Sterke syrer, supersyrer og den sterkeste syren i verden

Syrer er mye mer vanlige stoffer enn mange er klar over. De finnes på alle mulige steder fra maten vi spiser, væskene vi drikker, batteriene som driver enhetene våre og mer. I tillegg til å være allestedsnærværende, er syrer også svært varierte når det kommer til egenskapene deres, den viktigste er forresten og presist surheten. I de følgende avsnittene vil vi gjennomgå begrepet syre fra ulike synsvinkler, vi vil definere hva sterke syrer er og vi vil også se eksempler på de sterkeste syrene kjent for vitenskapen.

Hva er en syre?

Det er flere forskjellige konsepter av syrer og baser. I følge både Arrhenius og Bromsted og Lowry er en syre ethvert kjemisk stoff som har evnen til å frigjøre protoner (H ⁺ ioner ) i løsning. Selv om dette konseptet passer for det store flertallet av forbindelsene som vi anser som syrer, er det utilstrekkelig for andre stoffer som oppfører seg som syrer og som produserer løsninger med sur pH, men som til tross for dette ikke engang har hydrogenkationer i dem, dens struktur.

I lys av ovenstående er det bredeste og mest aksepterte konseptet for syre det for Lewis-syrer, ifølge hvilke en syre er ethvert kjemisk stoff som mangler elektroner (vanligvis med en ufullstendig oktett) som er i stand til å motta et par elektroner per del av en base , og danner dermed en dativ eller koordinat kovalent binding. Dette konseptet er mye mer generelt enn de andre, siden det lar oss utvide konseptet med syrer og baser utover de vandige løsningene vi er vant til.

Hvordan måles surhet?

Skal vi snakke om sterke og svake syrer, må vi ha en måte å måle den relative styrken til syrer på, det vil si at vi må kunne måle surheten deres for å sammenligne. I vandige løsninger måles surhet i form av evnen til å generere hydroniumioner i løsning, enten ved direkte donasjon av protoner til vannmolekyler:

eller ved koordinering av vannmolekyler som produserer tap av et proton til et andre vannmolekyl:

_{I begge tilfeller er dette reversible reaksjoner som} er assosiert med en ionisk likevektskonstant kalt syredissosiasjonskonstanten eller surhetskonstanten ( Ka ). Verdien av denne konstanten, eller dens negative logaritme, kalt pK _a , brukes ofte som et mål på surheten til en syre. I denne forstand, jo høyere verdien av surhetskonstanten (eller jo lavere verdien av dens pK _a ), jo sterkere vil en syre være, og omvendt.

En annen måte å måle surhetsgraden på som er lik, selv om den er litt mer direkte, er å eksperimentelt måle pH i løsninger av forskjellige syrer, men med samme molare konsentrasjon. Jo lavere pH, jo surere er stoffet.

Surheten til supersyrer

Selv om metodene ovenfor for å måle surhet er egnet for syrer i vandige løsninger, er de ikke nyttige for tilfeller der syrer er oppløst i andre løsningsmidler (spesielt aprotiske eller ikke-hydrogenløse løsemidler) eller mye bortsett fra når det gjelder rene syrer. I tillegg har vann og andre løsemidler det som kalles en syreutjevnende effekt, som gjør at alle syrer etter en viss surhetsgrad oppfører seg på samme måte i løsning.

For å overvinne denne vanskeligheten, at alle sterke syrer i vandig oppløsning har samme surhet, har andre måter å måle surhet blitt utviklet. Samlet kalles disse surhetsfunksjoner, den vanligste er Hammett eller H ₀ surhetsfunksjon . Denne funksjonen ligner i konseptet pH, og representerer evnen til en Bromsted-syre til å protonere en veldig svak generisk base, slik som 2,4,6-trinitroanilin, og er gitt av:

I dette tilfellet er pK _HB+ den negative logaritmen til surhetskonstanten til den konjugerte syren til den svake basen når den er oppløst i den rene syren, [B] er den molare konsentrasjonen til den uprotonerte basen, og [HB + ] er ^{konsentrasjonen} av dens konjugerte syre. Jo lavere H ₀ , jo høyere surhet. For referanse har svovelsyre en Hammett-funksjonsverdi på -12.

sterke syrer og svake syrer

Sterke syrer anses å være alle de som dissosierer fullstendig i vandig løsning. Med andre ord, de er de der dissosiasjon i vann er en irreversibel prosess. På den annen side er svake syrer de som ikke dissosieres fullstendig i vann fordi deres dissosiasjon er reversibel og de har en relativt lav surhetskonstant knyttet til seg.

Supersyrene

I tillegg til sterke syrer finnes det også supersyrer. Dette er alle de syrene som er sterkere enn ren svovelsyre. Disse syrene er så sterke at de er i stand til å protonere selv stoffer som vi vanligvis tenker på som nøytrale, og de kan til og med protonere andre sterke syrer.

Liste over vanlige sterke syrer

De vanligste sterke syrene er:

• Svovelsyre (H ₂ SO ₄ , bare den første dissosiasjonen)
• Salpetersyre (HNO ₃ )
• Perklorsyre (HClO ₄ )
• Saltsyre (HCl)
• Hydrojodsyre (HI)
• Hydrobromsyre (HBr)
• Trifluoreddiksyre (CF ₃ COOH)

Det er noen flere eksempler på sterke syrer, men de fleste syrer er svake.

Fluoroantimonsyre: Den sterkeste syren i verden

Den sterkeste kjente syren er en supersyre kalt fluorantimonsyre med formelen HSbF ₆ . Det fremstilles ved å reagere antimonpentafluorid (SbF ₅ ) med hydrogenfluorid (HF).

Denne reaksjonen genererer det heksakoordinerte ionet [SbF ₆ ^– ] som er ekstremt stabilt på grunn av flere resonansstrukturer som fordeler og stabiliserer den negative ladningen over 6 fluoratomer, som er det mest elektronegative grunnstoffet i det periodiske systemet.

Når det gjelder surhet, har denne syren en Hammett surhetsfunksjonsverdi mellom –21 og –24, noe som betyr at denne syren er mellom 10 9 og 10 12 ganger surere enn ren svovelsyre (husk at Hammetts surhetsfunksjon er en logaritmisk ^{funksjon ,} så hver endring av én enhet innebærer en endring på én størrelsesorden).

Liste over andre supersyrer

• Triflinsyre eller trifluormetansulfonsyre (CF ₃ SO ₃ H)
• Fluorsulfonsyre (FSO ₃ H)
• Magisk syre (SbF5)-FSO ₃ H

Referanser

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

Chang, R. (2021). Kjemi (11. ^utgave ). MCGRAW HILL UTDANNING.

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

Ganninger, D. (2020, 26. oktober). Den sterkeste syren i verden – Kunnskapsgryterett . 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. desember). De sterkeste syrene i verden [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY