stabilizujú negatívny náboj na 6 atómoch fluóru, čo je najviac elektronegatívny prvok v periodickej tabuľke prvkov.

Pokiaľ ide o kyslosť, táto kyselina má Hammettovu funkciu kyslosti medzi –21 a –24, čo znamená, že táto kyselina je medzi 109 a 1012 -krát kyslejšia ako čistá kyselina sírová (pamätajte, že Hammettova funkcia kyslosti je logaritmická funkcia, takže každá zmena jednej jednotky znamená zmenu o jeden rád).

Zoznam ďalších superkyselín

  • Kyselina triflová alebo kyselina trifluórmetánsulfónová ( CF3S03H )
  • Kyselina fluórsulfónová (FS03H )
  • Magická kyselina (SbF5) -FS03H

Referencie

Brønsted-Lowryho superkyseliny a Hammettova funkcia kyslosti. (2021, 4. októbra). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Chémia ( 11. vydanie). VZDELÁVANIE MCGRAW HILL.

Farrell, I. (2021, 21. október). Aká je najsilnejšia kyselina na svete? CSR vzdelávanie. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, 26. október). Najsilnejšia kyselina na svete – vedomostný guláš . Stredná. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 látok

SciShow. (2016, 19. december). Najsilnejšie kyseliny na svete [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY