Ποιο είναι το ισχυρότερο οξύ στον κόσμο; Τι είναι τα ισχυρά οξέα;

Το φθοριοαντιμονικό οξύ είναι το ισχυρότερο οξύ στον κόσμο, που στέκεται περήφανα στο βάθρο λίγο πάνω από το καρβοράνιο. Ωστόσο, εξακολουθεί να υπάρχει μια συνεχής συζήτηση για το αν το καρβοράνιο είναι το ισχυρότερο από όλα. Αυτά τα οξέα είναι τόσο ισχυρά που δεν θεωρούνται καν συμβατικά οξέα. ονομάζονται υπεροξέα.

Η έννοια των οξέων και των βάσεων φέρνει στην επιφάνεια της συνείδησής μου ένα κύμα εφηβικών αναμνήσεων. Σκέφτομαι παλτά εργαστηρίου, χαρτιά λακκούβας, πικάντικες αναθυμιάσεις που αναδύονται από αγγεία με περίεργα σχήματα… και τους κακούς μου βαθμούς.

Τα παλτά εργαστηρίου δεν συνιστώνται απλώς επειδή αυτό φοράει ο κουλ στερεότυπος τύπος της εγκληματολογίας σε κάθε εκπομπή έρευνας εγκλήματος. Τα παλτά, μαζί με τον προστατευτικό εξοπλισμό για τα μάτια, συνιστώνται επειδή μας προστατεύουν από επιβλαβείς διαρροές οξέων, βάσεων, αλάτων ή οποιασδήποτε άλλης δυνητικά επιβλαβούς χημικής ουσίας.

Σκεφτείτε τα οξέα που μπορούν να διαπεράσουν τα ρούχα και να κάψουν το δέρμα μας. Το βαμβακερό παλτό το απορροφά, θυσιάζοντας γενναία τον εαυτό του για να προστατεύσει τη σάρκα μας και – το πιο σημαντικό – το αγαπημένο μου πουκάμισο Calvin Klein.

Ωστόσο, δεν έχω δει ακόμα την παράλογη εικόνα της μαμάς μου να φοράει εργαστηριακό παλτό και προστατευτικά γυαλιά ενώ προσθέτει προσεκτικά ξύδι στη σαλάτα μου. Τι κακός! Είναι απρόσεκτη ή ανεύθυνη; Λοιπόν όχι. Γνωρίζει, ελπίζω, επιστημονικά και όχι εμπειρικά, ότι το ξύδι δεν είναι δυνατό οξύ.

Τι κάνει ένα οξύ ισχυρό; Σε αυτήν την περίπτωση, τι κάνει ένα οξύ, «όξινο» καθόλου;

Τι είναι τα ισχυρά οξέα;

Τα οξέα είναι ιοντικές ενώσεις που αντιδρούν με ένα διάλυμα για να παράγουν ιόντα υδρογόνου (Η+). Ένας πιο συνοπτικός τρόπος περιγραφής ενός οξέος είναι μια οντότητα που δίνει εύκολα ένα πρωτόνιο. Ένα ιονισμένο άτομο υδρογόνου, ένα άτομο χωρίς ηλεκτρόνιο, είναι απλώς ένα πρωτόνιο. Στην άλλη πλευρά του φάσματος, οι βάσεις είναι οντότητες που δέχονται εύκολα αυτό το πρωτόνιο.

Μπορεί κανείς να κάνει έναν παραλληλισμό με τους συμμετέχοντες του Pass the Parcel.

(Photo Credit :Values ​​Lessons games)

Εάν τα οξέα είναι οι συμμετέχοντες, τότε ένα ασθενές οξύ είναι ένας συμμετέχων που διστάζει ή είναι αναποτελεσματικός όταν πρόκειται να περάσει το δέμα ή να δώσει ένα πρωτόνιο. Ένα ισχυρό οξύ, από την άλλη πλευρά, είναι αυτό που βρίσκεται πάντα στα δάχτυλά του και είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό όταν πρόκειται για τη δωρεά πρωτονίων.

Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των ιόντων Η+ σε ένα διάλυμα, τόσο πιο όξινο είναι το οξύ.

Αντικειμενική μέτρηση της οξύτητας

Μάλιστα, έτσι μετριέται αντικειμενικά η οξύτητα, με τη βοήθεια μιας κλίμακας pH. Η κλίμακα κυμαίνεται από 1-14, όπου το 1 απεικονίζει ένα πολύ ισχυρό οξύ, το 7 ένα ουδέτερο διάλυμα και το 14 μια πολύ ισχυρή βάση.

Μια κλίμακα pH είναι μια λογαριθμική κλίμακα. Παίρνει το αρνητικό log (που συμβολίζεται με p) της συγκέντρωσης των ιόντων Η+ (το Η σε pH). Εάν, με κάποιο τρόπο, η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου μειωνόταν, το pH θα αυξανόταν, καθώς η βασικότητα θα ανέβαινε.

(Φωτογραφία:Flickr)

Ωστόσο, δεν είναι απλώς η συγκέντρωση, αλλά και η δραστηριότητα από αυτά τα ιόντα. Η επίδραση αυτών των ιόντων βασίζεται σε πολλούς παράγοντες και η συγκέντρωση είναι μόνο ένας από αυτούς. Τούτου λεχθέντος, για λόγους απλότητας, ας συνεχίσουμε με την έννοια της συγκέντρωσης.

Κάποιος μπορεί να αποκτήσει ένα μέτρο οξύτητας διαλύοντας ένα οξύ σε ένα διάλυμα νερού. Τα κατιόντα Η+ δεν μπορούν να βρεθούν σε περιαγωγή ελεύθερα. αντιδρούν με μόρια νερού (H2O) για να παράγουν ιόντα υδρονίου (H3O+) και ιόντα υδροξειδίου (OH-).

Επομένως, υψηλότερη συγκέντρωση ιόντων H3O+ στο νερό σηματοδοτεί την παρουσία ενός ισχυρού οξέος. Το υπολειμματικό ιόν που δεν έχει πρωτόνιο ή ιόντα Η+ είναι μια βάση. Έτσι, κατά μία έννοια, τα οξέα και οι βάσεις υπάρχουν φυσικά σε ζεύγη. Μια γενική αναπαράσταση της αντίδρασης μεταξύ νερού και ενός οξέος μπορεί να απεικονιστεί με αυτήν την έκφραση.

Μια άλλη μέθοδος εύρεσης της σχετικής οξύτητας των διαλυμάτων είναι να βρεθεί η σταθερά ισορροπίας διάστασης οξέος, συμβολίζεται με «Ka».

Αναφερόμενοι στην παραπάνω εξίσωση, μπορούμε να βρούμε το μέγεθος του Ka με:

Τα [H3O+] και [A-] αντιπροσωπεύουν τις συγκεντρώσεις των ιόντων υδρονίου και της διαχωρισμένης βάσης σε moles ανά λίτρο. Ενώ το [HA] είναι η συγκέντρωση των μορίων που ήταν λιγομίλητα και δεν συνεισέφεραν κανένα ιόν Η+.

Για ένα ισχυρό οξύ, το προϊόν στον αριθμητή έχει μεγαλύτερη τιμή σε σχέση με την παρακάτω ποσότητα, στον παρονομαστή, καθώς ένα ισχυρό οξύ θα καταλύει τη διάσπαση γρήγορα και θα παράγει περισσότερα ιόντα, αφήνοντας πίσω λιγότερα μόρια ΗΑ. Κατά συνέπεια, η τιμή του Ka για ένα ισχυρό οξύ θα είναι μεγαλύτερη από 1.

Ωστόσο, είναι ένα ασθενές οξύ, όπως ακριβώς θα είχε προτείνει ο Φρόιντ.

Για ένα ασθενές οξύ, αντίθετα, το γινόμενο στον αριθμητή έχει χαμηλότερη τιμή σε σχέση με τον παρονομαστή, γιατί είναι πολύ ανίκανο στην παραγωγή ιόντων Η+. Κατά συνέπεια, η τιμή του Ka για ένα ασθενές οξύ θα είναι μικρότερη από 1.

Με αυτόν τον τρόπο, η τιμή του Ka καθορίζει την ισχύ ενός οξέος με απόλυτο τρόπο.

Ποια είναι μερικά κοινά ισχυρά οξέα;

Υδροχλωρικό οξύ (HCl → H+ + Cl-)

Το υδροχλωρικό οξύ είναι ένα άχρωμο, διαφανές, διαβρωτικό και πολύ ισχυρό ανόργανο οξύ. Συχνά αναφέρεται ως "μουριατικό" οξύ και ίσως γνωρίζετε ότι χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό τούβλων ή σκυροδέματος.

Το υδροχλωρικό οξύ, μια ιοντική ένωση που σχηματίζεται με υδρογόνο και χλώριο, είναι ένα πολύ ισχυρό οξύ με επίπεδο pH, ανάλογα με τη συγκέντρωση, κυμαινόμενο μεταξύ -1 και 1. Διασπάται σχεδόν πλήρως στο νερό και η τιμή του Ka είναι πολύ μεγάλη, περίπου 1,3 × 10^6.

Το υδροχλωρικό οξύ έχει επίσης αποκτήσει τη φήμη ότι είναι εξαιρετικός οξειδωτικός παράγοντας.

(Φωτογραφία:Flickr)

Παρά τη δύναμή του, παραδόξως, το HCl αποτελεί την πλειοψηφία του οξέος του στομάχου (γαστρικό) μας! Μας προστατεύει από μικροοργανισμούς, μολύνσεις και είναι πολύ σημαντικό για την πέψη. Το στρώμα βλέννας προστατεύει το στομάχι από το ίδιο το οξύ. Η αποτυχία στην έκκριση βλέννας οδηγεί σε έλκη ή καούρα.

Το HCl είναι εξαιρετικά διαβρωτικό και όταν έρχεται σε επαφή, μπορεί να κάψει χωρίς συγγνώμη τους ιστούς μας. Μπορεί να βλάψει τους πνεύμονες, τα μάτια και το δέρμα μη αναστρέψιμα. Για το λόγο αυτό, θα πρέπει πάντα να το χειρίζεστε με γάντια από λάτεξ και προστατευτικό ρουχισμό ανθεκτικό στα χημικά.

Νιτρικό οξύ (HNO3 → H+ + NO3-)

Το νιτρικό οξύ είναι ένα άχρωμο, εξαιρετικά διαβρωτικό ορυκτό οξύ. Το νιτρικό οξύ χρησιμοποιείται ευρέως για τη νίτρωση - προσθέτοντας μια ομάδα νιτρικών σε ένα μόριο, συνήθως μια οργανική ένωση. Παρόμοια με το HCl, η τιμή του pH είναι κοντά στο -1 και διασπάται σχεδόν πλήρως σε ένα διάλυμα νερού, καθιστώντας την τιμή του Ka μεγάλη επίσης — 2,4 × 10.

Ατμισμός νιτρικού οξέος (Φωτογραφία :W. Oelen / Wikimedia Commons)

Όντας ένας εξαιρετικά καλός οξειδωτικός παράγοντας, αντιδρά εκρηκτικά με τα μη μέταλλα και την οργανική ύλη. Η νίτρωση οργανικών ενώσεων με νιτρικό οξύ είναι μια εξέχουσα μέθοδος για την παραγωγή εκρηκτικών, όπως το τρινιτροτολουόλιο (TNT). Χρησιμοποιείται επίσης για τον καθαρισμό πλακών πυριτίου ή την αφαίρεση ακαθαρσιών από ανοξείδωτο χάλυβα.

Για λόγους ασφαλείας, το νιτρικό οξύ συνιστάται αυστηρά να φυλάσσεται μακριά από βάσεις και οργανικά, λόγω της επιθετικότητάς του. Οι διαρροές στο δέρμα μπορεί να προκαλέσουν σοβαρά χημικά εγκαύματα και να αποσυνθέσουν αμέσως τη σάρκα και τους ιστούς. Ως θεραπεία, μπορεί να χορηγηθεί μεγάλη ποσότητα νερού στο σημείο του εγκαύματος για να «εξουδετερωθεί» αυτό το οξύ.

Θειικό οξύ (H2SO4 → 2H+ + SO4^-2)

Ένα άλλο αγαπημένο στο γυμνάσιο, το θειικό οξύ είναι ένα άχρωμο, λιπαρό, ισχυρό, διαβρωτικό ορυκτό οξύ που αντιδρά εξώθερμα με το νερό. Είναι γνωστό ότι ερεθίζει ξύλο ή οργανική ύλη, αλλά είναι απίθανο να προκαλέσει πυρκαγιά.

Σταγόνες συμπυκνωμένου θειικού οξέος (θειικό οξύ) αφυδατώνουν γρήγορα ένα κομμάτι βαμβακερής πετσέτας. (Φωτογραφία:Toxic Walker / Wikimedia Commons)

Όπως και τα ξαδέρφια του, το θειικό οξύ έχει pH περίπου 1. Η τιμή του Ka είναι 1,0 × 10^3. Το θειικό οξύ είναι τόσο επικίνδυνο που όχι μόνο προκαλεί πρωτογενή εγκαύματα μέσω υδρόλυσης, αλλά και δευτερογενή εγκαύματα λόγω αφυδάτωσης. Μπορεί να οδηγήσει σε τύφλωση εάν έρθει σε επαφή με τα μάτια και μη αναστρέψιμη βλάβη στο λαιμό και στους πνεύμονες σε περίπτωση κατάποσης.

Ιστορικά, το θειικό οξύ έχει αναγνωριστεί με το όνομα "έλαιο βιτριόλης".

Το ισχυρότερο οξύ στον κόσμο

Το φθοροαντιμονικό οξύ είναι το ισχυρότερο οξύ στον κόσμο, που στέκεται περήφανα στο βάθρο λίγο πάνω από το καρβοράνιο. Ωστόσο, εξακολουθεί να υπάρχει μια συνεχής συζήτηση για το αν το καρβοράνιο είναι το ισχυρότερο από όλα. Αυτά τα οξέα είναι τόσο ισχυρά που δεν θεωρούνται καν συμβατικά οξέα. ονομάζονται υπεροξέα.

Μπουκάλι φθοροαντιμονικού οξέος κρατώντας στο χέρι (Πιστωτική φωτογραφία :Game Freak / Youtube)

Το φθοροαντιμονικό οξύ έχει ένα εντυπωσιακό pH -31,3. Είναι 1 δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια φορές πιο ισχυρό από το γαστρικό οξύ! Δεν μπορεί να αποθηκευτεί σε μπουκάλια γιατί – όπως το Taz στο Looney Tunes – θα τρώει σταδιακά μέσα από το δοχείο.

Το μέτρο της δύναμής του είναι τέτοιο που, όταν έρχεται σε επαφή με ένα χέρι, διαλύει τη σάρκα και τα οστά χωρίς κανένα δισταγμό. Αποθηκεύεται σε στέρνες από τεφλόν. Το ότι είναι ο ισχυρότερος μεμονωμένος δεσμός σε όλη την οργανική χημεία έχει τα πλεονεκτήματά του – το τεφλόν είναι ανοσιακό στα υπεροξέα.

Το τεφλόν μας επιτρέπει επίσης να τηγανίζουμε το κοτόπουλο πιο αποτελεσματικά, αλλά κυρίως, ναι, το αγαπάμε γιατί μας προστατεύει από τα υπεροξέα που προκαλούν όλεθρο και διαλύουν σάρκα και οστά.