Acizi tari, superacizi și cel mai puternic acid din lume

Acizii sunt substanțe mult mai comune decât își dau seama mulți oameni. Sunt prezente în tot felul de locuri, de la alimentele pe care le consumăm, lichidele pe care le bem, bateriile care alimentează dispozitivele noastre și multe altele. Pe lângă faptul că sunt omniprezente, acizii sunt și foarte variați în ceea ce privește proprietățile lor, dintre care cea mai importantă este, întâmplător și precis, aciditatea lor. În secțiunile următoare vom trece în revistă conceptul de acid din diferite puncte de vedere, vom defini ce sunt acizii tari și vom vedea, de asemenea, exemple de cei mai puternici acizi cunoscuți de știință.

Ce este un acid?

Există mai multe concepte diferite de acizi și baze. Potrivit atât Arrhenius, cât și Bromsted și Lowry, un acid este orice substanță chimică care are capacitatea de a elibera protoni (ioni H ⁺ ) în soluție. Deși acest concept este adecvat pentru marea majoritate a compușilor pe care îi considerăm acizi, este inadecvat pentru alte substanțe care se comportă ca acizi și care produc soluții cu pH acid, dar care, în ciuda acestui fapt, nu au nici măcar cationi de hidrogen. în ele.structura sa.

Având în vedere cele de mai sus, cel mai larg și mai acceptat concept de acid este cel al acizilor Lewis, conform căruia un acid este orice substanță chimică cu deficit de electroni (în general cu un octet incomplet) capabilă să primească o pereche de electroni pe parte dintr-un baza , formând astfel o legătură covalentă dativă sau coordonată. Acest concept este mult mai general decât celelalte, deoarece ne permite să extindem conceptul de acizi și baze dincolo de soluțiile apoase cu care suntem obișnuiți.

Cum se măsoară aciditatea?

Dacă vrem să vorbim despre acizi tari și slabi, trebuie să avem o modalitate de măsurare a tăriei relative a acizilor, adică trebuie să putem măsura aciditatea acestora pentru a putea compara. În soluțiile apoase, aciditatea se măsoară în funcție de capacitatea de a genera ioni de hidroniu în soluție, fie prin donarea directă de protoni către moleculele de apă:

sau prin coordonarea moleculelor de apă care produc pierderea unui proton către o a doua moleculă de apă:

_{În ambele cazuri, acestea sunt reacții reversibile care sunt asociate} cu o constantă de echilibru ionic numită constantă de disociere a acidului sau constantă de aciditate ( Ka ). Valoarea acestei constante, sau logaritmul ei negativ, numit pK _a , este adesea folosită ca măsură a acidității unui acid. În acest sens, cu cât valoarea constantei de aciditate este mai mare (sau cu cât valoarea pK a ei este mai mică ₎ , cu atât un acid va fi mai puternic și invers.

O altă modalitate de măsurare a gradului de aciditate similară, deși puțin mai directă, este măsurarea experimentală a pH-ului unor soluții de acizi diferiți, dar cu aceeași concentrație molară. Cu cât pH-ul este mai scăzut, cu atât substanța este mai acidă.

Aciditatea superacizilor

Deși modalitățile de mai sus de măsurare a acidității sunt potrivite pentru acizi în soluții apoase, ele nu sunt utile pentru cazurile în care acizii sunt dizolvați în alți solvenți (în special solvenți aprotici sau non-hidrogen) sau mult, cu excepția cazului acizilor puri. În plus, apa și alți solvenți au ceea ce se numește efect de nivelare a acidului, ceea ce face ca toți acizii, după un anumit nivel de aciditate, să se comporte la fel în soluție.

Pentru a depăși această dificultate, că toți acizii puternici în soluție apoasă au aceeași aciditate, au fost concepute și alte modalități de măsurare a acidității. În mod colectiv, acestea sunt numite funcții de aciditate, cele mai frecvente fiind funcția de aciditate Hammett sau H ₀ . Această funcție este similară în concept cu pH-ul și reprezintă capacitatea unui acid Bromsted de a protona o bază generică foarte slabă, cum ar fi 2,4,6-trinitroanilina și este dată de:

În acest caz, pK _HB+ este logaritmul negativ al constantei de aciditate a acidului conjugat al bazei slabe atunci când este dizolvat în acidul pur, [B] este concentrația molară a bazei neprotonate și [HB + ] este ^{concentrația} de acidul său conjugat. Cu cât H ₀ este mai mic , cu atât aciditatea este mai mare. Pentru referință, acidul sulfuric are o valoare a funcției Hammett de -12.

acizi tari și acizi slabi

Acizii puternici sunt considerați a fi toți cei care se disociază complet în soluție apoasă. Cu alte cuvinte, sunt acelea pentru care disocierea în apă este un proces ireversibil. Pe de altă parte, acizii slabi sunt cei care nu se disociază complet în apă deoarece disocierea lor este reversibilă și au asociată o constantă de aciditate relativ scăzută.

Superacizii

Pe lângă acizii tari, există și supraacizi. Aceștia sunt toți acizii care sunt mai puternici decât acidul sulfuric pur. Acești acizi sunt atât de puternici încât sunt capabili să protoneze chiar și substanțe pe care în mod normal le considerăm neutre și pot chiar să protoneze alți acizi puternici.

Lista acizilor tari comuni

Cei mai frecventi acizi tari sunt:

• Acid sulfuric (H2SO4 _{, doar} prima disociere)
• Acid azotic ( _HNO3 )
• Acid percloric (HClO ₄ )
• Acid clorhidric (HCl)
• Acid iodhidric (HI)
• Acid bromhidric (HBr)
• Acid trifluoracetic ( _CF3COOH )

Există câteva exemple suplimentare de acizi tari, dar majoritatea acizilor sunt slabi.

Acid fluoroantimonic: cel mai puternic acid din lume

Cel mai puternic acid cunoscut este un superacid numit acid fluoroantimonic cu formula HSbF ₆ . Se prepară prin reacția pentafluorurii de antimoniu (SbF5 ₎ cu fluorură de hidrogen (HF).

Această reacție generează ionul hexacoordonat [SbF ₆ ^– ] care este extrem de stabil datorită structurilor de rezonanță multiple care distribuie și stabilizează sarcina negativă pe 6 atomi de fluor, care este cel mai electronegativ element din tabelul periodic.

În ceea ce privește aciditatea, acest acid are o valoare a funcției de aciditate Hammett între –21 și –24, ceea ce înseamnă că acest acid este între 10 9 și 10 12 ori mai acid decât acidul sulfuric pur (rețineți că funcția de aciditate a lui Hammett este o funcție ^{logaritmică ,} deci fiecare modificare a unei unităţi implică o modificare de un ordin de mărime).

Lista altor superacizi

• _{Acid triflic} sau acid trifluormetansulfonic ( _CF3SO3H )
• Acid fluorosulfonic ( _FSO3H )
• Acid magic (SbF5 ) _-FSO3H

Referințe

Superacizii Brønsted-Lowry și funcția de aciditate Hammett. (2021, 4 octombrie). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Chimie ( ^ed . a 11-a). MCGRAW HILL EDUCAȚIE.

Farrell, I. (21 octombrie 2021). Care este cel mai puternic acid din lume? Educație CSR. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (26 octombrie 2020). Cel mai puternic acid din lume – Tocană de cunoștințe . Mediu. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 de substante

SciShow. (2016, 19 decembrie). Cei mai puternici acizi din lume [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY