強酸、超酸、世界最強の酸

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酸は、多くの人が認識しているよりもはるかに一般的な物質です。それらは、私たちが食べる食べ物、飲む液体、デバイスに電力を供給するバッテリーなど、あらゆる場所に存在します。至る所に存在することに加えて、酸はその特性に関しても非常に多様であり、その中で最も重要なのは、偶然にも正確には酸度です. 次のセクションでは、さまざまな観点から酸の概念を確認し、強酸とは何かを定義し、科学的に知られている最も強い酸の例も見ていきます.

酸とは何？

酸と塩基にはいくつかの異なる概念があります。Arrhenius と Bromsted と Lowry の両方によると、酸は溶液中で陽子 (H ⁺イオン)を放出する能力を持つ化学物質です。この概念は、私たちが酸であると考える大多数の化合物には適していますが、酸のように振る舞い、酸性 pH の溶液を生成する他の物質には不適切ですが、それにもかかわらず、水素カチオンさえも持っていません。その構造。

上記の観点から、酸の最も広く受け入れられている概念はルイス酸の概念であり、それによれば、酸は電子が不足している（一般に不完全なオクテットを持つ）任意の化学物質であり、 base、したがって、配位共有結合または配位共有結合を形成します。この概念は、私たちが慣れ親しんでいる水溶液を超えて酸と塩基の概念を拡張できるため、他の概念よりもはるかに一般的です。

酸度はどのように測定されますか？

強酸と弱酸について話したい場合は、酸の相対的な強さを測定する方法が必要です。つまり、比較するために酸度を測定できなければなりません。水溶液では、酸性度は、水分子へのプロトンの直接供与によって、溶液中でヒドロニウムイオンを生成する能力の観点から測定されます。

または、2 番目の水分子へのプロトンの損失を生成する水分子の調整によって:

どちらの場合も、これらは酸解離定数または酸度定数( K _a )と呼ばれるイオン平衡定数に関連する可逆反応です。この定数の値、またはpKaと呼ばれるその負の対数は、酸の酸性度の尺度としてよく使用されます_。_{この意味で、酸度定数の値が高いほど (またはpKa}の値が低いほど)、酸は強くなり、逆もまた同様です。

同様の酸性度を測定するもう 1 つの方法は、もう少し直接的ですが、異なる酸の溶液の pH を実験的に測定することですが、モル濃度は同じです。pHが低いほど、物質はより酸性になります。

超酸の酸性度

酸性度を測定する上記の方法は水溶液中の酸に適していますが、酸が他の溶媒 (特に非プロトン性または非水素溶媒) に溶解している場合や、純粋な酸の場合を除いてあまり役に立ちません。さらに、水やその他の溶媒には、酸レベリング効果と呼ばれるものがあり、一定レベルの酸性度を超えると、すべての酸が溶液中で同じように振る舞います。

水溶液中のすべての強酸が同じ酸性度を持つというこの問題を克服するために、酸性度を測定する他の方法が考案されました。これらはまとめて酸度関数と呼ばれ、最も一般的なものはハメットまたは H ₀酸度関数です。この関数は、概念が pH に似ており、ブロムステッド酸が 2,4,6-トリニトロアニリンなどの非常に弱い一般的な塩基をプロトン化する能力を表し、次の式で与えられます。

この場合、pK _HB+は弱塩基の共役酸を純酸に溶解したときの酸度定数の負の対数、[B] は非プロトン化塩基のモル濃度、[HB + ] はその濃度です^。その共役酸。H ₀が低いほど、酸性度が高くなります。参考までに、硫酸のハメット関数値は-12です。

強酸と弱酸

強酸は、水溶液中で完全に解離するすべてのものと見なされます。言い換えれば、それらは水中での解離が不可逆的なプロセスであるものです。一方、弱酸は、解離が可逆的であり、それらに関連する酸性度定数が比較的低いため、水中で完全に解離しない酸です。

超酸

強酸に加えて、超酸もあります。これらはすべて、純粋な硫酸よりも強い酸です。これらの酸は非常に強いため、通常は中性と考えられている物質でさえもプロトン化することができ、他の強酸をプロトン化することさえできます.

一般的な強酸のリスト

最も一般的な強酸は次のとおりです。

硫酸（H ₂ SO ₄、最初の解離のみ）
硝酸 (HNO ₃ )
過塩素酸 (HClO ₄ )
塩酸（HCl）
ヨウ化水素酸 (HI)
臭化水素酸（HBr）
トリフルオロ酢酸 (CF ₃ COOH)

強酸の例は他にもいくつかありますが、ほとんどの酸は弱酸です。

フルオロアンチモン酸：世界最強の酸

最も強い既知の酸は、式 HSbF ₆を持つフルオロアンチモン酸と呼ばれる超酸です。五フッ化アンチモン（SbF ₅）とフッ化水素（HF）を反応させて作られます。

この反応により、周期律表で最も電気陰性度の高い元素であるフッ素原子6個に負電荷を分散・安定化させる複数の共鳴構造により、非常に安定な6配位イオン[SbF 6 – ]が生成され_ます^。

酸度に関しては、この酸のハメット酸度関数値は –21 から –24 の間であり、これはこの酸が純粋な硫酸^{よりも 10 9 から 10 12 倍酸性であることを意味します}⁽ハメットの酸度関数は対数関数であることを思い出してください。 1単位の各変化は、1桁の変化を意味します)。

その他の超酸一覧

トリフリック酸またはトリフルオロメタンスルホン酸 (CF ₃ SO ₃ H)
フルオロスルホン酸 (FSO ₃ H)
マジック酸 (SbF5)-FSO ₃ H

参考文献

Brønsted-Lowry Superacids と Hammett Acidity Function。(2021 年 10 月 4 日)。https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

チャン、R. (2021)。化学（第11版^）。MCGRAW ヒル教育。

Farrell, I. (2021 年 10 月 21 日)。世界で最も強い酸は何ですか? CSR教育。https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

ガニンガー D. (2020 年 10 月 26 日)。世界最強の酸知のシチュー. 中くらい。https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20物質

サイショウ。(2016 年 12 月 19 日)。世界最強の酸[ビデオ]。ユーチューブ。https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY

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