Сильные кислоты и основания

Словарь
рН – показатель концентрации ионов водорода в растворе.

pOH – мера концентрации гидроксид-иона в растворе.

Сильные кислоты – Введение
Сильная кислота (ГК) полностью диссоциирует в растворе. Другими словами, он ионизирует 100% в водном растворе. Более того, сильные кислоты являются хорошими донорами протонов и могут оставаться в водном растворе. Сильный донор протонов определяется как молекула, в которой водород присоединен к электроотрицательному атому, такому как кислород или галоген (фтор, хлор, бром, йод, астатин и теннессин). В воде сильная кислота теряет протон и переносит его на молекулы H2o, образуя H3o — ион гидрония.

HA + H2o → H3o+(aq) + A–(aq)

В этом примере A представляет анион кислоты, например, хлоридный или нитратный ион.

Сильные кислоты имеют большое значение Ka (константа диссоциации кислоты) и малое значение pKa (логарифмическая константа диссоциации кислоты).

pH и pKa сильной кислоты
Сильные кислоты, такие как соляная кислота (HCl), имеют рН от 0 до 1. Чем ниже значение pH, тем выше концентрация ионов водорода в растворе, следовательно, более сильная кислота.

pH = -log [H+]

Константа диссоциации кислоты, Ka, измеряет, насколько полностью кислота диссоциирует в водном растворе. Большое значение Ka указывает на сильную кислоту, поскольку это означает, что кислота в значительной степени диссоциирована на свои ионы. Поскольку сильные кислоты полностью диссоциируют в растворе, они имеют небольшое значение Ka.

Логарифмическая константа диссоциации кислот, pKa, имеет прямое отношение к Ka. Следовательно, чем ниже значение pKa, тем сильнее кислота.

pKa = -log [Ka]

Сопряженное основание сильной кислоты
Сопряженное основание кислоты - это ион, который образуется, когда кислота теряет протон. Например, сопряженным основанием HCl является хлорид–ион Cl-. Сопряженное основание сильной кислоты является очень слабым основанием. Соли, образованные из этих сопряженных оснований, часто имеют рН 7 или чуть выше 7. Например, хлорид натрия, сульфат натрия и нитрат натрия имеют анионы, которые являются сопряженными основаниями сильных кислот. Все эти соли имеют рН около 7 в растворе, что является нейтральным рН.

Сильные основания
Сильное основание (BOH) также полностью диссоциирует и ионизируется на 100% в водном растворе. Более того, сильные основания являются хорошими акцепторами протонов, которые не могут оставаться в водном растворе. Например, все ионы O2- превращаются в ОН–, гидроксид-ионы, принимая протоны от молекул H2o. В результате молекулы H2o превращаются в OH–. Важно отметить, что катионы сильных оснований растворимы в воде. Другими словами, если катион растворим в воде, он может образовывать сильное основание.

BOH + H2o → B+(aq) + OH–(aq)

pOH и pKb сильного основания
pOH является мерой концентрации гидроксид-ионов (OH-). Чем ниже значение pOH, тем выше концентрация гидроксид-ионов в растворе, следовательно, более сильное основание.

pOH = -log [OH–]

Константа диссоциации основания, Кб, измеряет, насколько полностью основание диссоциирует в водном растворе. Большое значение Kb указывает на сильное основание, поскольку это означает, что основание в значительной степени диссоциировано на свои ионы.

Используя значение Kb, вы можете рассчитать pKb. Чем ниже значение pKb, тем сильнее основание.

pKb = -log [Кб]

pH и pOH водного раствора связаны следующим уравнением:

pH + pOH = 14

Если известно значение pH или pOH раствора, можно рассчитать другое. Сильные основания обычно имеют рН от 13 до 14.

Расчет рН сильных кислот и оснований Примеры
Q1. Предположим, у вас есть 0,1 М раствор HCl. Рассчитайте его pH.

HCl + H2o → H3o+(aq) + Cl–(aq)

Поскольку соляная кислота сильная, мы получаем 100% диссоциацию. O.1M - это также концентрация ионов гидрония.

Чтобы рассчитать значение рН, введите 0,1 М в уравнение рН:

pH = -log [H3o+] = -log (0,1) = 1
Вопрос 2. Предположим, у вас есть 0,1 М раствор NaOH. Рассчитайте его pH.

NaOH + H2o → Na+(aq) + OH–(aq)

Поскольку гидроксид натрия является сильным основанием, мы получаем 100% диссоциацию. O.1M - это также концентрация гидроксид-ионов.

Чтобы рассчитать значение рН, введите 0,1 М в уравнение pOH:

pOH = -log [OH–] = -log (0,1) = 1

Затем используйте следующее уравнение для решения для pH:

pH + pOH = 14

pH = 14 – pOH = 14 – 1 = 13

Список сильных кислот и оснований

Давайте рассмотрим некоторые примеры обычных сильных кислот и обычных сильных оснований.

Список сильных кислот (7):
HCl (соляная кислота)
HNO 3 (азотная кислота)
H2SO4 (серная кислота)
HBr (бромистоводородная кислота)
HI (йодистоводородная кислота)
hclo3 (хлорная кислота)
HClO4 (хлорная кислота)
Список сильных оснований (8):
LiOH (гидроксид лития)
NaOH (гидроксид натрия)
КОН (гидроксид калия)
Ca(OH)2 (гидроксид кальция)
RbOH (гидроксид рубидия)
Sr(OH)2 (гидроксид стронция)
CsOH (гидроксид цезия)
Ba(OH)2 (гидроксид бария)

Знаете ли вы, что фторантимоновая кислота является примером очень сильной кислоты, известной как суперкислота? Он чрезвычайно агрессивен и должен храниться в тефлоновых контейнерах. Суперкислота обладает исключительной способностью переносить протон на другую молекулу.

Знаете ли вы, что серную кислоту можно концентрировать в лаборатории путем кипячения воды? А горячая серная кислота - одна из самых опасных жидкостей для вашего тела? Серная кислота также является ЕДИНСТВЕННОЙ сильной кислотой с более чем одним кислотным протоном.