Ważna jest umiejętność odróżniania mocnych kwasów od słabych, zarówno do celów naukowych, jak i wtedy, gdy używamy ich w laboratorium. Silne kwasy są bardzo rzadkie, więc jednym z najłatwiejszych sposobów odróżnienia ich od słabych jest zapamiętanie, czym one są. Każdy inny niewymieniony kwas będzie słabym kwasem.
Kluczowe aspekty mocnych i słabych kwasów
- Silne kwasy całkowicie dysocjują w roztworach wodnych, tak że wszystkie ich cząsteczki tracą co najmniej jeden proton (H + ), który tworzy jon hydroniowy (H 3 O + ) z cząsteczką wody, podczas gdy słabe kwasy dysocjują tylko częściowo.
- Mocnych kwasów jest bardzo mało, jest tylko siedem silnych kwasów nieorganicznych, więc aby łatwo odróżnić je od słabych, można je zapamiętać; jeśli nie jest wymieniony, będzie słabym kwasem.
- Silne kwasy to kwas solny (HCl), kwas azotowy (HNO3 ) , kwas siarkowy (H2SO4 ) , kwas bromowodorowy ( HBr ) , kwas jodowodorowy (HI), kwas nadchlorowy ( HClO4 ) i kwas chlorowy (HClO 3 ).
- Jedynym słabym kwasem powstałym w wyniku reakcji pierwiastka halogenowego jest kwas fluorowodorowy (HF). Choć technicznie słaby kwas, kwas fluorowodorowy jest wysoce korozyjny.
mocne kwasy
Silne kwasy całkowicie dysocjują w roztworach wodnych, każda cząsteczka uwalnia co najmniej jeden proton (kation H + ), który tworzy jon hydroniowy (H 3 O + ) z cząsteczką wody. Najczęstszych nieorganicznych mocnych kwasów jest siedem.
- Kwas solny (HCl)
- Kwas azotowy (HNO 3 )
- Kwas siarkowy (H 2 SO 4 )
- Kwas bromowodorowy (HBr)
- Kwas jodowodorowy (HI)
- Kwas nadchlorowy (HClO 4 )
- Kwas chlorowy (HClO 3 )
Poniższe przykłady to typowe reakcje jonizacji mocnych kwasów w roztworach wodnych.
HCl → H + + Cl –
HNO 3 → H + + NO 3 –
H2SO4 → 2H + + SO4 – _ _
Należy wyjaśnić, że w tych reakcjach jony wodoru mają ładunek dodatni, są kationami, a kierunek reakcji jest tylko w kierunku produktów, co wskazuje, że dysocjują wszystkie cząsteczki reagentów.
słabe kwasy
Słabe kwasy nie dysocjują całkowicie w roztworach wodnych; to znaczy pewna liczba cząsteczek reagentów pozostaje w swoim pierwotnym składzie. Tak jest w przypadku kwasu fluorowodorowego (HF). Słabych kwasów jest znacznie więcej niż mocnych. Większość kwasów organicznych jest słabych, z kilkoma wyjątkami, takimi jak kwas p-toluenosulfonowy, który dysocjuje całkiem sporo, ale nie całkowicie. Niektóre słabe kwasy wymieniono poniżej w kolejności malejącej kwasowości.
- HO 2 C 2 O 2 H – kwas szczawiowy
- H 2 SO 3 – kwas siarkawy
- HSO 4 – – jon wodorosiarczanowy
- H 3 PO 4 – kwas fosforowy
- HNO 2 – kwas azotawy
- HF – kwas fluorowodorowy
- HCO 2 H – kwas metanowy
- C 6 H 5 COOH – kwas benzoesowy
- CH 3 COOH – kwas octowy
- HCOOH – kwas mrówkowy
Przykładem reakcji jonizacji słabym kwasem jest kwas octowy, który generuje kationy hydroniowe i aniony octanowe.
CH 3 COOH + H 2 O ⇆ H 3 O + + CH 3 COO –
Warto zauważyć, że w tym przypadku, w przeciwieństwie do mocnych kwasów, reakcja zachodzi w obu kierunkach, co wskazuje podwójna strzałka. W tym przypadku, ponieważ reakcja odwrotna jest bardziej prawdopodobna, dysocjuje tylko około 1% cząsteczek kwasu octowego, podczas gdy reszta pozostaje w swoim pierwotnym składzie.
Jak odróżnić mocne kwasy od słabych kwasów
Wartość stałej równowagi reakcji dysocjacji wskazuje, czy kwas jest mocny, czy słaby . Oznacza to, że stała dysocjacji kwasu Ka jest stałą równowagi reakcji dysocjacji kwasu w środowisku wodnym (stosowany jest również parametr logarytmiczny, pKa = -logKa ) . Wartość Ka jest duża dla mocnych kwasów (a wartość pKa jest mała); w słabych kwasach wartość Ka jest mała (a wartość pKa jest duża).
Silny lub słaby w stosunku do skoncentrowanego lub rozcieńczonego
Należy uważać, aby nie pomylić określenia mocny i słaby ze skoncentrowanym i rozcieńczonym. Stężony kwas ma dużą ilość kwasu w roztworze wodnym; rozcieńczony ma niewielką ilość kwasu. Na przykład, jeśli masz 12M kwas octowy (stężenie 12 moli na litr) kwasu, masz mocny roztwór, ale kwas jest nadal słaby. Roztwór kwasu solnego o stężeniu 0,0005 M (stężenie 0,0005 mola na litr) jest roztworem rozcieńczonym, ale kwas nadal jest silny.
Różnica między silnym a żrącym
Możliwe jest picie rozcieńczonego kwasu octowego (którym w rzeczywistości jest ocet), ale picie kwasu siarkowego o takim samym stężeniu spowodowałoby ogromne oparzenie chemiczne. Termin żrący (w tym przypadku jest to kwas siarkowy) odnosi się do uszkodzeń, jakie kwas powoduje w materiale, z którym się styka, podczas gdy bycie silnym lub słabym jest cechą charakterystyczną kwasu. Chociaż kwasy są często żrące, niektóre karborany są bardzo silnymi kwasami, znacznie silniejszymi niż kwas siarkowy, ale można je trzymać w dłoni bez szkody dla skóry, podczas gdy kwas fluorowodorowy, nawet słaby kwas, zniszczyłby tkanki. .
Źródła
- Housecroft, CE Chemia nieorganiczna . (wydanie drugie) Prentice Hall. Sharpe, AG (2004). ISBN 978-0-13-039913-7 .
- Porterfield, William W. Chemia nieorganiczna. (1984). Addison-Wesley. ISBN 0-201-05660-7.
- Trummal A., Lipping L. i in. Kwasowość mocnych kwasów w wodzie i sulfotlenku dimetylu . J. Phys. Chem. A. 120(20) (2016) 3663-3669. doi:10.1021/acs.jpca.6b02253
