STERK ZUUR: EIGENSCHAPPEN EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2024

Een sterk zuur is elke verbinding die in staat is om volledig en onomkeerbaar protonen of waterstofionen, H ^{+, vrij te geven} . Omdat ze zo reactief zijn, wordt een groot aantal soorten gedwongen deze H ⁺ te accepteren ; zoals water, waarvan het mengsel potentieel gevaarlijk wordt bij eenvoudig fysiek contact.

Het zuur schenkt een proton aan water, dat als basis werkt om het hydroniumion, H ₃ O ^{+, te vormen} . De concentratie van het hydroniumion in een oplossing van een sterk zuur is gelijk aan de concentratie van het zuur (=).

Bron: maticulous via Flickr

In de bovenste afbeelding staat een fles zoutzuur, HCl, met een concentratie van 12M. Hoe hoger de concentratie van een zuur (zwak of sterk), hoe zorgvuldiger ermee moet worden omgegaan; daarom toont de fles het pictogram van een hand die gewond is geraakt door de corrosieve eigenschap van een druppel zuur die erop valt.

Sterke zuren zijn stoffen die moeten worden gehanteerd met het volle besef van hun mogelijke effecten; Door er zorgvuldig mee te werken, kunnen hun eigenschappen voor meerdere doeleinden worden gebruikt, een van de meest voorkomende is de synthese of ontbinding van monsters.

Eigenschappen van een sterk zuur

Dissociatie

Een sterk zuur dissocieert of ioniseert 100% in waterige oplossing, waarbij het een paar elektronen accepteert. De dissociatie van een zuur kan worden geschetst met de volgende chemische vergelijking:

HAc + H ₂ O => A ^- + H ₃ O ⁺

Waar HAc het sterke zuur is, en A ^- de geconjugeerde base.

De ionisatie van een sterk zuur is een proces dat meestal onomkeerbaar is; in zwakke zuren is ionisatie daarentegen omkeerbaar. De vergelijking laat zien dat H ₂ O degene is die het proton accepteert; alcoholen en andere oplosmiddelen kunnen dat echter ook.

Deze neiging om protonen te accepteren varieert van stof tot stof, en dus is de zuursterkte van HAc niet in alle oplosmiddelen hetzelfde.

pH

De pH van een sterk zuur is erg laag, tussen 0 en 1 pH-eenheid. Een 0,1 M HCl-oplossing heeft bijvoorbeeld een pH van 1.

Dit kan worden aangetoond door de formule te gebruiken

pH = - logboek

U kunt de pH van een 0,1 M HCl-oplossing berekenen en vervolgens toepassen

pH = -log (0,1)

Het verkrijgen van een pH van 1 voor de 0,1 M HCl-oplossing.

pKa

De sterkte van zuren is gerelateerd aan hun pKa. Het hydroniumion (H ₃ O ⁺ ) heeft bijvoorbeeld een pKa van -1,74. Over het algemeen hebben sterke zuren pKa met waarden die negatiever zijn dan -1,74, en zijn daarom zuurder dan H ₃ O ^{+ zelf} .

De pKa drukt op een bepaalde manier de neiging van het zuur om te dissociëren uit. Hoe lager de waarde, hoe sterker en agressiever het zuur zal zijn. Om deze reden is het handig om de relatieve sterkte van een zuur uit te drukken door zijn pKa-waarde.

Corrosie

Over het algemeen worden sterke zuren geclassificeerd als bijtend. Er zijn echter uitzonderingen op deze aanname.

Fluorwaterstofzuur is bijvoorbeeld een zwak zuur, maar is zeer corrosief en kan glas verteren. Hierdoor moet het in plastic flessen en bij lage temperaturen worden gehanteerd.

Integendeel, een zeer sterk zuur zoals carboraan-superzuur, dat ondanks dat het miljoenen keren sterker is dan zwavelzuur, niet corrosief is.

Factoren die uw kracht beïnvloeden

Elektronegativiteit van zijn geconjugeerde base

Naarmate een verschuiving naar rechts plaatsvindt in een periode van het periodiek systeem, neemt de negativiteit van de elementen waaruit de geconjugeerde basis bestaat toe.

Observatieperiode 3 van het periodiek systeem laat bijvoorbeeld zien dat chloor elektronegatiever is dan zwavel en dat zwavel op zijn beurt elektronegatiever is dan fosfor.

Dit komt overeen met het feit dat zoutzuur sterker is dan zwavelzuur, en dat laatste is sterker dan fosforzuur.

Naarmate de elektronegativiteit van de geconjugeerde base van het zuur toeneemt, neemt de stabiliteit van de base toe, en dus neemt de neiging om te hergroeperen met waterstof om het zuur te regenereren af.

Er moeten echter andere factoren in overweging worden genomen, aangezien dit alleen niet bepalend is.

Geconjugeerde basisradius

De sterkte van het zuur hangt ook af van de straal van zijn geconjugeerde base. De waarneming van groep VIIA van het periodiek systeem (halogenen) laat zien dat de atoomstralen van de elementen waaruit de groep bestaat de volgende relatie hebben: I> Br> Cl> F.

Evenzo behouden de zuren die zich vormen dezelfde afnemende volgorde van de sterkte van de zuren:

HI> HBr> HCl> HF

Concluderend, naarmate de atomaire straal van de elementen van dezelfde groep van het periodiek systeem toeneemt, neemt de sterkte van het zuur dat ze vormen op dezelfde manier toe.

Dit wordt verklaard door de verzwakking van de H-Ac-binding door een slechte overlap van de atomaire orbitalen die ongelijk in grootte zijn.

Aantal zuurstofatomen

De sterkte van een zuur in een reeks oxaciden hangt af van het aantal zuurstofatomen in de geconjugeerde base.

De moleculen met het grootste aantal zuurstofatomen vormen de soort met de grootste zuursterkte. Salpeterzuur (HNO ₃ ) is bijvoorbeeld een sterker zuur dan salpeterig zuur (HNO ₂ ).

Aan de andere kant is perchloorzuur (HClO ₄ ) een sterker zuur dan chloorzuur (HClO ₃ ). En tot slot is hypochloorzuur (HClO) het zuur met de laagste sterkte in de serie.

Voorbeelden

Voorbeelden van sterke zuren zijn in de volgende afnemende volgorde van zuursterkte: HI> HBr> HClO ₄ > HCl> H ₂ SO ₄ > CH₃C₆H₄SO₃H (tolueensulfonzuur)> HNO ₃ .

Ze zijn allemaal, en de andere die tot nu toe zijn genoemd, voorbeelden van sterke zuren.

HI is sterker dan HBr omdat de HI-binding gemakkelijker breekt naarmate deze zwakker is. HBr overtreft HClO ₄ in zuurgraad omdat, ondanks de grote stabiliteit van het ClO _4- anion ^- door de negatieve lading te delokaliseren, de H-Br-binding zwakker blijft dan de O ₃ ClO-H- binding .

De aanwezigheid van vier zuurstofatomen maakt HClO ₄ echter zuurder dan HCl, dat geen zuurstof bevat.

Vervolgens is HCl sterker dan H ₂ SO ₄ omdat het Cl-atoom elektronegatiever is dan zwavel; en H ₂ SO ₄ overtreft op zijn beurt CH acC₆H₄SO₃H in zuurgraad, dat één zuurstofatoom minder heeft en de binding die de waterstof bij elkaar houdt ook minder polair is.

Ten slotte is HNO ₃ de zwakste van allemaal omdat het het stikstofatoom heeft, uit de tweede periode van het periodiek systeem.

Referenties

1. Shmoop University. (2018). Eigenschappen die de zuursterkte bepalen. Hersteld van: shmoop.com
2. Wiki-boeken. (2018). Algemene chemie / eigenschappen en theorieën van zuren en basen. Hersteld van: en.wikibooks.org
3. Acids Info. (2018). Zoutzuur: eigenschappen en toepassingen van deze oplossing. Hersteld van: acidos.info
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juni 2018). Sterke zure definitie en voorbeelden. Opgehaald van thoughtco.com
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.