Tabla de Contenidos
กรดเป็นสารทั่วไปมากกว่าที่หลายคนรู้ มีอยู่ในทุกสถานที่ตั้งแต่อาหารที่เรากิน ของเหลวที่เราดื่ม แบตเตอรี่ที่จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ของเรา และอื่นๆ นอกจากจะมีอยู่ทั่วไปแล้ว กรดยังมีความหลากหลายมากในแง่ของคุณสมบัติ ที่สำคัญที่สุดคือความเป็นกรดโดยบังเอิญและแม่นยำ ในหัวข้อต่อไปนี้ เราจะทบทวนแนวคิดของกรดจากมุมมองต่างๆ เราจะให้คำจำกัดความว่ากรดแก่คืออะไร และเราจะดูตัวอย่างกรดที่แก่ที่สุดที่วิทยาศาสตร์รู้จักด้วย
กรดคืออะไร?
มีหลายแนวคิดเกี่ยวกับกรดและเบส ตาม Arrhenius และ Bromsted และ Lowry กรดคือสารเคมีใด ๆ ที่มีความสามารถในการปล่อยโปรตอน (H + ไอออน ) ในสารละลาย แม้ว่าแนวคิดนี้จะเหมาะสมกับสารประกอบส่วนใหญ่ที่เราพิจารณาว่าเป็นกรด แต่ก็ไม่เพียงพอสำหรับสารอื่นๆ ที่มีพฤติกรรมเหมือนกรดและให้สารละลายที่มีค่า pH เป็นกรด แต่ถึงกระนั้นก็ไม่มีไฮโดรเจนไอออนบวกด้วยซ้ำ ในนั้น โครงสร้างของมัน
จากมุมมองข้างต้น แนวคิดที่กว้างที่สุดและเป็นที่ยอมรับมากที่สุดของกรดคือกรดลิวอิส โดยที่กรดคือสารเคมีใดๆ ที่ขาดอิเล็กตรอน (โดยทั่วไปมีออคเตตที่ไม่สมบูรณ์) ที่สามารถรับคู่อิเล็กตรอนต่อส่วนหนึ่งของ a เบสจึงสร้างพันธะโคเวเลนต์เชิงพิกัดหรือโคเวเลนต์ แนวคิดนี้กว้างกว่าแนวคิดอื่นๆ เนื่องจากช่วยให้เราสามารถขยายแนวคิดเกี่ยวกับกรดและเบสนอกเหนือจากสารละลายที่เป็นน้ำที่เราคุ้นเคย
ความเป็นกรดวัดได้อย่างไร?
ถ้าจะพูดถึงกรดแก่และกรดอ่อน เราต้องมีวิธีวัดความแรงสัมพัทธ์ของกรด นั่นคือเราต้องสามารถวัดความเป็นกรดของกรดเหล่านั้นเพื่อเปรียบเทียบได้ ในสารละลายที่เป็นน้ำ ความเป็นกรดจะวัดจากความสามารถในการสร้างไฮโดรเนียมไอออนในสารละลาย ไม่ว่าจะโดยการให้โปรตอนแก่โมเลกุลของน้ำโดยตรง:
หรือโดยการประสานกันของโมเลกุลของน้ำที่ทำให้เกิดการสูญเสียโปรตอนไปยังโมเลกุลของน้ำที่สอง:
ในทั้งสองกรณี ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาผันกลับได้ที่เกี่ยวข้องกับค่าคงที่สมดุลไอออนิกที่เรียกว่าค่าคงที่การแยกตัวของกรดหรือค่าคงที่ความเป็นกรด ( K a ) ค่าของค่าคงที่นี้หรือค่าลอการิทึมเชิงลบที่เรียกว่าpK aมักใช้เป็นค่าความเป็นกรดของกรด ในแง่นี้ ค่าคงที่ของความเป็นกรดยิ่งสูง (หรือค่า pK a ของมันยิ่งต่ำ ) กรดก็จะยิ่งแรงขึ้น และในทางกลับกัน
อีกวิธีในการวัดระดับความเป็นกรดที่คล้ายกันแม้ว่าจะตรงไปตรงมากว่าเล็กน้อยก็คือการวัดค่า pH ของสารละลายของกรดต่างชนิดกันในการทดลอง แต่มีความเข้มข้นโมลาร์เท่ากัน ยิ่งค่า pH ต่ำ สารก็ยิ่งเป็นกรดมากขึ้นเท่านั้น
ความเป็นกรดของ superacids
แม้ว่าวิธีการวัดความเป็นกรดข้างต้นจะเหมาะสำหรับกรดในสารละลายที่เป็นน้ำ แต่ก็ไม่มีประโยชน์ในกรณีที่กรดละลายในตัวทำละลายอื่นๆ (โดยเฉพาะตัวทำละลาย aprotic หรือที่ไม่ใช่ไฮโดรเจน) หรือมาก ยกเว้นในกรณีของกรดบริสุทธิ์ นอกจากนี้ น้ำและตัวทำละลายอื่นๆ ยังมีสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ปรับระดับกรด ซึ่งทำให้กรดทั้งหมดหลังจากมีความเป็นกรดในระดับหนึ่งแล้ว จะทำงานในลักษณะเดียวกันในสารละลาย
เพื่อเอาชนะความยากลำบากนี้ กรดแก่ทั้งหมดในสารละลายที่เป็นน้ำมีความเป็นกรดเท่ากัน จึงได้คิดค้นวิธีอื่นในการวัดค่าความเป็นกรด รวมเรียกว่าฟังก์ชันความเป็นกรด ฟังก์ชันที่พบมากที่สุดคือ แฮมเม ต ต์หรือ H 0ฟังก์ชันความเป็นกรด ฟังก์ชันนี้มีแนวคิดคล้ายกับค่า pH และแสดงถึงความสามารถของกรดบรอมสเตดในการโปรตอนเบสทั่วไปที่อ่อนแอมาก เช่น 2,4,6-ไตรไนโตรอะนิลีน และถูกกำหนดโดย:
ในกรณีนี้ pK HB+คือลอการิทึมเชิงลบของค่าคงที่ความเป็นกรดของกรดคอนจูเกตของเบสอ่อนเมื่อละลายในกรดบริสุทธิ์ [B] คือความเข้มข้นโมลาร์ของเบสที่ไม่โปรตอน และ [HB + ] คือความเข้มข้นของ กรดคอนจูเกตของมัน ยิ่ง H 0 ต่ำ ความเป็นกรดยิ่งสูง สำหรับการอ้างอิง กรดซัลฟิวริกมีค่าฟังก์ชันแฮมเมตต์เท่ากับ -12
กรดแก่และกรดอ่อน
กรดแก่ถือเป็นกรดที่แตกตัวได้อย่างสมบูรณ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือสิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่แยกตัวออกจากน้ำเป็นกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้ ในทางกลับกัน กรดอ่อนคือกรดที่ไม่แตกตัวในน้ำอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากการแตกตัวของกรดสามารถย้อนกลับได้และมีค่าคงที่ของความเป็นกรดค่อนข้างต่ำที่เกี่ยวข้อง
กรดซูเปอร์แอซิด
นอกจากกรดแก่แล้วยังมีกรดซุปเปอร์ เหล่านี้เป็นกรดที่แรงกว่ากรดกำมะถันบริสุทธิ์ กรดเหล่านี้มีความแรงมากจนสามารถสร้างโปรตอนแม้กระทั่งสารที่ปกติเราคิดว่าเป็นกลาง และยังสามารถโปรตอนกรดแก่อื่นๆ
รายชื่อกรดแก่ทั่วไป
กรดแก่ที่พบบ่อยที่สุดคือ:
- กรดซัลฟิวริก (H 2 SO 4เฉพาะการแยกตัวครั้งแรก)
- กรดไนตริก (HNO 3 )
- กรดเปอร์คลอริก (HClO 4 )
- กรดไฮโดรคลอริก (HCl)
- กรดไฮโดรไอโอดิก (HI)
- กรดไฮโดรโบรมิก (HBr)
- กรดไตรฟลูออโรอะซิติก (CF 3 COOH)
มีตัวอย่างเพิ่มเติมเล็กน้อยเกี่ยวกับกรดแก่ แต่กรดส่วนใหญ่เป็นกรดอ่อน
กรดฟลูออโรแอนติโมนิก: กรดที่แรงที่สุดในโลก
กรดที่แรงที่สุดที่รู้จักคือกรดซูเปอร์แอซิดที่เรียกว่ากรดฟลูออโรแอนติโมนิก ซึ่งมีสูตรHSbF 6 เตรียมโดยทำปฏิกิริยาแอนติโมนีเพนตาฟลูออไรด์ (SbF 5 ) กับไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF)
ปฏิกิริยานี้สร้างไอออนพิกัดเฮกซา [SbF 6 – ] ซึ่งเสถียรมากเนื่องจากโครงสร้างเรโซแนนซ์หลายตัวที่กระจายและทำให้ประจุลบเสถียรเหนืออะตอมฟลูออรีน 6 อะตอม ซึ่งเป็นธาตุที่มีประจุไฟฟ้าลบมากที่สุดในตารางธาตุ
ในแง่ของความเป็นกรด กรดนี้มีค่าฟังก์ชันความเป็นกรดของแฮมเมตต์อยู่ระหว่าง –21 ถึง –24 ซึ่งหมายความว่ากรดนี้มีค่าระหว่าง 10 9 ถึง 10 เป็นกรด มากกว่า กรด ซัล ฟิวริก บริสุทธิ์ถึง 12 เท่า (โปรดจำไว้ว่าฟังก์ชันความเป็นกรดของแฮมเมตต์คือฟังก์ชันลอการิทึมดังนั้น การเปลี่ยนแปลงแต่ละหน่วยหมายถึงการเปลี่ยนแปลงลำดับความสำคัญหนึ่งลำดับ)
รายชื่อ superacids อื่น ๆ
- กรดไตรฟลิกหรือกรดไตรฟลูออโรมีเทนซัลโฟนิก (CF 3 SO 3 H)
- กรดฟลูออโรซัลโฟนิก (FSO 3 H)
- กรดเมจิก (SbF5)-FSO 3 H
อ้างอิง
กรดซูเปอร์แอซิดของเบรินสเต็ด-โลว์รีและฟังก์ชันความเป็นกรดของแฮมเมตต์ (2564, 4 ตุลาคม). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234
ช้าง ร. (2564). เคมี ( ฉบับ ที่ 11 ) MCGRAW HILL การศึกษา
Farrell, I. (2021, 21 ตุลาคม). กรดอะไรที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก? CSR การศึกษา https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article
Ganninger, D. (2020, 26 ตุลาคม). กรดที่แรงที่สุดในโลก–สตูว์ความรู้ ปานกลาง. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20สาร
วิทย์โชว์. (2559, 19 ธันวาคม). กรดที่แรงที่สุดในโลก [วิดีโอ] ยูทูบ. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY
