HomeslMočne kisline, superkisline in najmočnejša kislina na svetu

Močne kisline, superkisline in najmočnejša kislina na svetu

Kisline so veliko pogostejše snovi, kot se mnogi zavedajo. Prisotni so na vseh mogočih mestih, od hrane, ki jo uživamo, tekočin, ki jih pijemo, baterij, ki napajajo naše naprave, itd. Poleg tega, da so kisline vseprisotne, so zelo raznolike tudi po svojih lastnostih, med katerimi je mimogrede najpomembnejša prav njihova kislost. V naslednjih razdelkih bomo pregledali koncept kisline z različnih zornih kotov, opredelili bomo, kaj so močne kisline, in videli bomo tudi primere najmočnejših kislin, ki jih znanost pozna.

Kaj je kislina?

Obstaja več različnih konceptov kislin in baz. Po Arrheniusu, Bromstedu in Lowryju je kislina katera koli kemična snov, ki ima sposobnost sproščanja protonov (H + ionov ) v raztopini. Čeprav je ta koncept primeren za veliko večino spojin, ki jih štejemo za kisline, je neustrezen za druge snovi, ki se obnašajo kot kisline in proizvajajo raztopine s kislim pH, vendar kljub temu nimajo niti vodikovih kationov v njih.njegova struktura.

Glede na zgoraj navedeno je najširši in najbolj sprejet koncept kisline koncept Lewisovih kislin, po katerem je kislina vsaka kemična snov s pomanjkanjem elektronov (običajno z nepopolnim oktetom), ki lahko sprejme par elektronov na del baza , s čimer tvori dativno ali koordinatno kovalentno vez. Ta koncept je veliko bolj splošen od drugih, saj nam omogoča, da koncept kislin in baz razširimo izven vodnih raztopin, ki smo jih vajeni.

Kako se meri kislost?

Če hočemo govoriti o močnih in šibkih kislinah, moramo imeti način za merjenje relativne jakosti kislin, to je, moramo znati izmeriti njihovo kislost, da lahko primerjamo. V vodnih raztopinah se kislost meri glede na sposobnost tvorjenja hidronijevih ionov v raztopini bodisi z neposrednim dajanjem protonov molekulam vode:

Močne kisline, superkisline in najmočnejša kislina na svetu

ali s koordinacijo vodnih molekul, ki povzročijo izgubo protona v drugo vodno molekulo:

Močne kisline, superkisline in najmočnejša kislina na svetu

V obeh primerih gre za reverzibilne reakcije, ki so povezane s konstanto ionskega ravnotežja , imenovano kislinska disociacijska konstanta ali konstanta kislosti ( K a ). Vrednost te konstante ali njen negativni logaritem, imenovan pK a , se pogosto uporablja kot merilo kislosti kisline. V tem smislu, višja kot je vrednost konstante kislosti (ali nižja kot je vrednost njenega pK a ), močnejša bo kislina in obratno.

Drugi način merjenja stopnje kislosti, ki je podoben, čeprav nekoliko bolj neposreden, je eksperimentalno merjenje pH raztopin različnih kislin, vendar z enako molsko koncentracijo. Nižji kot je pH, bolj kisla je snov.

Kislost superkislin

Čeprav so zgornji načini merjenja kislosti primerni za kisline v vodnih raztopinah, niso uporabni v primerih, ko so kisline raztopljene v drugih topilih (zlasti aprotičnih ali nevodikovih topilih) ali veliko, razen v primeru čistih kislin. Poleg tega imajo voda in druga topila tako imenovani učinek izravnave kisline, ki povzroči, da se vse kisline po določeni stopnji kislosti v raztopini obnašajo enako.

Da bi premagali to težavo, da imajo vse močne kisline v vodni raztopini enako kislost, so iznašli druge načine za merjenje kislosti. Skupaj se imenujejo funkcije kislosti, najpogostejša pa je Hammettova ali H 0 funkcija kislosti . Ta funkcija je po konceptu podobna pH in predstavlja zmožnost Bromstedove kisline, da protonira zelo šibko generično bazo, kot je 2,4,6-trinitroanilin, in je podana z:

Hammettova funkcija kislosti

V tem primeru je pK HB+ negativni logaritem konstante kislosti konjugirane kisline šibke baze, ko je raztopljena v čisti kislini, [B] je molska koncentracija neprotonirane baze in [HB + ] je koncentracija njena konjugirana kislina. Nižji kot je H 0 , večja je kislost. Za referenco ima žveplova kislina vrednost Hammettove funkcije -12.

močne kisline in šibke kisline

Za močne kisline štejemo vse tiste, ki v vodni raztopini popolnoma disociirajo. Z drugimi besedami, to so tisti, pri katerih je disociacija v vodi nepovraten proces. Po drugi strani pa so šibke kisline tiste, ki v vodi ne disociirajo popolnoma, ker je njihova disociacija reverzibilna in imajo z njimi povezano razmeroma nizko konstanto kislosti.

Superkisline

Poleg močnih kislin obstajajo tudi superkisline. To so vse tiste kisline, ki so močnejše od čiste žveplove kisline. Te kisline so tako močne, da so sposobne protonirati celo snovi, za katere običajno mislimo, da so nevtralne, in lahko celo protonirajo druge močne kisline.

Seznam pogostih močnih kislin

Najpogostejše močne kisline so:

  • Žveplova kislina (H 2 SO 4 , samo prva disociacija)
  • Dušikova kislina (HNO 3 )
  • Perklorova kislina (HClO 4 )
  • klorovodikova kislina (HCl)
  • Jodovodikova kislina (HI)
  • bromovodikova kislina (HBr)
  • Trifluoroocetna kislina (CF 3 COOH)

Obstaja nekaj dodatnih primerov močnih kislin, vendar je večina kislin šibkih.

Fluoroantimonska kislina: najmočnejša kislina na svetu

Najmočnejša znana kislina je superkislina, imenovana fluoroantimonska kislina s formulo HSbF 6 . Pripravi se z reakcijo antimonovega pentafluorida (SbF 5 ) z vodikovim fluoridom (HF).

Fluoroantimonska kislina, najmočnejša kislina na svetu.

Ta reakcija generira heksakoordinirani ion [SbF 6 – ], ki je izjemno stabilen zaradi večkratnih resonančnih struktur, ki porazdelijo in stabilizirajo negativni naboj na 6 atomov fluora, ki je najbolj elektronegativen element v periodnem sistemu.

Kar zadeva kislost, ima ta kislina vrednost Hammettove funkcije kislosti med –21 in –24, kar pomeni, da je ta kislina med 10 9 in 10 12 -krat bolj kisla kot čista žveplova kislina (ne pozabite, da je Hammettova funkcija kislosti logaritemska funkcija, torej vsaka sprememba ene enote pomeni spremembo enega reda velikosti).

Seznam drugih superkislin

  • Triflična kislina ali trifluorometansulfonska kislina (CF 3 SO 3 H)
  • Fluorosulfonska kislina (FSO 3 H)
  • Čarobna kislina (SbF5)-FSO 3 H

Reference

Brønsted-Lowryjeve superkisline in Hammettova funkcija kislosti. (2021, 4. oktober). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Kemija ( 11. izd.). IZOBRAŽEVANJE MCGRAW HILL.

Farrell, I. (2021, 21. oktober). Katera je najmočnejša kislina na svetu? DOP izobraževanje. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, 26. oktober). Najmočnejša kislina na svetu – enolončnica znanja . Srednje. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strong,a%20host%20of%20other% 20 snovi

SciShow. (2016, 19. december). Najmočnejše kisline na svetu [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY