HomeukСильні кислоти, суперкислоти і найсильніша кислота в світі

Сильні кислоти, суперкислоти і найсильніша кислота в світі

Кислоти є набагато більш поширеними речовинами, ніж багато хто думає. Вони присутні в самих різних місцях: у їжі, яку ми їмо, рідинах, які ми п’ємо, акумуляторах, що живлять наші пристрої, тощо. Крім того, що кислоти є всюдисущими, вони також дуже різноманітні, коли мова йде про їхні властивості, найважливішою з яких, до речі, є їх кислотність. У наступних розділах ми розглянемо поняття кислоти з різних точок зору, визначимо, що таке сильні кислоти, а також побачимо приклади найсильніших кислот, відомих науці.

Що таке кислота?

Існує кілька різних концепцій кислот і основ. Відповідно до Арреніуса, Бромстеда та Лоурі, кислота — це будь-яка хімічна речовина, яка має здатність вивільняти протони (іони Н + ) у розчині. Хоча ця концепція підходить для переважної більшості сполук, які ми вважаємо кислотами, вона неадекватна для інших речовин, які поводяться як кислоти і утворюють розчини з кислим pH, але, незважаючи на це, навіть не містять катіонів водню в них.свою структуру.

З огляду на вищесказане, найширшою та найбільш прийнятною концепцією кислоти є концепція кислот Льюїса, згідно з якою кислотою є будь-яка хімічна речовина з дефіцитом електронів (зазвичай з неповним октетом), здатна приймати пару електронів на частину основа , таким чином утворюючи дативний або координатний ковалентний зв’язок. Ця концепція є набагато загальнішою, ніж інші, оскільки вона дозволяє нам розширити концепцію кислот і основ за межі водних розчинів, до яких ми звикли.

Як вимірюється кислотність?

Якщо ми хочемо говорити про сильні та слабкі кислоти, ми повинні мати спосіб вимірювання відносної сили кислот, тобто ми повинні мати можливість виміряти їхню кислотність, щоб порівнювати. У водних розчинах кислотність вимірюється з точки зору здатності генерувати іони гідронійу в розчині шляхом прямого віддавання протонів молекулам води:

Сильні кислоти, суперкислоти і найсильніша кислота в світі

або шляхом координації молекул води, що призводить до втрати протона другою молекулою води:

Сильні кислоти, суперкислоти і найсильніша кислота в світі

В обох випадках це оборотні реакції, пов’язані з константою іонної рівноваги , яка називається константою кислотної дисоціації або константою кислотності ( K a ). Значення цієї константи або її від’ємний логарифм, що називається pK a , часто використовується як міра кислотності кислоти. У цьому сенсі, чим вище значення константи кислотності (або менше значення її pK a ), тим сильнішою буде кислота, і навпаки.

Інший спосіб вимірювання ступеня кислотності, подібний, хоча й трохи більш прямий, полягає в експериментальному вимірюванні рН розчинів різних кислот, але з однаковою молярною концентрацією. Чим нижче рН, тим кисліша речовина.

Кислотність суперкислот

Хоча наведені вище способи вимірювання кислотності підходять для кислот у водних розчинах, вони непридатні для випадків, коли кислоти розчиняються в інших розчинниках (зокрема, апротонних або неводневих розчинниках) або багато, за винятком чистих кислот. Крім того, вода та інші розчинники мають так званий ефект вирівнювання кислоти, який змушує всі кислоти після певного рівня кислотності поводитися в розчині однаково.

Для подолання цієї труднощі, коли всі сильні кислоти у водному розчині мають однакову кислотність, були винайдені інші способи вимірювання кислотності. У сукупності вони називаються функціями кислотності, найпоширенішою з яких є функція кислотності Гаммета або H 0 . Ця функція подібна за концепцією до рН і представляє здатність кислоти Бромстеда протонувати дуже слабку загальну основу, таку як 2,4,6-тринітроанілін, і визначається як:

Функція кислотності Гаммета

У цьому випадку pK HB+ є від’ємним логарифмом константи кислотності сполученої кислоти зі слабкою основою при розчиненні в чистій кислоті, [B] — молярна концентрація непротонованої основи, а [HB + ] — концентрація його сполучена кислота. Чим нижче H 0 , тим вище кислотність. Для довідки, сірчана кислота має значення функції Гаммета -12.

сильні кислоти і слабкі кислоти

Сильними вважаються всі кислоти, які повністю дисоціюють у водному розчині. Іншими словами, це ті, для яких дисоціація у воді є незворотнім процесом. З іншого боку, слабкі кислоти – це ті, які не повністю дисоціюють у воді, оскільки їхня дисоціація є оборотною, і вони мають відносно низьку константу кислотності, пов’язану з ними.

Суперкислоти

Крім сильних кислот, існують ще суперкислоти. Це всі ті кислоти, які сильніше чистої сірчаної кислоти. Ці кислоти настільки сильні, що вони здатні протонувати навіть речовини, які ми зазвичай вважаємо нейтральними, і вони можуть навіть протонувати інші сильні кислоти.

Список поширених сильних кислот

Найпоширенішими сильними кислотами є:

  • Сірчана кислота (H 2 SO 4 , тільки перша дисоціація)
  • Азотна кислота (HNO 3 )
  • Хлорна кислота (HClO 4 )
  • Соляна кислота (HCl)
  • Йодоводородная кислота (HI)
  • Бромистоводнева кислота (HBr)
  • Трифтороцтова кислота (CF 3 COOH)

Є кілька додаткових прикладів сильних кислот, але більшість кислот є слабкими.

Фторсурманова кислота: найсильніша кислота в світі

Найсильнішою відомою кислотою є суперкислота під назвою фторсурманова кислота з формулою HSbF 6 . Його отримують реакцією пентафториду сурми (SbF 5 ) з фтористим воднем (HF).

Фтористикова кислота, найсильніша кислота в світі.

Ця реакція генерує гексакоординований іон [SbF 6 – ], який є надзвичайно стабільним завдяки численним резонансним структурам, які розподіляють і стабілізують негативний заряд на 6 атомів фтору, який є найбільш електронегативним елементом у періодичній таблиці.

З точки зору кислотності, ця кислота має значення функції кислотності Гаммета від –21 до –24, що означає, що ця кислота в 10 9 і 10 12 разів кислотніша за чисту сірчану кислоту (пам’ятайте, що функція кислотності Гаммета є логарифмічною функцією, тому кожна зміна однієї одиниці передбачає зміну на один порядок величини).

Список інших суперкислот

  • Трифлієва кислота або трифторметансульфонова кислота (CF 3 SO 3 H)
  • Фторсульфонова кислота (FSO 3 H)
  • Чарівна кислота (SbF5)-FSO 3 H

Список літератури

Суперкислоти Бренстеда-Лоурі та функція кислотності Гаммета. (2021, 4 жовтня). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Чанг, Р. (2021). Хімія ( 11- е вид.). ОСВІТА MCGRAW HILL.

Фаррелл, І. (2021, 21 жовтня). Яка кислота найсильніша в світі? Освіта КСВ. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ганнінгер, Д. (2020, 26 жовтня). Найсильніша кислота у світі – рагу «Знання» . Середній. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 речовин

SciShow. (2016, 19 грудня). Найсильніші кислоти в світі [Відео]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY