Erős savak, szupersavak és a világ legerősebb savai

A savak sokkal gyakoribb anyagok, mint azt sokan gondolják. Mindenféle helyen jelen vannak, kezdve az elfogyasztott ételektől, az elfogyasztott folyadékoktól, a készülékeinket tápláló akkumulátoroktól és még sok mástól. A savak amellett, hogy mindenütt jelen vannak, tulajdonságaik tekintetében is igen változatosak, amelyek közül a legfontosabb, mellesleg és pontosan a savasságuk. A következő részekben áttekintjük a sav fogalmát különböző nézőpontokból, definiáljuk, mik is azok az erős savak, és példákat is láthatunk a tudomány által ismert legerősebb savakra.

Mi az a sav?

A savaknak és bázisoknak többféle fogalma létezik. Mind Arrhenius, mind Bromsted és Lowry szerint sav minden olyan kémiai anyag, amely oldatban protonokat (H ⁺ -ionokat) képes felszabadítani . Bár ez a fogalom az általunk savaknak tekintett vegyületek nagy többségére megfelelő, más, savként viselkedő, savas pH-jú oldatokat előállító anyagokra nem megfelelő, de amelyek ennek ellenére még hidrogénkationt sem tartalmaznak. bennük.szerkezetét.

A fentiek fényében a sav legtágabb és legelfogadottabb fogalma a Lewis-savak fogalma, amely szerint sav minden olyan kémiai anyag, amely elektronhiányos (általában hiányos oktetttel), amely egy részenként egy elektronpárt képes fogadni. bázis , így datív vagy koordináta kovalens kötést képez. Ez a fogalom sokkal általánosabb, mint a többi, mivel lehetővé teszi a savak és bázisok fogalmának kiterjesztését a megszokott vizes oldatokon túlra.

Hogyan mérik a savasságot?

Ha erős és gyenge savakról akarunk beszélni, akkor rendelkeznünk kell egy módszerrel a savak relatív erősségének mérésére, vagyis meg kell tudni mérni a savasságukat az összehasonlításhoz. Vizes oldatokban a savasságot az oldatban lévő hidrogénionok előállításának képessége alapján mérik, akár protonoknak a vízmolekulákba való közvetlen adományozásával:

vagy olyan vízmolekulák koordinálásával, amelyek protonveszteséget okoznak egy második vízmolekulának:

_{Mindkét esetben reverzibilis reakciókról van szó ,} amelyek egy sav disszociációs állandónak vagy savassági állandónak ( Ka ) nevezett ionegyensúlyi állandóhoz kapcsolódnak . Ennek az állandónak az értékét vagy negatív logaritmusát, amelyet pKa _-nak neveznek , gyakran használják egy sav savasságának mérésére. _{Ebben az értelemben minél nagyobb a savassági állandó értéke (vagy minél kisebb a pK a} értéke ), annál erősebb lesz egy sav, és fordítva.

A savasság mértékének másik hasonló, bár kicsit közvetlenebb módja a különböző savak pH-értékének kísérleti mérése, de azonos moláris koncentrációjú oldataiban. Minél alacsonyabb a pH, annál savasabb az anyag.

A szupersavak savassága

Bár a savasság mérésének fenti módszerei alkalmasak vizes oldatokban lévő savakra, nem használhatók olyan esetekben, amikor a savakat más oldószerekben (különösen aprotikus vagy nem hidrogénes oldószerekben) vagy nagymértékben oldják, kivéve a tiszta savakat. Ezenkívül a víz és más oldószerek úgynevezett savkiegyenlítő hatást fejtenek ki, aminek következtében az összes sav egy bizonyos savassági szint után ugyanúgy viselkedik az oldatban.

Ennek a nehézségnek a leküzdésére, hogy a vizes oldatban lévő összes erős savnak azonos a savassága, más módszereket dolgoztak ki a savasság mérésére. Ezeket együttesen savassági függvényeknek nevezzük, a leggyakoribb a Hammett vagy a H ₀ savassági függvény . Ez a függvény koncepciójában hasonló a pH-hoz, és egy Bromsted-sav azon képességét jelenti, hogy nagyon gyenge általános bázist, például 2,4,6-trinitro-anilint protonáljon, és a következő képlet adja meg:

Ebben az esetben pK _HB+ a gyenge bázis konjugált savának savassági állandójának negatív logaritmusa a tiszta savban oldva, [B] a protonálatlan bázis moláris koncentrációja, [HB + ] pedig a bázis koncentrációja ^. konjugált sava. Minél alacsonyabb a H ₀ , annál nagyobb a savasság. Referenciaként a kénsav Hammett-függvény értéke -12.

erős savak és gyenge savak

Erős savaknak tekintjük mindazokat, amelyek vizes oldatban teljesen disszociálnak. Más szóval, ezek azok, amelyeknél a vízben való disszociáció visszafordíthatatlan folyamat. Másrészt gyenge savak azok, amelyek nem disszociálnak teljesen a vízben, mert disszociációjuk reverzibilis, és viszonylag alacsony savassági állandó kapcsolódik hozzájuk.

A szupersavak

Az erős savakon kívül szupersavak is vannak. Ezek mind azok a savak, amelyek erősebbek, mint a tiszta kénsav. Ezek a savak olyan erősek, hogy még olyan anyagokat is képesek protonálni, amelyeket általában semlegesnek gondolunk, sőt más erős savakat is képesek protonálni.

A gyakori erős savak listája

A leggyakoribb erős savak a következők:

• Kénsav (H ₂ SO ₄ , csak az első disszociáció)
• Salétromsav (HNO ₃ )
• Perklórsav (HClO ₄ )
• Sósav (HCl)
• Jódhidrogénsav (HI)
• Hidrobromid (HBr)
• Trifluor-ecetsav ( _CF3COOH )

Van még néhány példa az erős savakra, de a legtöbb sav gyenge.

Fluor-antimonsav: A legerősebb sav a világon

A legerősebb ismert sav a fluor-antimonsavnak nevezett szupersav, amelynek képlete HSbF ₆ . _{Antimon-pentafluorid (SbF 5} ) és hidrogén-fluorid (HF) reagáltatásával állítják elő .

Ez a reakció létrehozza a hexakoordinált iont [SbF ₆ ^– ], amely rendkívül stabil a többszörös rezonanciaszerkezetnek köszönhetően, amely elosztja és stabilizálja a negatív töltést 6 fluoratomon, amely a periódusos rendszer legelektronegatívabb eleme.

A savasság szempontjából ennek a savnak a Hammett-féle savassági függvényértéke –21 és –24 között van, ami azt jelenti, hogy ez a sav 10 9 és 1012-szer savasabb, mint a tiszta kénsav (ne feledjük, Hammett savassági függvénye logaritmikus ^{függvény ,} tehát minden egy egységnyi változás egy nagyságrendű változást von maga után).

Egyéb szupersavak listája

• Triflsav vagy trifluor-metánszulfonsav (CF ₃ SO ₃ H)
• Fluorszulfonsav (FSO _3H )
• Varázssav (SbF5) -FSO _3H

Hivatkozások

Brønsted-Lowry szupersavak és a Hammett savassági függvény. (2021, október 4.). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Kémia (11. ^kiadás ). MCGRAW HILL OKTATÁS.

Farrell, I. (2021, október 21.). Melyik a legerősebb sav a világon? CSR oktatás. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, október 26.). A világ legerősebb savja – Tudásos pörkölt . Közepes. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 anyag

SciShow. (2016, december 19.). A világ legerősebb savai [Videó]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY