Про те, яка кислота найсильніша, сперечалися не одне покоління хіміків. У різні часице звання отримувала азотна, сірчана, соляна кислота. Деякі вважали, що сильнішою плавикової кислоти сполуки не може бути. У останнім часомотримані нові сполуки із сильними кислотними властивостями. Можливо, саме серед них є найсильніша кислота у світі? У цій статті розглянуто характеристики найсильніших стійких кислот нашого часу та надано їх короткі хімічні характеристики.
Поняття кислоти
Хімія – точна кількісна наука. І звання «Найсильніша кислота» має бути обґрунтовано приписане тій чи іншій речовині. Що ж може бути основним показником, який характеризує силу будь-якої сполуки?
Для початку давайте згадаємо класичне визначення кислоти. В основному це слово застосовується для складних хімічних сполук, які складаються із водню та кислотного залишку. Кількість атомів водню у поєднанні залежить від валентності кислотного залишку. Наприклад, у молекулі соляної кислотиє лише один атом водню; а сірчана кислота вже має два атоми Н + .
Властивості кислот
Всі кислоти мають деякі хімічні властивості, які можна назвати загальними для даного класу хімічних сполук.
У всіх вищезгаданих властивостях проявляється ще одне «вміння» будь-якої відомої кислоти – це здатність віддавати атом водню, замінюючи його на атом іншої хімічної речовини або молекулу будь-якої сполуки. Саме ця здатність характеризує «силу» кислоти та ступінь її взаємодії з іншими хімічними елементами.
Вода та кислота
Наявність води значно зменшує здатність кислоти віддавати атоми водню. Це тим, що водень здатний утворювати власні хімічні зв'язкиміж молекулами кислоти та води, тим самим його здатність відокремлюватися від основи менше, ніж у нерозбавлених кислот.
Суперкислота
Слово "суперкислота" введено в хімічний словник у 1927 році, з легкої руки знаменитого хіміка Джеймса Конанта.
Еталоном фортеці цього хімічної сполукиє концентрована сірчана кислота. Хімічна речовина або якась суміш, що перевищує показник кислотності концентрованої сірчаної кислоти, називається суперкислотою. Значення надкислоти визначається її здатністю надавати позитивний електричний заряд будь-якій підставі. За базовий параметр визначення кислотності прийнятий відповідний показник H 2 SO 4 . Серед кислот сильної дії спостерігаються речовини з досить незвичними назвами та властивостями.
Відомі сильні кислоти
Найвідоміші кислоти з курсу неорганічної хімії - це йодоводнева (HI), бромоводнева (HBr), соляна (HCl), сірчана (H 2 SO 4) та азотна (HNO 3) кислоти. Всі вони мають великий показник кислотності і здатні реагувати з більшістю металів і основ. У цьому ряду найсильнішою кислотою є суміш азотної та соляної кислоти, що отримала назву «царська горілка». Формула найсильнішої кислоти цього ряду HNO 3+3 HCl. Це з'єднання здатне розчиняти навіть дорогоцінні метали – такі, як золото та платину.
Як не дивно, плавикова кислота, яка є сполукою водню найсильнішим галогеном - фтором, у претенденти на звання «Найсильніша кислота в хімії» так і не потрапила. Єдиною особливістю цієї речовини є здатність розчиняти скло. Тому зберігають таку кислоту в поліетиленовій тарі.
Сильні органічні кислоти
Претенденти на титул «Найсильніша кислота в органічній хімії» - мурашина та оцтова кислота. Мурашина кислота є найсильнішою в гомологічному ряду граничних кислот. Свою назву вона отримала через те, що деяка частина її міститься у виділеннях мурах.
Оцтова кислота трохи слабша за мурашину, але спектр її поширення набагато ширший. Вона часто зустрічається в соках рослин та утворюється при окисленні різної органіки.
Останні розробки в галузі хімії дозволили синтезувати нову речовину, здатну конкурувати з традиційними органічними речовинами. Трифторметансульфокислота має показник кислотності вищий, ніж у сірчаної. При цьому CF3SO3H є стабільною гігроскопічною рідиною із встановленими фізико-хімічними властивостямипри нормальних умовах. На сьогодні титул "Найсильніша органічна кислота" може бути присвоєний цій сполукі.
Багато хто може подумати, що ступінь кислотності не може бути значно вищим за показник сірчаної кислоти. Але останнім часом вчені синтезували ряд речовин, у яких параметри кислотності у кілька тисяч разів перевищують значення сірчаної кислоти. Аномально високими значеннями кислотності мають сполуки, які отримують при взаємодії протонних кислот з кислотами Льюїса. У науковому світівони називаються: комплексні протонні кислоти.
Магічна кислота
Так. Все вірно. Магічна кислота. Так і зветься. Магічна кислота є сумішшю фтороводню або фтору сульфоронової кислоти з пентафлоридом сурми. Хімічна формулацієї сполуки представлена на малюнку:
Таку дивну назву магічна кислота отримала на різдвяній вечірці хіміків, яка сталася на початку 1960-х років. Один із співробітників дослідницької групи Дж. Олаха показав кумедний фокус, розчинивши воскову свічку в цій дивовижній рідині. Ця одна з найсильніших кислот нового покоління, але речовина, яка перевершить її за силою та кислотністю, вже синтезована.
Найсильніша кислота у світі
Carborane acid - карбонанова кислота, яка є на сьогоднішній день найсильнішою сполукою у світі. Формула найсильнішої кислоти має такий вигляд: H(CHB11Cl11).
Цей монстр був створений у 2005 році у Каліфорнійському університеті за тісної співпраці з Новосибірським інститутом каталізу СО РАН.
Сама ідея синтезу виникла в головах учених разом із мрією про нові, небачені досі молекули та атоми. Нова кислота в мільйон разів сильніша за сірчану, при цьому вона зовсім не агресивна, і найсильніша кислота легко може зберігатися в скляній пляшці. Щоправда, згодом скло все-таки розчиняється, а за підвищення температури швидкість такої реакції значно збільшується.
Така дивовижна м'якість обумовлена високою стабільністю нового з'єднання. Як і всі хімічні речовини, що відносяться до кислот, карбонанова кислота легко вступає в реакцію, віддаючи свій єдиний протон. При цьому основа кислоти є настільки стабільною, що хімічна реакціядалі не йде.
Хімічні властивості карборанової кислоти
Нова кислота - відмінний донор протону Н+. Саме це визначає силу цієї речовини. Розчин карбонанової кислоти містить більше іонів водню, ніж будь-яка інша кислота у світі. У хімічній реакції SbF 5 - пентафторид сурми, що зв'язує ілон фтору. При цьому вивільняються нові та нові атоми водню. Тому карбонанова кислота і є найсильнішою у світі - завись протонів у її розчині більше за аналогічний показник сірчаної кислоти в 2×10 19 разів.
Однак кислотна основа цієї сполуки приголомшливо стабільна. Молекула цієї речовини складається з одинадцяти атомів брому і такої кількості атомів хлору. У просторі ці частинки утворюють складну, геометрично правильну фігуру, яку називають ікосаедром. Таке розташування атомів є найбільш стійким і це пояснює стабільність карборанової кислоти.
Значення карборанової кислоти
Найсильніша кислота у світі принесла своїм творцям заслужені нагороди та визнання у науковому світі. Хоча всі властивості нової речовини до кінця не вивчені, вже стає зрозумілим, що значення цього відкриття виходить за межі лабораторій та науково-дослідних інститутів. Карборанову кислоту можна використовувати як потужний каталізатор при різних промислових реакціях. Крім цього, нова кислота може взаємодіяти з найбільш упертими. хімічними речовинами- Інертними газами. В даний час ведуться роботи, що допускають можливість вступу в реакцію ксенону.
Безсумнівно, дивовижні властивості нових кислот знайдуть своє застосування в різних галузях науки і техніки.
Кислотаминазиваються складні речовини, До складу молекул яких входять атоми водню, здатні заміщатися або обмінюватися на атоми металу і кислотний залишок.
За наявністю або відсутністю кисню в молекулі кислоти поділяються на кисневмісні(H 2 SO 4 сірчана кислота, H 2 SO 3 сірчиста кислота, HNO 3 азотна кислота, H 3 PO 4 фосфорна кислота, H 2 CO 3 вугільна кислота, H 2 SiO 3 кремнієва кислота) та безкисневі(HF фтороводородна кислота, HCl хлороводнева кислота (соляна кислота), HBr бромоводнева кислота, HI іодоводородна кислота, H 2 S сірководнева кислота).
Залежно від числа атомів водню в молекулі кислоти кислоти бувають одноосновні (з 1 атомом Н), двоосновні (з 2 атомами Н) та триосновні (з 3 атомами Н). Наприклад, азотна кислота HNO 3 одноосновна, оскільки в молекулі її один атом водню, сірчана кислота H 2 SO 4 – двоосновна і т.д.
Неорганічних сполук, що містять чотири атоми водню, здатні заміщатися на метал, дуже мало.
Частина молекули кислоти без водню називається кислотним залишком.
Кислотні залишкиможуть складатися з одного атома (-Cl, -Br, -I) - це прості кислотні залишки, а можуть - із групи атомів (-SO 3, -PO 4, -SiO 3) - це складні залишки.
У водних розчинах при реакціях обміну та заміщення кислотні залишки не руйнуються:
H 2 SO 4 + CuCl 2 → CuSO 4 + 2 HCl
Слово ангідридозначає безводний, тобто кислота без води. Наприклад,
H 2 SO 4 – H 2 O → SO 3 . Безкисневі кислоти ангідридів не мають.
Свою назву кислоти одержують від назви утворює кислоту елемента (кислотообразователя) з додаванням закінчень «ная» і рідше «ва»: H 2 SO 4 – сірчана; H 2 SO 3 – вугільна; H 2 SiO 3 - кремнієва і т.д.
Елемент може утворити кілька кисневих кислот. У разі зазначені закінчення у назві кислот будуть тоді, коли елемент виявляє високу валентність (у молекулі кислоти великий вміст атомів кисню). Якщо елемент виявляє нижчу валентність, закінчення в назві кислоти буде «зайвою»: HNO 3 – азотна, HNO 2 – азотиста.
Кислоти можна одержувати розчиненням ангідридів у воді.У разі, якщо ангідриди у воді не розчиняються, кислоту можна отримати дією іншої сильнішої кислоти на сіль необхідної кислоти. Цей спосіб характерний як для кисневих, так і безкисневих кислот. Безкисневі кислоти отримують так само прямим синтезом з водню і неметалу з подальшим розчиненням отриманої сполуки у воді:
H 2 + Cl 2 → 2 HCl;
H2+S → H2S.
Розчини отриманих газоподібних речовин HCl і H 2 S є кислотами.
За звичайних умов кислоти бувають як у рідкому, і у твердому стані.
Хімічні властивості кислот
Розчини кислот діють на індикатори. Усі кислоти (крім кремнієвої) добре розчиняються у воді. Спеціальні речовини – індикатори дозволяють визначити наявність кислоти.
Індикатори – це речовини складної будови. Вони змінюють своє забарвлення залежно від взаємодії з різними хімічними речовинами. У нейтральних розчинах - вони мають одне забарвлення, у розчинах основ – інше. При взаємодії з кислотою вони змінюють своє забарвлення: індикатор метиловий оранжевий забарвлюється червоний, індикатор лакмус – теж червоний.
Взаємодіють із основами з утворенням води та солі, в якій міститься постійний кислотний залишок (реакція нейтралізації):
H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 → CaSO 4 + 2 H 2 O.
Взаємодіють із заснованими оксидами з утворенням води та солі (реакція нейтралізації). Сіль містить кислотний залишок тієї кислоти, яка використовувалась у реакції нейтралізації:
H 3 PO 4 + Fe 2 O 3 → 2 FePO 4 + 3 H 2 O.
Взаємодіють із металами.
Для взаємодії кислот із металами повинні виконуватися деякі умови:
1. метал має бути досить активним по відношенню до кислот (у ряду активності металів він повинен розташовуватися до водню). Чим лівіше знаходиться метал у ряді активності, тим інтенсивніше він взаємодіє з кислотами;
2. кислота має бути досить сильною (тобто здатною віддавати іони водню H+).
При протіканні хімічних реакцій кислоти з металами утворюється сіль і виділяється водень (крім взаємодії металів з азотною та концентрованою сірчаною кислотами):
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2;
Cu + 4HNO 3 → CuNO 3 + 2 NO 2 + 2 H 2 O.
Залишились питання? Хочете знати більше про кислоти?
Щоб отримати допомогу репетитора – зареєструйтесь.
Перший урок – безкоштовно!
сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.
Усі кислоти, їх властивості та основи поділяються на сильні та слабкі. Але не смійте плутати такі поняття як «сильна кислота» або «сильна основа» з їхньою концентрацією. Наприклад, не можна зробити концентрований розчин слабкої кислоти або розведений розчин сильної основи. Наприклад, соляна кислота, коли розчиняється у воді, то віддає кожній з двох молекул води по одному своєму протону.
Коли відбувається хімічна реакція в іоні гідроксонію, іон водню дуже міцно зв'язується з молекулою води. Сама реакція буде доти, доки повністю не вичерпаються її реагенти. Наша вода у цьому випадку відіграє роль основи, тому що отримує протон від соляної кислоти. Кислоти, які дисоціюються націло у водних розчинах, називаються сильними.
Коли нам відомо найперша концентрація сильної кислоти, то в даному випадку не важко підрахувати яка концентрація іонів гідроксонію і хлорид-іонів в розчині. Наприклад, якщо ви візьмете і в 1 літр води розчините 0,2 моля газоподібної соляної кислоти, концентрація іонів після дисоціації буде такою самою.
Приклади сильних кислот:
1)
HCl – соляна кислота;
2)
HBr - бромводень;
3)
HI - йодоводород;
4)
HNO3 - азотна кислота;
5)
HClO4 - хлорна кислота;
6)
H2SO4 - сірчана кислота.
Усі відомі кислоти (за винятком сірчаної кислоти), представлені у списку вище і є монопротоновими, оскільки їх атоми віддають по одному протону; молекули сірчаної кислоти можуть легко віддавати два своїх протона, саме тому сірчана кислота є дипротоновой.
До сильних основ відносяться електроліти, вони повністю дисоціюються у водних розчинах з утворенням гідроксиду-іону.
Аналогічно з кислотами, обчислити концентрацію гідроксиду-іона дуже просто, якщо ви дізнаєтеся про вихідну концентрацію розчину. Наприклад, розчин NaOH з концентрацією 2 моль/л дисоціює на таку ж концентрацію іонів.
Слабкі кислоти. Підстави та властивості
Що ж до слабких кислот, всі вони дисоціюються в повному обсязі, тобто частково. Розрізняти сильні та слабкі кислоти дуже просто: якщо в довідковій таблиці поруч із назвою кислоти показано її константу, то ця кислота є слабкою; якщо ж константа не наведена, то дана кислота є сильною.
Слабкі основи добре реагують з водою з утворенням рівноважної системи. Слабкі кислоти також характеризуються константою дисоціації До.
Ми дали визначення гідролізу, згадали деякі факти про солях. Зараз ми обговоримо сильні та слабкі кислоти і з'ясуємо, що "сценарій" гідролізу залежить саме від того, якою кислотою та якою основою утворена дана сіль.
← Гідроліз солей. Частина I
Сильні та слабкі електроліти
Нагадаю, що всі кислоти та основи можна умовно розділити на сильніі слабкі. Сильні кислоти (і, взагалі, сильні електроліти) водному розчинідисоціюють практично повністю. Слабкі електроліти розпадаються на іони незначною мірою.
До сильних кислот відносяться:
- H 2 SO 4 (сірчана кислота),
- HClO 4 (хлорна кислота),
- HClO 3 (хлорнувата кислота),
- HNO 3 (азотна кислота),
- HCl (соляна кислота),
- HBr (бромоводнева кислота),
- HI (йодоводородна кислота).
Нижче наведено список слабких кислот:
- H 2 SO 3 (сірчиста кислота),
- H 2 CO 3 (вугільна кислота),
- H 2 SiO 3 (кремнієва кислота),
- H 3 PO 3 (фосфориста кислота),
- H 3 PO 4 (ортофосфорна кислота),
- HClO 2 (хлориста кислота),
- HClO (хлорнуватиста кислота),
- HNO 2 (азотиста кислота),
- HF (фтороводородна кислота),
- H 2 S (сірководнева кислота),
- більшість органічних кислот, наприклад, оцтова (CH 3 COOH).
Звичайно, неможливо перерахувати всі існуючі в природі кислоти. Наведено лише найбільш "популярні". Слід також розуміти, що поділ кислот на сильні та слабкі є досить умовним.
Істотно простіше справи з сильними і слабкими підставами. Можна скористатися таблицею розчинності. До сильних підстав відносяться всі розчинніу воді основи, крім NH 4 OH. Ці речовини називають лугами (NaOH, KOH, Ca(OH) 2 і т. д.)
Слабкі основи - це:
- всі нерозчинні у воді гідроксиди (напр., Fe(OH) 3 Cu (OH) 2 і т. д.),
- NH 4 OH (гідроксід амонію).
Гідроліз солей. Головні факти
Читаючим цю статтю може здатися, що ми вже забули про основну тему розмови, і пішли кудись убік. Це не так! Наша розмова про кислоти і основи, про сильні та слабкі електроліти має пряме відношення до гідролізу солей. Зараз ви в цьому переконаєтесь.
Отже, дозвольте викласти основні факти:
- Не всі солі піддаються гідролізу. Існують гідролітично стійкісполуки, наприклад, хлорид натрію.
- Гідроліз солей може бути повним (незворотнім) та частковим (оборотним).
- У ході реакції гідролізу відбувається утворення кислоти або основи, змінюється кислотність середовища.
- Принципова можливість гідролізу, напрямок відповідної реакції, її оборотність чи незворотність визначаються силою кислотиі силою основи, якими утворена ця сіль.
- Залежно від сили відповідної кислоти та соотв. основи, всі солі можна умовно розділити на 4 групи. Для кожної з цих груп характерний свій "сценарій" гідролізу.
Приклад 4. Сіль NaNO 3 утворена сильною кислотою (HNO 3) та сильною основою (NaOH). Гідроліз не йде, нових сполук не утворюється, кислотність середовища не змінюється.
Приклад 5. Сіль NiSO 4 утворена сильною кислотою (H 2 SO 4) та слабкою основою (Ni(OH) 2). Йде гідроліз по катіону, в ході реакції утворюються кислота та основна сіль.
Приклад 6. Карбонат калію утворений слабкою кислотою (H 2 CO 3) та сильною основою (KOH). Гідроліз по аніону, утворення лугу та кислої солі. Лужне середовище розчину.
Приклад 7. Сульфід алюмінію утворений слабкою кислотою (H 2 S) та слабкою основою (Al(OH) 3). Йде гідроліз як по катіону, так і аніону. Необоротна реакція. У ході процесу утворюються H 2 S та гідроксид алюмінію. Кислотність середовища змінюється незначною мірою.
Спробуйте самостійно:
Вправа 2. До якого типу належать такі солі: FeCl 3 , Na 3 PO 3 , KBr, NH 4 NO 2 ? Чи піддаються ці солі гідролізу? По катіону чи аніону? Що утворюється під час реакції? Як змінюється кислотність середовища? Рівняння реакцій можна поки що не записувати.
Нам залишилося послідовно обговорити 4 групи солей і кожної з них навести специфічний " сценарій " гідролізу. У наступній частині ми почнемо із солей, утворених слабкою основою та сильною кислотою.
Кислоти – це складні речовини, чиї молекули складаються з атомів водню (здатних замінюватися атомами металів), пов'язаних із кислотним залишком. Кислоти бувають органічні та неорганічні, безкисневі та кисневі.
Класифікація та властивості кислот
Кислоти – це рідкі (наприклад, H 2 SO 4 – сірчана кислота) та тверді (наприклад, H 3 PO 4 -ортофосфорна кислота) суміші. Більшість кислот добре розчиняються у воді. Але є і нерозчинні, типовий приклад, H 2 SiO 3 кремнієва кислота. Кислоти здатні роз'їдати шкіру та тканини. До фізичних властивостей кислот можна віднести те, що вони змінюють колір індикаторів: лакмусу – червоний, метиловий помаранчевий – рожевий, фенолфталеїн – безбарвний.
Мал. 1. Таблиця зміна кольору індикаторів на кислоти.
З точки зору теорії електролітичної дисоціації, кислоти – це електроліти, здатні дисоціювати у водному розчині з утворенням як катіони лише іонів водню. Отже, кислоти можна називати протолітами, тобто речовинами, що віддають протон.
З допомогою кількості атомів водню, здатних заміщатися на метал, визначає основність кислоти: одноосновні кислоти – HBr, HClO2; двоосновні - H 2 SO 3, H 2 S; триосновні – H 3 PO 4 (ортофосфорна кислота) тощо.
Мал. 2. Формула ортофосфорної кислоти у молекулярно-іонному вигляді.
Кислоти поділяються на кисневі та безкисневі (приклад перших – HNO 3 , других – HCl).
Назви безкисневих кислот будуються наступним чином: до кореня російської назви неметалу, що утворює кислоту, додається буква про і слово «воднева». Наприклад: HCl – хлороводнева кислота, H 2 S – сірководнева кислота.
Назва кисневих кислот утворюється від російської назви центрального елемента з додаванням різних суфіксів, що характеризують ступінь його окислення, та слова "кислота".
Граничного ступеня окиснення центрального елемента відповідають суфікси "н" або "ів". У міру зниження ступеня окислення суфікси змінюються в наступному порядку: -оват-, -іст-, -оватист-. Наприклад: HClO 4 – хлорна кислота, HClO 3 – хлорнувата кислота, HClO 2 – хлориста кислота, HClO – хлорнуватиста кислота.
Мал. 3. кисневі та безкисневі кислоти.
Хімічні властивості кислот
Кислоти реагують з основними та амфотерними оксидами, з основами та солями:
H 2 SO 4 +CuO=CuSO 4 +H 2 O
H 2 SO 4 +ZnO=ZnSO 4 +H 2 O
H 2 SO 4 +Ba(OH) 2 =BaSO 4 +2H 2 O
H 2 SO 4 +BaCl=BaSO 4 +2HCl
Метали, що стоять у ряді стандартних електродних потенціалів лівіше водню, витісняють його з кислот (виключення HNO 3 , конц. H 2 SO 4), наприклад:
Zn+H 2 SO 4 =ZnSO 4 +H 2
Таблиця хімічних властивостей кислот
Кисневі кислоти отримують найчастіше при взаємодії відповідних оксидів із водою:
P 4 O 10 +6H 2 O = 4H 3 PO 4;
а безкисневі кислоти отримують при взаємодії неметалу з воднем з наступним розчиненням отриманої сполуки у воді: H 2 +Br 2 =2HBr
Що ми дізналися?
У 8 класі з хімії дається загальна інформація про кислоти в цілому та про їх кислотно-основні властивості. У статті дається інформація коротко про хімічні властивості кислот, а також фізичні властивостіцих речовин та способи їх отримання. Досліджувані хімічні елементимають ряд хімічних властивостей, наприклад, вони можуть взаємодіяти з солями, оксидами, металами.
Тест на тему
Оцінка доповіді
Середня оцінка: 4.2. Усього отримано оцінок: 97.