Axit mạnh, siêu axit và axit mạnh nhất thế giới

Axit là những chất phổ biến hơn nhiều so với nhiều người nhận ra. Chúng có mặt ở mọi nơi từ thực phẩm chúng ta ăn, chất lỏng chúng ta uống, pin cung cấp năng lượng cho thiết bị của chúng ta, v.v. Ngoài tính phổ biến, các axit cũng rất đa dạng về tính chất của chúng, trong đó quan trọng nhất là tính axit của chúng một cách tình cờ và chính xác. Trong các phần sau, chúng ta sẽ xem xét khái niệm axit từ các quan điểm khác nhau, chúng ta sẽ định nghĩa axit mạnh là gì và chúng ta cũng sẽ xem các ví dụ về axit mạnh nhất mà khoa học biết đến.

Axit là gì?

Có một số khái niệm khác nhau về axit và bazơ. Theo cả Arrhenius và Bromsted và Lowry, axit là bất kỳ chất hóa học nào có khả năng giải phóng proton (ion H ⁺ ) trong dung dịch. Mặc dù khái niệm này phù hợp với phần lớn các hợp chất mà chúng ta coi là axit, nhưng nó không phù hợp với các chất khác hoạt động giống như axit và tạo ra các dung dịch có độ pH axit, nhưng mặc dù vậy, thậm chí không có cation hydro trong đó.cấu trúc của nó.

Theo quan điểm trên, khái niệm axit rộng nhất và được chấp nhận nhiều nhất là axit Lewis, theo đó axit là bất kỳ chất hóa học nào thiếu điện tử (thường có một octet không hoàn chỉnh) có khả năng nhận một cặp điện tử trên mỗi phần của một base , do đó hình thành liên kết cộng hóa trị lặn hoặc tọa độ. Khái niệm này tổng quát hơn nhiều so với các khái niệm khác, vì nó cho phép chúng ta mở rộng khái niệm axit và bazơ ra ngoài các dung dịch nước mà chúng ta đã quen sử dụng.

Độ axit được đo như thế nào?

Muốn nói đến axit mạnh yếu thì phải có cách đo độ mạnh tương đối của axit, tức là phải đo được độ axit của chúng thì mới so sánh được. Trong các dung dịch nước, độ axit được đo bằng khả năng tạo ra các ion hydronium trong dung dịch, hoặc bằng cách tặng trực tiếp các proton cho các phân tử nước:

hoặc bằng sự phối hợp của các phân tử nước tạo ra sự mất proton cho phân tử nước thứ hai:

Trong cả hai trường hợp, đây là những phản ứng thuận nghịch có liên quan đến hằng số cân bằng ion được gọi là hằng số phân ly axit hoặc hằng số axit ( K _a ). Giá trị của hằng số này, hoặc logarit âm của nó, được gọi là pK _a , thường được dùng để đo độ axit của một axit. Theo nghĩa này, giá trị của hằng số axit càng cao (hoặc giá trị pK _a của nó càng thấp ), axit sẽ càng mạnh và ngược lại.

Một cách khác để đo mức độ axit tương tự, mặc dù trực tiếp hơn một chút, là đo bằng thực nghiệm độ pH của các dung dịch chứa các axit khác nhau, nhưng có cùng nồng độ mol. Độ pH càng thấp, chất càng có tính axit.

Độ axit của siêu axit

Mặc dù các cách đo độ axit trên phù hợp với axit trong dung dịch nước, nhưng chúng không hữu ích cho trường hợp axit được hòa tan trong dung môi khác (đặc biệt là dung môi không proton hoặc không chứa hydro) hoặc nhiều, ngoại trừ trường hợp axit tinh khiết. Ngoài ra, nước và các dung môi khác có cái được gọi là hiệu ứng cân bằng axit, làm cho tất cả các axit, sau một mức độ axit nhất định, hoạt động theo cùng một cách trong dung dịch.

Để khắc phục khó khăn này, rằng tất cả các axit mạnh trong dung dịch nước đều có cùng độ axit, người ta đã nghĩ ra các cách khác để đo độ axit. Nói chung, chúng được gọi là hàm axit, phổ biến nhất là hàm axit Hammett hoặc H ₀ . Hàm này về khái niệm tương tự với pH và biểu thị khả năng của axit Bromsted tạo proton cho một bazơ chung rất yếu, chẳng hạn như 2,4,6-trinitroaniline, và được cho bởi:

Trong trường hợp này, pK _HB+ là logarit âm của hằng số axit của axit liên hợp của bazơ yếu khi hòa tan trong axit nguyên chất, [B] là nồng độ mol của bazơ chưa proton hóa và [HB + ] là nồng ^độ của axit liên hợp của nó. H ₀ càng thấp thì tính axit càng cao. Để tham khảo, axit sunfuric có giá trị hàm Hammett là -12.

axit mạnh và axit yếu

Axit mạnh được coi là tất cả những chất phân ly hoàn toàn trong dung dịch nước. Nói cách khác, chúng là những chất mà sự phân ly trong nước là một quá trình không thể đảo ngược. Mặt khác, axit yếu là những axit không phân ly hoàn toàn trong nước vì sự phân ly của chúng có thể đảo ngược và chúng có hằng số axit tương đối thấp liên kết với chúng.

các siêu axit

Ngoài axit mạnh còn có siêu axit. Đây là tất cả những axit mạnh hơn axit sunfuric tinh khiết. Các axit này mạnh đến mức chúng có khả năng tạo ra proton ngay cả những chất mà chúng ta thường cho là trung tính và thậm chí chúng có thể tạo ra các axit mạnh khác.

Danh sách các axit mạnh phổ biến

Các axit mạnh phổ biến nhất là:

• Axit sunfuric (H ₂ SO ₄ , chỉ phân ly đầu tiên)
• Axit nitric (HNO ₃ )
• Axit pecloric (HClO ₄ )
• Axit clohydric (HCl)
• Axit hydroiodic (HI)
• Axit bromhydric (HBr)
• Axit trifloaxetic (CF ₃ COOH)

Có một vài ví dụ bổ sung về axit mạnh, nhưng hầu hết các axit đều yếu.

Axit Fluoroantimonic: Axit mạnh nhất trên thế giới

Axit mạnh nhất đã biết là một siêu axit gọi là axit fluoroantimonic có công thức HSbF ₆ . Nó được điều chế bằng phản ứng antimon pentaflorua (SbF ₅ ) với hydro florua (HF).

Phản ứng này tạo ra ion có phối trí lục giác [SbF ₆ ^– ] cực kỳ ổn định do nhiều cấu trúc cộng hưởng giúp phân phối và ổn định điện tích âm trên 6 nguyên tử flo, là nguyên tố có độ âm điện lớn nhất trong bảng tuần hoàn.

Về độ axit, axit này có giá trị hàm axit Hammett trong khoảng từ –21 đến –24, nghĩa là axit này có tính axit gấp từ 10 9 đến 10 12 lần so với axit sunfuric nguyên chất (hãy nhớ hàm axit Hammett là hàm logarit ^{, vì} vậy mỗi thay đổi của một đơn vị ngụ ý một sự thay đổi của một bậc độ lớn).

Danh sách các siêu axit khác

• Axit triflic hoặc axit trifluoromethanesulfonic (CF ₃ SO ₃ H)
• Axit Fluorosulfonic (FSO ₃ H)
• Axit ma thuật (SbF5)-FSO ₃ H

Người giới thiệu

Brønsted-Lowry Superaxit và Hàm tính axit Hammett. (2021, ngày 4 tháng 10). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234

Chang, R. (2021). Hóa học ( ^{tái bản lần} thứ 11 .). GIÁO DỤC MCGRAW HILL.

Farrell, I. (2021, ngày 21 tháng 10). Axit mạnh nhất trên thế giới là gì? Giáo dục CSR. https://edu.rsc.org/everyday-chemology/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article

Ganninger, D. (2020, ngày 26 tháng 10). Axit mạnh nhất trên thế giới-Hầm tri thức . Trung bình. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other% 20 chất

khoa học. (2016, ngày 19 tháng 12). Axit mạnh nhất trên thế giới [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY