UN acido forte è un composto in grado di rilasciare completamente e irreversibilmente protoni o ioni idrogeno, H.+. Essendo così reattivo, un gran numero di specie è costretto ad accettare questi H.+; come l'acqua, la cui miscela diventa potenzialmente pericolosa con il semplice contatto fisico.
L'acido dona un protone all'acqua, che funge da base per formare lo ione idronio, H.3O+. La concentrazione dello ione idronio in una soluzione di un acido forte è uguale alla concentrazione dell'acido ([H3O+] = [HAc]).
Nell'immagine in alto c'è una bottiglia di acido cloridrico, HCl, con una concentrazione di 12M. Maggiore è la concentrazione di un acido (debole o forte), bisogna essere più cauti nel maneggiarlo; ecco perché la bottiglia riporta il pittogramma di una mano ferita dalla proprietà corrosiva di una goccia di acido che vi cade sopra.
Gli acidi forti sono sostanze che devono essere maneggiate con piena consapevolezza dei loro possibili effetti; Lavorando con loro con attenzione, le loro proprietà possono essere utilizzate per molteplici usi, uno dei più comuni è la sintesi o la dissoluzione di campioni..
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Un acido forte si dissocia o ionizza al 100% in soluzione acquosa, accettando una coppia di elettroni. La dissociazione di un acido può essere delineata con la seguente equazione chimica:
HAc + HDueO => A- + H3O+
Dove HAc è l'acido forte e A- la sua base coniugata.
La ionizzazione di un acido forte è un processo solitamente irreversibile; negli acidi deboli, al contrario, la ionizzazione è reversibile. L'equazione mostra che HDueOppure è quello che accetta il protone; tuttavia, lo possono anche gli alcoli e altri solventi.
Questa tendenza ad accettare protoni varia da sostanza a sostanza, e quindi la forza acida di HAc non è la stessa in tutti i solventi..
Il pH di un acido forte è molto basso, essendo compreso tra 0 e 1 unità di pH. Ad esempio, una soluzione di HCl 0,1 M ha un pH di 1.
Ciò può essere dimostrato utilizzando la formula
pH = - log [H+]
È possibile calcolare il pH di una soluzione di HCl 0,1 M, quindi applicare
pH = -log (0,1)
Ottenere un pH di 1 per la soluzione di HCl 0,1 M.
La forza degli acidi è correlata al loro pKa. Lo ione idronio (H.3O+), ad esempio, ha un pKa di -1,74. In generale, gli acidi forti hanno pKa con valori più negativi di -1,74, e sono quindi più acidi di H stesso3O+.
Il pKa esprime in un certo modo la tendenza dell'acido a dissociarsi. Più basso è il suo valore, più forte e aggressivo sarà l'acido. Per questo motivo, è conveniente esprimere la forza relativa di un acido per il valore del suo pKa.
In generale, gli acidi forti sono classificati come corrosivi. Tuttavia, ci sono eccezioni a questa ipotesi.
Ad esempio, l'acido fluoridrico è un acido debole, ma è altamente corrosivo e in grado di digerire il vetro. A causa di ciò, deve essere maneggiato in bottiglie di plastica e a basse temperature..
Al contrario, un acido di grande forza come il carborano superacido, che pur essendo milioni di volte più forte dell'acido solforico, non è corrosivo.
Quando uno spostamento verso destra si verifica in un periodo della tavola periodica, la negatività degli elementi che compongono la base coniugata aumenta.
L'osservazione del periodo 3 della tavola periodica mostra, ad esempio, che il cloro è più elettronegativo dello zolfo e, a sua volta, lo zolfo è più elettronegativo del fosforo..
Ciò è in accordo con il fatto che l'acido cloridrico è più forte dell'acido solforico e quest'ultimo è più forte dell'acido fosforico..
Aumentando l'elettronegatività della base coniugata dell'acido, aumenta la stabilità della base, e quindi la sua tendenza a raggrupparsi con l'idrogeno per rigenerare l'acido diminuisce..
Tuttavia, altri fattori devono essere considerati, poiché questo da solo non è decisivo.
La forza dell'acido dipende anche dal raggio della sua base coniugata. L'osservazione del gruppo VIIA della tavola periodica (alogeni) mostra che i raggi atomici degli elementi che compongono il gruppo hanno la seguente relazione: I> Br> Cl> F.
Allo stesso modo, gli acidi che si formano mantengono lo stesso ordine decrescente della forza degli acidi:
HI> HBr> HCl> HF
In conclusione, all'aumentare del raggio atomico degli elementi dello stesso gruppo nella tavola periodica, la forza dell'acido che formano aumenta allo stesso modo.
Ciò è spiegato dall'indebolimento del legame H-Ac da una scarsa sovrapposizione degli orbitali atomici di dimensioni disuguali..
La forza di un acido all'interno di una serie di ossacidi dipende dal numero di atomi di ossigeno nella base coniugata..
Le molecole che hanno il maggior numero di atomi di ossigeno costituiscono le specie con la più alta forza acida. Ad esempio, l'acido nitrico (HNO3) è un acido più forte dell'acido nitroso (HNODue).
D'altra parte, l'acido perclorico (HClO4) è un acido più forte dell'acido clorico (HClO3). Infine, l'acido ipocloroso (HClO) è l'acido con la forza più bassa della serie.
Gli acidi forti possono essere esemplificati nel seguente ordine decrescente di forza acida: HI> HBr> HClO4 > HCl> HDueSW4 > CH₃C₆H₄SO₃H (acido toluensolfonico)> HNO3.
Tutti loro, e gli altri che sono stati menzionati finora, sono esempi di acidi forti..
HI è più forte di HBr perché il legame H-I si rompe più facilmente poiché è più debole. HBr supera HClO in acidità4 perché, nonostante la grande stabilità dell'anione ClO4- delocalizzando la carica negativa, il legame H-Br rimane più debole del legame O3ClO-H.
Tuttavia, la presenza di quattro atomi di ossigeno rende HClO4 più acido dell'HCl, che non ha ossigeno.
Successivamente, HCl è più forte di H.DueSW4 perché l'atomo di Cl è più elettronegativo di quello dello zolfo; e l'HDueSW4 a sua volta, supera CH₃C₆H₄SO₃H in acidità, che ha un atomo di ossigeno in meno e il legame che tiene insieme l'idrogeno è anche meno polare.
Infine, l'HNO3 È il più debole di tutti per avere l'atomo di azoto, dal secondo periodo della tavola periodica.
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