Silne właściwości kwasów i przykłady



A mocny kwas jest jakimkolwiek związkiem zdolnym do uwalniania całkowicie i nieodwracalnie protonów lub jonów wodorowych, H+. Będąc tak reaktywnymi, duża liczba gatunków jest zmuszona zaakceptować te H+; na przykład woda, której mieszanie staje się potencjalnie niebezpieczne przy prostym kontakcie fizycznym.

Kwas oddaje proton wodzie, która działa jako baza do tworzenia jonu hydroniowego, H3O+. Stężenie jonu hydroniowego w roztworze silnego kwasu jest równe stężeniu kwasu ([H3O+] = [HAc]).

Na powyższym obrazku mamy butelkę kwasu solnego, HCl, o stężeniu 12M. Im wyższe stężenie kwasu (słabe lub silne), tym ostrożniej musi się nim posługiwać; dlatego butelka pokazuje piktogram dłoni zranionej przez korozyjną właściwość spadającej na nią kropli kwasu.

Silne kwasy to substancje, które należy manipulować z pełną świadomością ich możliwych skutków; pracując z nimi ostrożnie, możesz wykorzystać ich właściwości do wielu zastosowań, będąc jednym z najczęstszych sposobów syntezy lub rozpuszczania próbek.

Indeks

  • 1 Właściwości silnego kwasu
    • 1.1 Dysocjacja
    • 1,2 pH
    • 1,3 pKa
    • 1.4 Korozja
  • 2 Czynniki wpływające na twoją siłę
    • 2.1 Elektroujemność jego sprzężonej zasady
    • 2.2 Radio bazy koniugatu
    • 2.3 Liczba atomów tlenu
  • 3 Przykłady
  • 4 odniesienia

Właściwości silnego kwasu

Dysocjacja

Silny kwas dysocjuje lub jonizuje 100% w roztworze wodnym, przyjmując parę elektronów. Dysocjację kwasu można schematować za pomocą następującego równania chemicznego:

HAc + H2O => A-       +       H3O+

Gdzie HAc jest silnym kwasem i A- jego sprzężona baza.

Jonizacja silnego kwasu jest procesem zwykle nieodwracalnym; Z drugiej strony, w słabych kwasach jonizacja jest odwracalna. W równaniu pokazano, że H2Albo to ten, który akceptuje proton; Jednak alkohole i inne rozpuszczalniki również mogą to zrobić.

Ta tendencja do przyjmowania protonów różni się w zależności od substancji, a zatem siła kwasowa HAc nie jest taka sama we wszystkich rozpuszczalnikach.

pH

Wartość pH mocnego kwasu jest bardzo niska i wynosi od 0 do 1 jednostek pH. Na przykład, 0,1 M roztwór HCl ma pH 1.

Można to wykazać za pomocą formuły

pH = - log [H+]

Możesz obliczyć pH 0,1 M roztworu HCl, a następnie zastosować

pH = -log (0,1)

Otrzymanie pH 1 dla roztworu 0,1 M HCl.

pKa

Siła kwasów jest związana z ich pKa. Jon hydroniowy (H3O+), na przykład, ma wartość pKa wynoszącą -1,74. Ogólnie, silne kwasy mają pKa o większej wartości ujemnej niż -1,74, a zatem są bardziej kwasowe niż H3O+.

PKa wyraża w pewien sposób tendencję kwasu do dysocjacji. Im niższa jest jego wartość, tym silniejszy i bardziej agresywny będzie kwas. Z tego powodu wygodnie jest wyrazić względną siłę kwasu o wartość jego pKa.

Korozja

Ogólnie rzecz biorąc, silne kwasy są klasyfikowane jako żrące. Istnieją jednak wyjątki od tego założenia.

Na przykład kwas fluorowodorowy jest słabym kwasem, a jednak jest wysoce korozyjny i zdolny do trawienia szkła. Z tego powodu musi być przenoszony w plastikowych butelkach iw niskich temperaturach.

Z drugiej strony silny kwas, taki jak superkwas karboranowy, który pomimo miliony razy silniejszy niż kwas siarkowy, nie jest korozyjny.

Czynniki wpływające na twoją siłę

Elektroujemność jego sprzężonej bazy

Gdy przesunięcie w prawo następuje w okresie układu okresowego, negatywność elementów stanowiących bazę sprzężoną wzrasta.

Obserwacja okresu 3 układu okresowego pokazuje na przykład, że chlor jest bardziej elektroujemny niż siarka, a z kolei siarka jest bardziej elektroujemna niż fosfor.

Jest to zgodne z faktem, że kwas chlorowodorowy jest silniejszy niż kwas siarkowy, a ten ostatni jest silniejszy niż kwas fosforowy.

Poprzez zwiększenie elektroujemności sprzężonej zasady kwasu zwiększa stabilność zasady, a zatem zmniejsza jego skłonność do przegrupowania się z wodorem w celu regeneracji kwasu.

Należy jednak wziąć pod uwagę inne czynniki, ponieważ to nie jest decydujące.

Sprzężony promień podstawy

Siła kwasu zależy również od promienia jego sprzężonej bazy. Obserwacja grupy VIIA układu okresowego (halogeny) pokazuje, że promienie atomowe elementów tworzących grupę mają następującą zależność: I> Br> Cl> F.

Ponadto, kwasy, które tworzą, zachowują tę samą kolejność zmniejszania wytrzymałości kwasów:

HI> HBr> HCl> HF

Podsumowując, zwiększenie promienia atomowego elementów tej samej grupy układu okresowego, zwiększa w tym samym kierunku siłę powstającego kwasu.

Tłumaczy się to osłabieniem wiązania H-Ac przez słabe nakładanie się nierównych orbitali atomowych w rozmiarze.

Liczba atomów tlenu

Siła kwasu w szeregu kwasów tlenowych zależy od liczby atomów tlenu w bazie koniugatu.

Cząsteczki, które mają największą liczbę atomów tlenu, stanowią gatunek o większej mocy kwasowej. Na przykład kwas azotowy (HNO)3) jest silniejszym kwasem niż kwas azotawy (HNO)2).

Z drugiej strony, kwas nadchlorowy (HClO4) jest silniejszym kwasem niż kwas chlorowy (HClO3). I wreszcie, kwas podchlorawy (HClO) to kwas o najniższej mocy w serii.

Przykłady

Silne kwasy można zilustrować w kolejności malejącej mocy kwasu poniżej: HI> HBr> HClO4 > HCl> H2TAK4 > CH2C2H2SO4H (kwas toluenosulfonowy)> HNO3.

Wszystkie z nich i inne, które zostały wymienione do tej pory, są przykładami silnych kwasów.

HI jest silniejszy niż HBr, ponieważ wiązanie H-I pęka łatwiej, ponieważ jest słabsze. HBr przekracza w kwasowości HClO4 ponieważ pomimo dużej stabilności anionu ClO4- przenosząc ładunek ujemny, wiązanie H-Br pozostaje słabsze niż O-link3ClO-H.

Jednak obecność czterech atomów tlenu powraca do HClO4 więcej kwasu niż HCl, który nie ma tlenu.

Następnie HCl jest silniejszy niż H2TAK4 ponieważ atom Cl jest bardziej elektroujemny niż atom siarki; i H2TAK4 z kolei przekracza kwasowość do CH₃C₆H₄SO₃H, która ma jeden mniej atomu tlenu, a wiązanie, które utrzymuje wodór razem, jest również mniej polarne.

Wreszcie HNO3 jest najsłabszym ze wszystkich, ponieważ ma atom azotu, drugi okres układu okresowego.

Referencje

  1. Uniwersytet Shmoop. (2018). Właściwości określające siłę kwasu. Źródło: shmoop.com
  2. Książki Wiki. (2018). Chemia ogólna / Właściwości i teorie kwasów i zasad. Źródło: en.wikibooks.org
  3. Informacje o kwasach (2018). Kwas solny: właściwości i zastosowania tego roztworu. Źródło: acidos.info
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 czerwca 2018 r.). Silna definicja kwasu i przykłady. Pobrane z thinkco.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning.