Dung dịch có độ axit mạnh nhất trong các dung dịch có giá trị pH sau

Độ mạnh axit là xu hướng của một axit, được ký hiệu bởi công thức hóa học HA, để phân tách thành một proton, H+, và một anion, A−. Các phân ly của một axit mạnh trong dung dịch có hiệu lực hoàn toàn, ngoại trừ các dung dịch đậm đặc nhất của nó.

Ví dụ về axit mạnh Chúng tôi axit hydrochloric [HCl], axit pecloric [HClO4], axit nitric [HNO3] và axit sunfuric [H2VÌ THẾ4].

Một axit yếu chỉ bị phân ly một phần, với cả axit không phân ly và các sản phẩm phân ly của nó ở trong dung dịch, ở trạng thái cân bằng với nhau.

A-xít a-xê-tíc [CH3COOH] là một ví dụ về một axit yếu. Độ mạnh của một axit yếu được định lượng bằng hằng số phân ly axit, pKa giá trị.

Sức mạnh của kẻ yếu hữu cơ axit có thể phụ thuộc vào hiệu ứng của nhóm thế. Sức mạnh của một vô cơ axit phụ thuộc vào trạng thái oxy hóa cho nguyên tử mà proton có thể được gắn vào. Độ bền axit phụ thuộc vào dung môi. Ví dụ, A-xít clohidric là một axit mạnh trong dung dịch nước, nhưng là một axit yếu khi hòa tan trong axit axetic.

Các phép đo độ mạnh của axit

Thước đo độ mạnh của một axit thông thường là hằng số phân ly axit [Ka], có thể là xác định bằng thực nghiệm bởi chuẩn độ các phương pháp. Axit mạnh hơn có Ka và một hằng số logarit nhỏ hơn [pKa = −log Ka] hơn các axit yếu hơn. Axit càng mạnh thì càng dễ mất proton, H+. Hai yếu tố chính góp phần vào việc dễ dàng deprotonation là phân cực của liên kết H-A và kích thước của nguyên tử A, xác định độ bền của liên kết H-A. Độ mạnh của axit cũng phụ thuộc vào độ ổn định của bazơ liên hợp.

Trong khi pKa giá trị đo xu hướng của một chất tan có tính axit để chuyển một proton thành một dung môi tiêu chuẩn [thông thường nhất là nước hoặc DMSO], xu hướng của một dung môi axit để chuyển một proton thành một chất tan tham chiếu [phổ biến nhất là anilin cơ sở] được đo bằng Hàm axit Hammett, các H0 giá trị. Mặc dù hai khái niệm về độ mạnh của axit này thường có cùng xu hướng chung của một chất là tặng một proton, nhưng pKa và H0 giá trị là số đo của các thuộc tính riêng biệt và đôi khi có thể khác nhau. Ví dụ, hydro florua, dù có hòa tan trong nước [pKa = 3.2] hoặc DMSO [pKa = 15], có pKa các giá trị chỉ ra rằng nó trải qua quá trình phân ly không hoàn toàn trong các dung môi này, làm cho nó trở thành một axit yếu. Tuy nhiên, là môi trường axit gọn gàng, được làm khô nghiêm ngặt, hydro florua có H0 giá trị của –15,[1] làm cho nó trở thành một môi trường proton mạnh mẽ hơn axit sulfuric 100% và do đó, theo định nghĩa, superracid.[2] [Để tránh sự mơ hồ, trong phần còn lại của bài viết này, "axit mạnh", trừ khi có quy định khác, dùng để chỉ một axit mạnh được đo bằng p của nóKa giá trị [pKa

Khi môi trường axit được đề cập là một dung dịch nước loãng, H0 xấp xỉ bằng độ pH giá trị, là một logarit âm của nồng độ H trong nước+ trong dung dịch. Độ pH của một dung dịch axit đơn giản trong nước được xác định bởi cả hai Ka và nồng độ axit. Đối với các dung dịch axit yếu, nó phụ thuộc vào mức độ phân ly, có thể được xác định bằng một phép tính cân bằng. Đối với dung dịch axit đậm đặc, đặc biệt là axit mạnh có pH H0 giá trị là thước đo độ axit tốt hơn độ pH.

Axit mạnh

Hình ảnh của một axit mạnh hầu hết là phân ly. Các vòng tròn nhỏ màu đỏ tượng trưng cho H+ các ion.

A axit mạnh là một axit phân ly theo phản ứng

trong đó S đại diện cho phân tử dung môi, chẳng hạn như phân tử nước hoặc DMSO, đến mức mà nồng độ HA của các loài không phân ly là quá thấp để có thể đo được. Đối với các mục đích thực tế, một axit mạnh có thể nói là phân ly hoàn toàn. Một ví dụ về một axit mạnh là axit hydrochloric

Bất kỳ axit nào có pKa giá trị nhỏ hơn khoảng -2 được phân loại là axit mạnh. Kết quả này rất cao dung lượng bộ đệm giải pháp với một giá trị pH từ 1 trở xuống và được gọi là hiệu ứng san lấp mặt bằng.[3]

Chất nào sau đây là axit mạnh trong dung dịch nước và đimetyl sunfoxit. Các giá trị của pKa, không thể đo lường bằng thực nghiệm. Các giá trị trong bảng sau đây là giá trị trung bình từ 8 phép tính lý thuyết khác nhau.

Ngoài ra, trong nước

Những điều sau đây có thể được sử dụng như những người ủng hộ trong hóa học hữu cơ

Axit sulfonic, nhu la axit p-toluenesulfonic [axit tosylic] là một loại chất hữu cơ mạnh oxyacids.[7] Một số axit sulfonic có thể được phân lập dưới dạng chất rắn. Polystyrene chức năng hóa thành polystyrene sulfonate là một ví dụ về một chất là một axit mạnh rắn.

Axit yếu

Hình ảnh một axit yếu phân ly một phần

Axit yếu là một chất phân ly một phần khi nó được hòa tan trong dung môi. Trong dung dịch có sự cân bằng giữa axit, HA và các sản phẩm phân ly.

Dung môi [ví dụ nước] được bỏ qua trong biểu thức này khi nồng độ của nó thực sự không thay đổi bởi quá trình phân ly axit. Độ mạnh của một axit yếu có thể được định lượng bằng cách hằng số phân ly, Ka, được định nghĩa như sau, ở đâu [X] biểu thị nồng độ của một gốc hóa học, X.

Khi một giá trị số của Ka được biết nó có thể được sử dụng để xác định mức độ phân ly trong dung dịch có nồng độ axit nhất định, TH, bằng cách áp dụng luật bảo toàn khối lượng.

Ở đâu TH là giá trị của nồng độ phân tích của axit. Khi tất cả các đại lượng trong phương trình này được coi là số, các điện tích ion không được hiển thị và điều này trở thành phương trình bậc hai trong giá trị của giá trị nồng độ ion hydro, [H].

Phương trình này cho thấy rằng pH của dung dịch axit yếu phụ thuộc vào cả Ka giá trị và nồng độ của nó. Các ví dụ điển hình về axit yếu bao gồm A-xít a-xê-tíc và axit phốt pho. Một loại axit như axit oxalic [HOOC – COOH] được cho là ba ba bởi vì nó có thể mất hai proton và phản ứng với hai phân tử của một bazơ đơn giản. Axit photphoric [H3PO4] là bazơ.

Để biết cách xử lý nghiêm ngặt hơn về cường độ axit, hãy xem hằng số phân ly axit. Điều này bao gồm các axit như axit bazơ axit succinic, không thể sử dụng phương pháp đơn giản để tính độ pH của dung dịch, được trình bày ở trên.

Thực nghiệm xác định

Thực nghiệm xác định một pKa giá trị thường được thực hiện bằng một chuẩn độ.[8] Một thủ tục điển hình sẽ như sau. Một lượng axit mạnh được thêm vào dung dịch chứa axit hoặc muối của axit, đến điểm hợp chất được proton hóa hoàn toàn. Sau đó dung dịch được chuẩn độ bằng một bazơ mạnh

cho đến khi chỉ có các loài được khử trùng, A−, vẫn còn trong dung dịch. Tại mỗi điểm trong chuẩn độ pH được đo bằng cách sử dụng điện cực thủy tinh và một độ pH. Hằng số cân bằng được tìm thấy bằng cách lắp các giá trị pH đã tính toán được với các giá trị quan sát được, sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất.

Cặp axit / bazơ liên hợp

Đôi khi người ta phát biểu rằng "liên hợp của một axit yếu là một bazơ mạnh". Một tuyên bố như vậy là không chính xác. Ví dụ, axit axetic là một axit yếu có Ka = 1,75 x 10−5. Cơ sở liên hợp của nó là axetat ion với Kb = 10−14/Ka = 5,7 x 10−10 [từ mối quan hệ Ka × Kb = 10−14], chắc chắn không tương ứng với một cơ sở mạnh. Liên hợp của một axit yếu thường là một bazơ yếu và ngược lại.

Axit trong dung môi không chứa nước

Độ mạnh của axit thay đổi tùy theo dung môi. Axit mạnh trong nước có thể yếu trong dung môi ít bazơ hơn và axit yếu trong nước có thể mạnh trong dung môi bazơ hơn. Dựa theo Lý thuyết Brønsted – axit – bazơ thấp, dung môi S có thể nhận một proton.

Ví dụ, axit clohydric là một axit yếu trong dung dịch nguyên chất A-xít a-xê-tíc, HO2CCH3, có tính axit mạnh hơn nước.

Mức độ ion hóa của axit hydrohalic giảm dần theo thứ tự HI> HBr> HCl. Axit axetic được cho là một phân biệt dung môi đối với ba axit, trong khi nước thì không.[6]:[tr. 217]

Một ví dụ quan trọng về dung môi cơ bản hơn nước là đimetyl sulfoxit, DMSO, [CH3]2VÌ THẾ. Một hợp chất là axit yếu trong nước có thể trở thành axit mạnh trong DMSO. A-xít a-xê-tíc là một ví dụ về một chất như vậy. Thư mục mở rộng về pKa Các giá trị trong dung dịch trong DMSO và các dung môi khác có thể được tìm thấy tại Dữ liệu về tính axit – tính cơ bản trong dung môi không chứa nước.

Superacids là axit mạnh ngay cả trong dung môi có hằng số điện môi thấp. Ví dụ về superacids là axit fluoroantimonic và axit ma thuật. Một số siêu phân tử có thể được kết tinh.[9] Chúng cũng có thể ổn định về mặt định lượng cacbocation.[10]

Axit Lewis phản ứng với bazơ Lewis trong pha khí và dung môi không chứa nước đã được phân loại trong Mô hình ECW và nó đã được chứng minh rằng không có một thứ tự độ mạnh của axit.[11] Độ bền chất nhận tương đối của axit Lewis đối với một loạt các bazơ, so với các axit Lewis khác, có thể được minh họa bằng Lô C-B.[12][13] Người ta đã chỉ ra rằng để xác định thứ tự độ mạnh của axit Lewis, ít nhất phải xem xét hai đặc tính. Đối với định tính Lý thuyết HSAB hai thuộc tính là độ cứng và độ bền trong khi đối với định lượng Mô hình ECW hai tính chất là tĩnh điện và cộng hóa trị.

Các yếu tố xác định độ mạnh của axit

Hiệu ứng quy nạp

Trong axit cacboxylic hữu cơ, một nhóm thế có độ âm điện có thể kéo mật độ electron ra khỏi liên kết axit thông qua ung cam ung, dẫn đến p nhỏ hơnKa giá trị. Hiệu ứng giảm dần, nguyên tố có độ âm điện càng lớn từ nhóm cacboxylat, như được minh họa bằng loạt các hào quang axit butanoic.

Ảnh hưởng của trạng thái oxy hóa

Trong một tập hợp oxoacid của một phần tử, pKa giá trị giảm dần theo trạng thái oxi hóa của nguyên tố. Các oxoacid của clo minh họa xu hướng này.[6]:[tr. 171]

† lý thuyết

Người giới thiệu

1. ^ Liang, Joan-Nan Jack [1976]. Hàm Axit Hammett đối với Axit Flohydric và một số Hệ thống Superacid liên quan [Luận án Tiến sĩ] [PDF]. Hamilton, Ontario: Đại học McMaster. p. 94.
2. ^ Miessler G.L. và Tarr D.A. Hóa học vô cơ [Xuất bản lần thứ 2, Prentice-Hall 1998, tr.170] ISBN 0-13-841891-8
3. ^ Porterfield, William W. Hóa học vô cơ [Addison-Wesley 1984] tr.260 ISBN 0-201-05660-7
4. ^ Trummal, Aleksander; Lipping, Lauri; Kaljurand, Ivari; Koppel, Ilmar A. .; Leito, Ivo [2016]. “Tính axit của axit mạnh trong nước và đimetyl sunfoxit”. J. Vật lý. Chèm. A. 120 [20]: 3663–3669. Bibcode:2016JPCA..120.3663T. doi:10.1021 / acs.jpca.6b02253. PMID 27115918.
5. ^ Bell, R. P. [1973], Proton trong Hóa học [Xuất bản lần thứ 2], Ithaca, NY: Nhà xuất bản Đại học Cornell
6. ^ a b c Housecroft, C. E .; Sharpe, A. G. [2004]. Hóa học vô cơ [Xuất bản lần thứ 2]. Sảnh Prentice. ISBN 978-0-13-039913-7.
7. ^ a b Guthrie, J.P. [1978]. "Thủy phân este của axit oxi: pKa giá trị của axit mạnh ”. Có thể. J. Chem. 56 [17]: 2342–2354. doi:10.1139 / v78-385.
8. ^ Martell, A.E .; Motekaitis, R.J. [1992]. Xác định và sử dụng các hằng số ổn định. Wiley. ISBN 0-471-18817-4. Chương 4: Quy trình thí nghiệm đo điện thế độ pH Phép đo Equilibria phức kim loại
9. ^ Zhang, Dingliang; Rettig, Stephen J.; Trotter, James; Aubke, Friedhelm [1996]. "Anion Superacid: Cấu trúc tinh thể và phân tử của Oxonium Undecafluorodiantimonate [V], [H3O] [Sb2F11], Cesium Fluorosulfate, CsSO3F, Cesium Hydrogen Bis [fluorosulfate], Cs [H [SO3F]2], Cesium Tetrakis [fluorosulfato] aurate [III], Cs [Au [SO3F]4], Cesium Hexakis [fluorosulfato] platinat [IV], Cs2[Pt [VẬY3F]6], và Cesium Hexakis [fluorosulfato] antimonate [V], Cs [Sb [SO3F]6]". Inorg. Chem. 35 [21]: 6113–6130. doi:10.1021 / ic960525l.
10. ^ George A. Olah, Schlosberg RH [1968]. "Hóa học trong các chất siêu axit. I. Trao đổi hydro và sự đa tụ của mêtan và ankan trong FSO3H – SbF5 ["Magic Acid"] Dung dịch. Protonation của ankan và trung gian của CH5+ và Các ion Hydrocacbon liên quan. Khả năng phản ứng hóa học cao của "Parafin" trong phản ứng dung dịch ion ". Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ. 90 [10]: 2726–7. doi:10.1021 / ja01012a066.
11. ^ Vogel G. C.; Drago, R. S. [1996]. "Mô hình ECW". Tạp chí Giáo dục Hóa học. 73: 701–707. Bibcode:1996JChEd..73..701V. doi:10.1021 / ed073p701.
12. ^ Laurence, C. và Gal, J-F. Lewis Basicity and Affinity Scales, Data and Measurement, [Wiley 2010] pp 50-51 IBSN 978-0-470-74957-9
13. ^ Cramer, R. E.; Bopp, T. T. [1977]. "Hiển thị bằng đồ thị về entanpi của sự hình thành chất cộng cho axit và bazơ Lewis". Tạp chí Giáo dục Hóa học. 54: 612–613. doi:10.1021 / ed054p612. Các đồ thị trong bài báo này sử dụng các thông số cũ hơn. Các thông số E&C được cải thiện được liệt kê trong Mô hình ECW.

liện kết ngoại