Сильная кислота – это кислота, которая полностью диссоциирует или ионизируется в водном растворе. Это химическое соединение с высокой способностью терять протон, H + . В воде сильная кислота теряет один протон, который захватывается водой с образованием иона гидроксония:
HA (aq) + H 2 O → H 3 O + (aq) + A – (aq)
Дипротонная и полипротонная кислоты могут потерять более одного протона, но значение pKa «сильной кислоты» и реакция относятся только к потере первого протона.
Сильные кислоты имеют малую логарифмическую константу (pKa) и большую константу диссоциации кислоты (Ka).
Большинство сильных кислот едкие, но некоторые суперкислоты – нет. Напротив, некоторые из слабых кислот (например, фтористоводородная кислота) могут быть очень коррозионными.
По мере увеличения концентрации кислоты способность к диссоциации уменьшается. При нормальных условиях в воде сильные кислоты полностью диссоциируют, а очень концентрированные растворы – нет.
Примеры сильных кислот
Хотя слабых кислот много, сильных мало. К распространенным сильным кислотам относятся:
- HCl (соляная кислота)
- H 2 SO 4 (серная кислота)
- HNO 3 (азотная кислота)
- HBr (бромистоводородная кислота)
- HClO 4 (хлорная кислота)
- HI (иодистоводородная кислота)
- п-толуолсульфоновая кислота (органическая растворимая сильная кислота)
- метансульфоновая кислота (жидкая органическая сильная кислота)
Следующие кислоты почти полностью диссоциируют в воде, поэтому их часто считают сильными кислотами, хотя они не более кислые, чем ион гидроксония, H 3 O + :
- HNO 3 (азотная кислота)
- HClO 3 (хлорная кислота)
Некоторые химики считают ион гидроксония, бромную кислоту, периодическую кислоту, надбромистоводородную кислоту и периодическую кислоту сильными кислотами.
Если способность отдавать протоны есть используется в качестве основного критерия rion для силы кислоты, то сильные кислоты (от самой сильной к самой слабой) будут:
- H [SbF 6 ] (фтороантимоновая кислота)
- FSO 3 HSbF 5 (магическая кислота)
- H (CHB 11 Cl 11 ) (карборана суперкислота)
- FSO 3 H (фтористоводородная кислота)
- CF 3 SO 3 H (трифликовая кислота)
Это «суперкислоты», которые определяются как кислоты, которые более кислые, чем 100% серная кислота. Суперкислоты постоянно протонируют воду.
Факторы, определяющие кислотную силу
Вы можете спросить, почему сильные кислоты так хорошо диссоциируют и почему некоторые слабые кислоты не полностью ионизируются. В игру вступают несколько факторов:
- Атомный радиус: с увеличением атомного радиуса увеличивается и кислотность. Например, HI – более сильная кислота, чем HCl (йод – более крупный атом, чем хлор).
- Электроотрицательность: чем более электроотрицательно сопряженное основание в тот же период периодической таблицы, это (A – ), тем он более кислый.
- Электрический заряд: чем положительнее заряд атома, тем выше его кислотность. Другими словами, легче взять протон от нейтрального вещества, чем от вещества с отрицательным зарядом.
- Равновесие: когда кислота диссоциирует, равновесие достигается с сопряженным с ней основанием. В случае сильных кислот равновесие сильно способствует продукту или находится справа от химического уравнения. Основание, сопряженное с сильной кислотой, намного слабее, чем вода в качестве основания.
- Растворитель: в большинстве случаев сильные кислоты рассматриваются в связи с водой в качестве растворителя. Однако кислотность и основность имеют значение в неводном растворителе. Например, в жидком аммиаке уксусная кислота полностью ионизируется и может считаться сильной кислотой, даже если она является слабой кислотой в воде.