Ισχυρά οξέα, υπεροξέα και το ισχυρότερο οξύ στον κόσμο

Τα οξέα είναι πολύ πιο κοινές ουσίες από ό,τι πολλοί άνθρωποι αντιλαμβάνονται. Υπάρχουν σε όλα τα μέρη από το φαγητό που τρώμε, τα υγρά που πίνουμε, τις μπαταρίες που τροφοδοτούν τις συσκευές μας και πολλά άλλα. Εκτός από το ότι είναι πανταχού παρόντα, τα οξέα ποικίλλουν επίσης πολύ όσον αφορά τις ιδιότητές τους, η πιο σημαντική από τις οποίες είναι, παρεμπιπτόντως και ακριβώς, η οξύτητά τους. Στις επόμενες ενότητες θα εξετάσουμε την έννοια του οξέος από διαφορετικές οπτικές γωνίες, θα ορίσουμε τι είναι τα ισχυρά οξέα και θα δούμε επίσης παραδείγματα από τα ισχυρότερα οξέα που είναι γνωστά στην επιστήμη.

Τι είναι ένα οξύ;

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές έννοιες οξέων και βάσεων. Σύμφωνα με τους Arrhenius και Bromsted και Lowry, οξύ είναι κάθε χημική ουσία που έχει την ικανότητα να απελευθερώνει πρωτόνια (ιόντα H ⁺ ) σε διάλυμα. Αν και αυτή η ιδέα είναι κατάλληλη για τη μεγάλη πλειονότητα των ενώσεων που θεωρούμε οξέα, είναι ανεπαρκής για άλλες ουσίες που συμπεριφέρονται σαν οξέα και παράγουν διαλύματα με όξινο pH, αλλά που, παρόλα αυτά, δεν έχουν καν κατιόντα υδρογόνου. σε αυτά. δομή του.

Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, η ευρύτερη και πιο αποδεκτή έννοια του οξέος είναι αυτή των οξέων Lewis, σύμφωνα με την οποία οξύ είναι κάθε χημική ουσία με ανεπάρκεια σε ηλεκτρόνια (γενικά με μια ατελή οκτάδα) ικανή να δέχεται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων ανά μέρος ενός βάση , σχηματίζοντας έτσι έναν δοτικό ή συντεταγμένο ομοιοπολικό δεσμό. Αυτή η έννοια είναι πολύ πιο γενική από τις άλλες, αφού μας επιτρέπει να επεκτείνουμε την έννοια των οξέων και των βάσεων πέρα ​​από τα υδατικά διαλύματα που έχουμε συνηθίσει.

Πώς μετριέται η οξύτητα;

Αν θέλουμε να μιλήσουμε για ισχυρά και αδύναμα οξέα, πρέπει να έχουμε έναν τρόπο να μετράμε τη σχετική ισχύ των οξέων, δηλαδή να μπορούμε να μετράμε την οξύτητά τους για να κάνουμε σύγκριση. Στα υδατικά διαλύματα, η οξύτητα μετριέται ως προς την ικανότητα παραγωγής ιόντων υδρονίου σε διάλυμα, είτε με άμεση δωρεά πρωτονίων στα μόρια του νερού:

ή με συντονισμό μορίων νερού που παράγουν την απώλεια ενός πρωτονίου σε ένα δεύτερο μόριο νερού:

_{Και στις δύο περιπτώσεις, πρόκειται για αναστρέψιμες αντιδράσεις που σχετίζονται} με μια σταθερά ιοντικής ισορροπίας που ονομάζεται σταθερά διάστασης οξέος ή σταθερά οξύτητας ( Ka ). Η τιμή αυτής της σταθεράς, ή ο αρνητικός λογάριθμός της, που ονομάζεται pK _a , χρησιμοποιείται συχνά ως μέτρο της οξύτητας ενός οξέος. Υπό αυτή την έννοια, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της σταθεράς οξύτητας (ή όσο χαμηλότερη είναι η τιμή του pK _a ), τόσο ισχυρότερο θα είναι ένα οξύ και αντίστροφα.

Ένας άλλος τρόπος μέτρησης του βαθμού οξύτητας που είναι παρόμοιος, αν και λίγο πιο άμεσος, είναι η πειραματική μέτρηση του pH διαλυμάτων διαφορετικών οξέων, αλλά με την ίδια μοριακή συγκέντρωση. Όσο χαμηλότερο είναι το pH, τόσο πιο όξινη είναι η ουσία.

Η οξύτητα των υπεροξέων

Αν και οι παραπάνω τρόποι μέτρησης της οξύτητας είναι κατάλληλοι για οξέα σε υδατικά διαλύματα, δεν είναι χρήσιμοι για περιπτώσεις όπου τα οξέα διαλύονται σε άλλους διαλύτες (ιδιαίτερα απρωτικούς ή μη υδρογόνους διαλύτες) ή πολύ εκτός από την περίπτωση καθαρών οξέων. Επιπλέον, το νερό και άλλοι διαλύτες έχουν αυτό που ονομάζεται αποτέλεσμα οξέος ισοπέδωσης, το οποίο προκαλεί όλα τα οξέα, μετά από ένα ορισμένο επίπεδο οξύτητας, να συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο στο διάλυμα.

Για να ξεπεραστεί αυτή η δυσκολία, ότι όλα τα ισχυρά οξέα σε υδατικό διάλυμα έχουν την ίδια οξύτητα, έχουν επινοηθεί άλλοι τρόποι μέτρησης της οξύτητας. Συλλογικά, αυτές ονομάζονται συναρτήσεις οξύτητας, η πιο κοινή είναι η συνάρτηση οξύτητας Hammett ή H ₀ . Αυτή η συνάρτηση είναι παρόμοια στην έννοια με το pH και αντιπροσωπεύει την ικανότητα ενός οξέος Bromsted να πρωτονιώνει μια πολύ ασθενή γενική βάση, όπως η 2,4,6-τρινιτροανιλίνη, και δίνεται από:

Στην περίπτωση αυτή, το pK _HB+ είναι ο αρνητικός λογάριθμος της σταθεράς οξύτητας του συζυγούς οξέος της ασθενούς βάσης όταν διαλυθεί στο καθαρό οξύ, [B] είναι η μοριακή συγκέντρωση της μη πρωτονιωμένης βάσης και [HB + ] είναι η ^{συγκέντρωση} του το συζευγμένο οξύ του. Όσο χαμηλότερο είναι το H ₀ , τόσο μεγαλύτερη είναι η οξύτητα. Για αναφορά, το θειικό οξύ έχει τιμή συνάρτησης Hammett -12.

ισχυρά και αδύναμα οξέα

Ισχυρά οξέα θεωρούνται όλα εκείνα που διασπώνται πλήρως σε υδατικό διάλυμα. Με άλλα λόγια, είναι εκείνα για τα οποία η διάσταση στο νερό είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία. Από την άλλη πλευρά, αδύναμα οξέα είναι εκείνα που δεν διασπώνται πλήρως στο νερό επειδή η διάστασή τους είναι αναστρέψιμη και έχουν σχετικά χαμηλή σταθερά οξύτητας που σχετίζεται με αυτά.

Τα Υπεροξέα

Εκτός από τα ισχυρά οξέα, υπάρχουν και τα υπεροξέα. Αυτά είναι όλα εκείνα τα οξέα που είναι ισχυρότερα από το καθαρό θειικό οξύ. Αυτά τα οξέα είναι τόσο ισχυρά που είναι ικανά να πρωτονιώσουν ακόμη και ουσίες που συνήθως θεωρούμε ουδέτερες, και μπορούν ακόμη και να πρωτονιώσουν άλλα ισχυρά οξέα.

Κατάλογος κοινών ισχυρών οξέων

Τα πιο κοινά ισχυρά οξέα είναι:

• Θειικό οξύ (H ₂ SO ₄ , μόνο η πρώτη διάσταση)
• Νιτρικό οξύ (HNO ₃ )
• Υπερχλωρικό οξύ (HClO ₄ )
• Υδροχλωρικό οξύ (HCl)
• Υδροϊωδικό οξύ (HI)
• Υδροβρωμικό οξύ (HBr)
• Τριφθοροξικό οξύ (CF ₃ COOH)

Υπάρχουν μερικά επιπλέον παραδείγματα ισχυρών οξέων, αλλά τα περισσότερα οξέα είναι αδύναμα.

Φθοροαντιμονικό οξύ: Το ισχυρότερο οξύ στον κόσμο

Το ισχυρότερο γνωστό οξύ είναι ένα υπεροξύ που ονομάζεται φθοριοαντιμονικό οξύ με τύπο HSbF ₆ . Παρασκευάζεται με αντίδραση πενταφθοριούχου αντιμονίου (SbF ₅ ) με υδροφθόριο (HF).

Αυτή η αντίδραση δημιουργεί το εξασυντεταγμένο ιόν [SbF ₆ ^– ] το οποίο είναι εξαιρετικά σταθερό λόγω των πολλαπλών δομών συντονισμού που κατανέμουν και σταθεροποιούν το αρνητικό φορτίο σε 6 άτομα φθορίου, το οποίο είναι το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο στον περιοδικό πίνακα.

Όσον αφορά την οξύτητα, αυτό το οξύ έχει τιμή συνάρτησης οξύτητας Hammett μεταξύ -21 και -24, που σημαίνει ότι αυτό το οξύ είναι μεταξύ 10 9 και 10 12 φορές πιο όξινο από το καθαρό θειικό οξύ (θυμηθείτε ότι η συνάρτηση οξύτητας του Hammett είναι μια ^{λογαριθμική} συνάρτηση ^, άρα κάθε μεταβολή μιας μονάδας συνεπάγεται μεταβολή μιας τάξης μεγέθους).

Κατάλογος άλλων υπεροξέων

• Τριφλικό οξύ ή τριφθορομεθανοσουλφονικό οξύ (CF ₃ SO ₃ H)
• Φθοροσουλφονικό οξύ (FSO ₃ H)
• Μαγικό οξύ (SbF5) -FSO _3H

βιβλιογραφικές αναφορές

Υπεροξέα Brønsted-Lowry και η συνάρτηση οξύτητας Hammett. (2021, 4 Οκτωβρίου). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Χημεία (11η ^έκδ .). ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ MCGRAW HILL.

Farrell, I. (2021, 21 Οκτωβρίου). Ποιο είναι το ισχυρότερο οξύ στον κόσμο; Εκπαίδευση ΕΚΕ. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, 26 Οκτωβρίου). Το Ισχυρότερο Οξύ στον Κόσμο – Γνώση στιφάδο . Μεσαίο. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 ουσίες

SciShow. (2016, 19 Δεκεμβρίου). Τα ισχυρότερα οξέα στον κόσμο [Βίντεο]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY