Homethกรดแก่ superacids และกรดที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก

กรดแก่ superacids และกรดที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก

กรดเป็นสารทั่วไปมากกว่าที่หลายคนรู้ สิ่งเหล่านี้มีอยู่ในทุกสถานที่ตั้งแต่อาหารที่เรากิน ของเหลวที่เราดื่ม แบตเตอรี่ที่จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ของเรา และอื่นๆ นอกจากจะมีอยู่ทั่วไปแล้ว กรดยังมีความหลากหลายมากในแง่ของคุณสมบัติ ที่สำคัญที่สุดคือความเป็นกรดโดยบังเอิญและแม่นยำ ในหัวข้อต่อไปนี้ เราจะทบทวนแนวคิดของกรดจากมุมมองต่างๆ เราจะให้คำจำกัดความว่ากรดแก่คืออะไร และเราจะดูตัวอย่างกรดที่แก่ที่สุดที่วิทยาศาสตร์รู้จักด้วย

กรดคืออะไร?

มีแนวคิดเกี่ยวกับกรดและเบสที่แตกต่างกันหลายประการ ตาม Arrhenius และ Bromsted และ Lowry กรดคือสารเคมีใด ๆ ที่มีความสามารถในการปล่อยโปรตอน (H + ไอออน ) ในสารละลาย แม้ว่าแนวคิดนี้จะเหมาะสมกับสารประกอบส่วนใหญ่ที่เราพิจารณาว่าเป็นกรด แต่ก็ไม่เพียงพอสำหรับสารอื่นๆ ที่มีพฤติกรรมเหมือนกรดและให้สารละลายที่มีค่า pH เป็นกรด แต่ถึงกระนั้นก็ไม่มีไฮโดรเจนไอออนบวกด้วยซ้ำ ในนั้น โครงสร้างของมัน

จากมุมมองข้างต้น แนวคิดที่กว้างที่สุดและเป็นที่ยอมรับมากที่สุดของกรดคือกรดลิวอิส โดยที่กรดคือสารเคมีใดๆ ที่ขาดอิเล็กตรอน (โดยทั่วไปมีออคเตตที่ไม่สมบูรณ์) ที่สามารถรับคู่อิเล็กตรอนต่อส่วนหนึ่งของ a เบสจึงสร้างพันธะโคเวเลนต์เชิงพิกัดหรือโคเวเลนต์ แนวคิดนี้กว้างกว่าแนวคิดอื่นๆ เนื่องจากช่วยให้เราสามารถขยายแนวคิดเกี่ยวกับกรดและเบสนอกเหนือจากสารละลายที่เป็นน้ำที่เราคุ้นเคย

ความเป็นกรดวัดได้อย่างไร?

ถ้าจะพูดถึงกรดแก่และกรดอ่อน เราต้องมีวิธีวัดความแรงสัมพัทธ์ของกรด นั่นคือเราต้องสามารถวัดความเป็นกรดของกรดเหล่านั้นเพื่อเปรียบเทียบได้ ในสารละลายที่เป็นน้ำ ความเป็นกรดจะวัดจากความสามารถในการสร้างไฮโดรเนียมไอออนในสารละลาย ไม่ว่าจะโดยการให้โปรตอนแก่โมเลกุลของน้ำโดยตรง:

กรดแก่ superacids และกรดที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก

หรือโดยการประสานกันของโมเลกุลของน้ำที่ทำให้เกิดการสูญเสียโปรตอนไปยังโมเลกุลของน้ำที่สอง:

กรดแก่ superacids และกรดที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก

ในทั้งสองกรณี ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาผันกลับได้ที่เกี่ยวข้องกับค่าคงที่สมดุลไอออนิกที่เรียกว่าค่าคงที่การแยกตัวของกรดหรือค่าคงที่ความเป็นกรด ( K a ) ค่าของค่าคงที่นี้หรือค่าลอการิทึมเชิงลบที่เรียกว่าpK aมักใช้เป็นค่าความเป็นกรดของกรด ในแง่นี้ ค่าคงที่ของความเป็นกรดยิ่งสูง (หรือค่า pK a ของมันยิ่งต่ำ ) กรดก็จะยิ่งแรงขึ้น และในทางกลับกัน

อีกวิธีในการวัดระดับความเป็นกรดที่คล้ายกันแม้ว่าจะตรงไปตรงมากว่าเล็กน้อยก็คือการวัดค่า pH ของสารละลายของกรดต่างชนิดกันในการทดลอง แต่มีความเข้มข้นโมลาร์เท่ากัน ยิ่งค่า pH ต่ำ สารก็ยิ่งเป็นกรดมากขึ้นเท่านั้น

ความเป็นกรดของ superacids

แม้ว่าวิธีการวัดความเป็นกรดข้างต้นจะเหมาะสำหรับกรดในสารละลายที่เป็นน้ำ แต่ก็ไม่มีประโยชน์ในกรณีที่กรดละลายในตัวทำละลายอื่นๆ (โดยเฉพาะตัวทำละลาย aprotic หรือที่ไม่ใช่ไฮโดรเจน) หรือมาก ยกเว้นในกรณีของกรดบริสุทธิ์ นอกจากนี้ น้ำและตัวทำละลายอื่นๆ ยังมีสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ปรับระดับกรด ซึ่งทำให้กรดทั้งหมดหลังจากมีความเป็นกรดในระดับหนึ่งแล้ว จะทำงานในลักษณะเดียวกันในสารละลาย

เพื่อเอาชนะความยากลำบากนี้ กรดแก่ทั้งหมดในสารละลายที่เป็นน้ำมีความเป็นกรดเท่ากัน จึงได้คิดค้นวิธีอื่นในการวัดค่าความเป็นกรด รวมเรียกว่าฟังก์ชันความเป็นกรด ฟังก์ชันที่พบมากที่สุดคือแฮมเมตต์หรือ H 0 ฟังก์ชันความเป็น กรด ฟังก์ชันนี้มีแนวคิดคล้ายกับค่า pH และแสดงถึงความสามารถของกรดบรอมสเตดในการโปรตอนเบสทั่วไปที่อ่อนแอมาก เช่น 2,4,6-ไตรไนโตรอะนิลีน และถูกกำหนดโดย:

ฟังก์ชันความเป็นกรดของแฮมเมตต์

ในกรณีนี้ pK HB+คือลอการิทึมเชิงลบของค่าคงที่ความเป็นกรดของกรดคอนจูเกตของเบสอ่อนเมื่อละลายในกรดบริสุทธิ์ [B] คือความเข้มข้นโมลาร์ของเบสที่ไม่โปรตอน และ [HB + ] คือความเข้มข้นของ กรดคอนจูเกตของมัน ยิ่ง H 0 ต่ำ ความเป็นกรดยิ่งสูง สำหรับการอ้างอิง กรดซัลฟิวริกมีค่าฟังก์ชันแฮมเมตต์เท่ากับ -12

กรดแก่และกรดอ่อน

กรดแก่ถือเป็นกรดที่แตกตัวได้อย่างสมบูรณ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือสิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่แยกตัวออกจากน้ำเป็นกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้ ในทางกลับกัน กรดอ่อนคือกรดที่ไม่แตกตัวในน้ำอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากการแตกตัวของกรดสามารถย้อนกลับได้และมีค่าคงที่ของความเป็นกรดค่อนข้างต่ำที่เกี่ยวข้อง

กรดซูเปอร์แอซิด

นอกจากกรดแก่แล้วยังมีกรดซุปเปอร์ เหล่านี้เป็นกรดที่แรงกว่ากรดกำมะถันบริสุทธิ์ กรดเหล่านี้มีความแรงมากจนสามารถสร้างโปรตอนแม้กระทั่งสารที่ปกติเราคิดว่าเป็นกลาง และยังสามารถโปรตอนกรดแก่อื่นๆ

รายชื่อกรดแก่ทั่วไป

กรดแก่ที่พบบ่อยที่สุดคือ:

  • กรดกำมะถัน (H 2 SO 4เฉพาะการแยกตัวครั้งแรก)
  • กรดไนตริก (HNO 3 )
  • กรดเปอร์คลอริก (HClO 4 )
  • กรดไฮโดรคลอริก (HCl)
  • กรดไฮโดรไอโอดิก (HI)
  • กรดไฮโดรโบรมิก (HBr)
  • กรดไตรฟลูออโรอะซิติก (CF 3 COOH)

มีตัวอย่างเพิ่มเติมเล็กน้อยเกี่ยวกับกรดแก่ แต่กรดส่วนใหญ่เป็นกรดอ่อน

กรดฟลูออโรแอนติโมนิก: กรดที่แรงที่สุดในโลก

กรดที่แรงที่สุดที่รู้จักคือกรดซูเปอร์แอซิ ดที่เรียกว่ากรดฟลูออโรแอนติโมนิก ซึ่งมีสูตร HSbF 6 เตรียมโดยทำปฏิกิริยาแอนติโมนีเพนตะฟลูออไรด์ (SbF 5 ) กับไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF)

กรดฟลูออโรแอนติโมนิก กรดที่แรงที่สุดในโลก

ปฏิกิริยานี้สร้างไอออนพิกัดเฮกซา [SbF 6 – ] ซึ่งเสถียรมากเนื่องจากโครงสร้างเรโซแนนซ์หลายตัวที่กระจายและทำให้ประจุลบเสถียรเหนืออะตอมฟลูออรีน 6 อะตอม ซึ่งเป็นธาตุที่มีประจุไฟฟ้าลบมากที่สุดในตารางธาตุ

ในแง่ของความเป็นกรด กรดนี้มีค่าฟังก์ชันความเป็นกรดของแฮมเมตต์อยู่ระหว่าง –21 ถึง –24 ซึ่งหมายความว่ากรดนี้มีค่าระหว่าง 10 9ถึง 10 เป็นกรดมากกว่ากรดซัลฟิวริกบริสุทธิ์ถึง 12เท่า (โปรดจำไว้ว่าฟังก์ชันความเป็นกรดของแฮมเมตต์คือฟังก์ชันลอการิทึม ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงแต่ละหน่วยหมายถึงการเปลี่ยนแปลงลำดับความสำคัญหนึ่งลำดับ)

รายชื่อ superacids อื่น ๆ

  • กรดไตรฟลิกหรือกรดไตรฟลูออโรมีเทนซัลโฟนิก (CF 3 SO 3 H)
  • กรดฟลูออโรซัลโฟนิก (FSO 3 H)
  • กรดเมจิก (SbF5)-FSO 3 H

อ้างอิง

กรดซูเปอร์แอซิดของเบรินสเต็ด-โลว์รีและฟังก์ชันความเป็นกรดของแฮมเมตต์ (2564, 4 ตุลาคม). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

ช้าง ร. (2564). เคมี( 11th ed.). MCGRAW HILL การศึกษา

Farrell, I. (2021, 21 ตุลาคม). กรดอะไรที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก? CSR การศึกษา https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, 26 ตุลาคม). กรดที่แรงที่สุดในโลก–สตูว์ความรู้ ปานกลาง. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20สาร

วิทย์โชว์. (2559, 19 ธันวาคม). กรดที่แรงที่สุดในโลก [วิดีโอ] ยูทูบ. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY