Stærke syrer, supersyrer og den stærkeste syre i verden

Syrer er meget mere almindelige stoffer, end mange mennesker er klar over. De er til stede alle mulige steder fra den mad, vi spiser, de væsker, vi drikker, batterierne, der driver vores enheder og meget mere. Ud over at være allestedsnærværende er syrer også meget varierede, når det kommer til deres egenskaber, hvoraf den vigtigste i øvrigt og præcist er deres surhedsgrad. I de følgende afsnit vil vi gennemgå begrebet syre fra forskellige synsvinkler, vi vil definere, hvad stærke syrer er, og vi vil også se eksempler på de stærkeste syrer kendt af videnskaben.

Hvad er en syre?

Der er flere forskellige begreber om syrer og baser. Ifølge både Arrhenius og Bromsted og Lowry er en syre ethvert kemisk stof, der har evnen til at frigive protoner (H ⁺ ioner ) i opløsning. Selvom dette koncept er passende for langt de fleste af de forbindelser, som vi betragter som syrer, er det utilstrækkeligt for andre stoffer, der opfører sig som syrer, og som producerer opløsninger med en sur pH-værdi, men som på trods af dette ikke engang har hydrogenkationer i dem, dens struktur.

I lyset af ovenstående er det bredeste og mest accepterede begreb for syre begrebet Lewis-syrer, ifølge hvilket en syre er ethvert kemisk stof, der mangler elektroner (generelt med en ufuldstændig oktet), der er i stand til at modtage et par elektroner pr. base og danner således en dativ eller koordinat kovalent binding. Dette koncept er meget mere generelt end de andre, da det giver os mulighed for at udvide begrebet syrer og baser ud over de vandige opløsninger, vi er vant til.

Hvordan måles surhedsgraden?

Hvis vi vil tale om stærke og svage syrer, skal vi have en måde at måle syres relative styrke på, det vil sige, at vi skal kunne måle deres surhedsgrad for at sammenligne. I vandige opløsninger måles surhedsgrad i form af evnen til at generere hydroniumioner i opløsning, enten ved direkte donation af protoner til vandmolekyler:

eller ved koordinering af vandmolekyler, der producerer tabet af en proton til et andet vandmolekyle:

I begge tilfælde er der tale om reversible reaktioner, der er forbundet med en ionisk ligevægtskonstant kaldet syredissociationskonstanten eller surhedskonstanten ₍ Ka ) . Værdien af ​​denne konstant, eller dens negative logaritme, kaldet pK _a , bruges ofte som et mål for surhedsgraden af ​​en syre. I denne forstand, jo højere værdien af ​​surhedskonstanten (eller jo lavere værdien af ​​dens pKa ₎ , jo stærkere vil en syre være, og omvendt.

En anden måde at måle surhedsgraden på, der er ens, omend lidt mere direkte, er ved eksperimentelt at måle pH-værdien af ​​opløsninger af forskellige syrer, men med den samme molære koncentration. Jo lavere pH, desto surere er stoffet.

Surhedsgraden af ​​supersyrer

Selvom de ovennævnte måder at måle surhedsgrad på er egnede til syrer i vandige opløsninger, er de ikke nyttige i tilfælde, hvor syrer er opløst i andre opløsningsmidler (især aprotiske eller ikke-hydrogen opløsningsmidler) eller meget undtagen i tilfælde af rene syrer. Derudover har vand og andre opløsningsmidler det, man kalder en syreudjævnende effekt, som får alle syrer til, efter en vis surhedsgrad, at opføre sig på samme måde i opløsning.

For at overvinde denne vanskelighed, at alle stærke syrer i vandig opløsning har samme surhedsgrad, er der udtænkt andre måder at måle surhedsgraden på. Samlet kaldes disse surhedsfunktioner, hvor den mest almindelige er Hammett- eller H ₀ -syrefunktionen . Denne funktion ligner i konceptet pH og repræsenterer en Bromsted-syres evne til at protonere en meget svag generisk base, såsom 2,4,6-trinitroanilin, og er givet af:

I dette tilfælde er pK _HB+ den negative logaritme af surhedskonstanten for den konjugerede syre i den svage base, når den er opløst i den rene syre, [B] er den molære koncentration af den uprotonerede base, og [HB + ] er ^{koncentrationen} af dens konjugerede syre. Jo lavere H ₀ , jo højere surhedsgrad. Til reference har svovlsyre en Hammett-funktionsværdi på -12.

stærke syrer og svage syrer

Stærke syrer anses for at være alle dem, der dissocierer fuldstændigt i vandig opløsning. Det er med andre ord dem, for hvilke dissociation i vand er en irreversibel proces. På den anden side er svage syrer dem, der ikke dissocierer fuldstændigt i vand, fordi deres dissociation er reversibel, og de har en relativt lav surhedskonstant forbundet med dem.

Supersyrerne

Udover stærke syrer findes der også supersyrer. Det er alle de syrer, der er stærkere end ren svovlsyre. Disse syrer er så stærke, at de er i stand til at protonere selv stoffer, som vi normalt tænker på som neutrale, og de kan endda protonere andre stærke syrer.

Liste over almindelige stærke syrer

De mest almindelige stærke syrer er:

• Svovlsyre (H ₂ SO ₄ , kun den første dissociation)
• Salpetersyre ( _HNO3 )
• Perchlorsyre (HClO ₄ )
• Saltsyre (HCl)
• Hydrojodsyre (HI)
• Hydrobromidsyre (HBr)
• Trifluoreddikesyre (CF ₃ COOH)

Der er et par yderligere eksempler på stærke syrer, men de fleste syrer er svage.

Fluoroantimonsyre: Den stærkeste syre i verden

Den stærkeste kendte syre er en supersyre kaldet fluorantimonsyre med formlen HSbF ₆ . Det fremstilles ved at reagere antimonpentafluorid (SbF ₅ ) med hydrogenfluorid (HF).

Denne reaktion genererer den hexakoordinerede ion [SbF ₆ ^– ] som er ekstremt stabil på grund af multiple resonansstrukturer, der fordeler og stabiliserer den negative ladning over 6 fluoratomer, som er det mest elektronegative grundstof i det periodiske system.

Med hensyn til surhedsgrad har denne syre en Hammett surhedsfunktionsværdi mellem –21 og –24, hvilket betyder, at denne syre er mellem 10 9 og 10 12 gange surere end ren svovlsyre (husk Hammetts surhedsfunktion er en logaritmisk ^{funktion ,} så hver ændring af en enhed indebærer en ændring af en størrelsesorden).

Liste over andre supersyrer

• Triflinsyre eller trifluormethansulfonsyre (CF ₃ SO ₃ H)
• Fluorsulfonsyre (FSO _3H )
• Magisk syre (SbF5 ) _-FSO3H

Referencer

Brønsted-Lowry Supersyrer og Hammett-syrefunktionen. (2021, 4. oktober). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Kemi (11. ^udgave ). MCGRAW HILL UDDANNELSE.

Farrell, I. (2021, 21. oktober). Hvad er den stærkeste syre i verden? CSR uddannelse. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, 26. oktober). Den stærkeste syre i verden – vidensgryderet . Medium. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 stoffer

SciShow. (2016, 19. december). De stærkeste syrer i verden [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY