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Gli acidi sono sostanze molto più comuni di quanto molte persone credano. Sono presenti ovunque, dal cibo che mangiamo, ai liquidi che beviamo, alle batterie che alimentano i nostri dispositivi e altro ancora. Oltre ad essere onnipresenti, gli acidi sono anche molto vari per quanto riguarda le loro proprietà, la più importante delle quali è, incidentalmente e precisamente, la loro acidità. Nelle sezioni seguenti esamineremo il concetto di acido da diversi punti di vista, definiremo cosa sono gli acidi forti e vedremo anche esempi degli acidi più forti conosciuti dalla scienza.
Cos’è un acido?
Esistono diversi concetti di acidi e basi. Secondo Arrhenius, Bromsted e Lowry, un acido è qualsiasi sostanza chimica che ha la capacità di rilasciare protoni (ioni H + ) in soluzione. Sebbene questo concetto sia appropriato per la stragrande maggioranza dei composti che consideriamo acidi, è inadeguato per altre sostanze che si comportano come acidi e che producono soluzioni a pH acido, ma che, nonostante ciò, non hanno nemmeno cationi idrogeno in la sua struttura.
Alla luce di quanto sopra, il concetto di acido più ampio e accettato è quello degli acidi di Lewis, secondo i quali un acido è una qualsiasi sostanza chimica carente di elettroni (generalmente con un ottetto incompleto) in grado di ricevere una coppia di elettroni per parte di un base , formando così un legame covalente dativo o coordinato. Questo concetto è molto più generale degli altri, poiché ci permette di ampliare il concetto di acidi e basi oltre le soluzioni acquose a cui siamo abituati.
Come si misura l’acidità?
Se vogliamo parlare di acidi forti e deboli, dobbiamo avere un modo per misurare la forza relativa degli acidi, cioè dobbiamo essere in grado di misurare la loro acidità per fare un confronto. Nelle soluzioni acquose, l’acidità viene misurata in termini di capacità di generare ioni idronio in soluzione, sia per donazione diretta di protoni alle molecole d’acqua:
o per coordinazione di molecole d’acqua che producono la perdita di un protone in una seconda molecola d’acqua:
In entrambi i casi, si tratta di reazioni reversibili associate a una costante di equilibrio ionico chiamata costante di dissociazione acida o costante di acidità ( K a ). Il valore di questa costante, o il suo logaritmo negativo, chiamato pK a , è spesso usato come misura dell’acidità di un acido. In questo senso, maggiore è il valore della costante di acidità (o minore è il valore del suo pK a ), più forte sarà un acido, e viceversa.
Un altro modo di misurare il grado di acidità che è simile, anche se un po’ più diretto, è misurare sperimentalmente il pH di soluzioni di acidi diversi, ma con la stessa concentrazione molare. Più basso è il pH, più la sostanza è acida.
L’acidità dei superacidi
Sebbene i suddetti modi di misurare l’acidità siano adatti per acidi in soluzioni acquose, non sono utili per i casi in cui gli acidi sono disciolti in altri solventi (in particolare solventi aprotici o non a base di idrogeno) o molto tranne nel caso di acidi puri. Inoltre, l’acqua e altri solventi hanno quello che viene chiamato un effetto livellante dell’acido, che fa sì che tutti gli acidi, dopo un certo livello di acidità, si comportino allo stesso modo in soluzione.
Per superare questa difficoltà, che tutti gli acidi forti in soluzione acquosa hanno la stessa acidità, sono stati ideati altri modi per misurare l’acidità. Collettivamente, queste sono chiamate funzioni di acidità, la più comune è la funzione di acidità di Hammett o H 0 . Questa funzione è concettualmente simile al pH, e rappresenta la capacità di un acido di Bromsted di protonare una base generica molto debole, come la 2,4,6-trinitroanilina, ed è data da:
In questo caso, pK HB+ è il logaritmo negativo della costante di acidità dell’acido coniugato della base debole quando disciolto nell’acido puro, [B] è la concentrazione molare della base non protonata, e [HB + ] è la concentrazione di suo acido coniugato. Più basso è H 0 , maggiore è l’acidità. Per riferimento, l’acido solforico ha un valore della funzione Hammett di -12.
acidi forti e acidi deboli
Sono considerati acidi forti tutti quelli che si dissociano completamente in soluzione acquosa. In altre parole, sono quelli per i quali la dissociazione in acqua è un processo irreversibile. D’altra parte, gli acidi deboli sono quelli che non si dissociano completamente in acqua perché la loro dissociazione è reversibile e hanno una costante di acidità relativamente bassa ad essi associata.
I Superacidi
Oltre agli acidi forti, esistono anche i superacidi. Questi sono tutti quegli acidi che sono più forti dell’acido solforico puro. Questi acidi sono così forti che sono in grado di protonare anche sostanze che normalmente consideriamo neutre, e possono anche protonare altri acidi forti.
Elenco dei comuni acidi forti
Gli acidi forti più comuni sono:
- Acido solforico (H 2 SO 4 , solo la prima dissociazione)
- Acido nitrico (HNO 3 )
- Acido perclorico (HClO 4 )
- Acido cloridrico (HCl)
- Acido idroiodico (HI)
- Acido bromidrico (HBr)
- Acido trifluoroacetico (CF 3 COOH)
Ci sono alcuni esempi aggiuntivi di acidi forti, ma la maggior parte degli acidi sono deboli.
Acido fluoroantimonico: l’acido più forte del mondo
L’acido più forte conosciuto è un superacido chiamato acido fluoroantimonico con la formula HSbF 6 . Viene preparato facendo reagire pentafluoruro di antimonio (SbF 5 ) con acido fluoridrico (HF).
Questa reazione genera lo ione esacoordinato [SbF 6 – ] che è estremamente stabile grazie a molteplici strutture di risonanza che distribuiscono e stabilizzano la carica negativa su 6 atomi di fluoro, che è l’elemento più elettronegativo nella tavola periodica.
In termini di acidità, questo acido ha un valore della funzione di acidità di Hammett compreso tra –21 e –24, il che significa che questo acido è tra 10 9 e 10 12 volte più acido dell’acido solforico puro (ricorda che la funzione di acidità di Hammett è una funzione logaritmica , quindi ogni cambiamento di una unità implica un cambiamento di un ordine di grandezza).
Elenco di altri superacidi
- Acido triflico o acido trifluorometansolfonico (CF 3 SO 3 H)
- Acido fluorosolfonico (FSO 3 H)
- Acido magico (SbF5)-FSO 3 H
Riferimenti
Superacidi di Brønsted-Lowry e funzione di acidità di Hammett. (2021, 4 ottobre). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234
Chang, R. (2021). Chimica (11a ed .). EDUCAZIONE DELLA COLLINA DI MCGRAW.
Farrell, I. (2021, 21 ottobre). Qual è l’acido più forte del mondo? Educazione alla RSI. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article
Ganninger, D. (2020, 26 ottobre). L’acido più forte del mondo: stufato di conoscenza . Medio. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 sostanze
SciShow. (2016, 19 dicembre). Gli acidi più forti del mondo [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY
