اسید قوی چیست؟ — به زبان ساده

در مطالب پیشین «مجله فرادرس» با تعریف اسید و باز و واکنش آن‌ها آشنا شدیم. همچنین دیدیم که قدرت اسید‌ها به نوع تفکیک و ثابت تفکیک اسید بستگی دارد. در این مطلب به طور ویژه می‌خواهیم در رابطه با اسید قوی صحبت کنیم و ببینیم که از میان اسیدهای مختلف، کدامیک اسید قوی به شمار می‌آیند.

تعریف اسید قوی

یک اسید قوی به اسیدی می‌گویند که در یک محلول آبی به طور کامل تفکیک یا یونیزه می‌شود. در حقیقت، ماده‌ای شیمیایی که ظرفیت زیادی برای از دست دادن $$H ^ +$$ داشته باشد را به عنوان اسید قوی می‌شناسند.

فیلم آموزش شیمی 3 – پایه دوازدهم در فرادرس

کلیک کنید

در آب، اسید قوی یک پروتون از دست می‌دهد که این پروتون توسط آب برای تشکیل یون هیدرونیوم جذب می‌شود. معادله شیمیایی آن‌را می‌توان در زیر مشاهده کنید.

$$\begin{equation} \mathrm{HA}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{A}^{-}(\mathrm{aq}) \end{equation}$$

ثابت تفکیک اسید قوی

اسیدهای «دو پروتونه» (Diprotic) و «چندپروتونه» (Polyprotic) می‌توانند بیش از یک پروتون از دست بدهند اما مقدار «pKa» اسید قوی تنها مربوط به از دست دادن پروتون اول است.

مقدار pKa اسید قوی عددی کوچک و ثابت تفکیک آن یعنی «Ka» عددی بزرگ است. بسیاری از اسیدهای قوی خورنده هستند اما برخی از سوپراسیدها این‌گونه نیستند. در مقابل، برخی از اسیدهای ضعیف مانند هیدروفلوئوریک اسید می‌توانند به شدت خورنده باشند.

رابطه تفکیک با غلظت اسید

هرقدر غلظت یک اسید افزایش پیدا کند، توانایی تفکیک آن کاهش می‌یابد. تحت شرایط معمول، اسید قوی به طور کامل در آب تفکیک می‌شود اما این مورد در غلظت‌های بسیار زیاد اتفاق نمی‌افتد.

مثال هایی از اسید قوی

با وجود این‌که اسیدهای ضعیف بسیاری وجود دارند اما تعداد اسیدهای قوی نسبت به اسیدهای ضعیف کمتر است. در جدول زیر، نام و فرمول شیمیایی برخی از اسیدهای قوی آورده شده است.

نیتریک اسید و کلریک اسید $$HClO_3$$ تقریبا به طور کامل در آب تفکیک می‌شوند و بنابراین، آن‌ها را به عنوان اسید قوی می‌شناسند اما خاصیت اسیدی آن‌ها بیشتر از یون هیدرونیوم $$(H_3O^+)$$ نیست.

سوپراسیدها

در برخی از متون نیز یون هیدرونیوم، برومیک اسید، پِریودیک اسید و پربرومیک اسید را به عنوان اسید قوی می‌شناسند. اگر توانایی پروتون‌دهی یک اسید را به عنوان معیار اصلی قدرت یک اسید در نظر بگیریم، در نتیجه، اسیدهای قوی به ترتیب از قوی به ضعیف به صورت زیر خواهند بود. این اسیدها که با نام «سوپراسید» (Superacid) شناخته می‌شوند اسیدهایی هستند که خاصیت اسیدی بیشتری نسبت به سولفوریک اسید دارند.

• $$\mathrm{H}\left[\mathrm{SbF}_{6}\right]$$
• $$\mathrm{FSO}_{3} \mathrm{HSbF}_{5}$$
• $$\mathrm{H}\left(\mathrm{CHB}_{11} \mathrm{Cl}_{11}\right)$$
• $$\mathrm{FSO}_{3} \mathrm{H}$$
• $$\mathrm{CF}_{3} \mathrm{SO}_{3} \mathrm{H}$$

عوامل موثر بر قدرت اسیدها

ممکن است برای شما این سوال پیش آید که چرا برخی از اسیدها به طور کامل تفکیک می‌شوند و برخی اسیدهای ضعیف، تفکیک خوبی ندارند. در ادامه، برخی از عوامل موثر بر قدرت اسیدها را بررسی می‌کنیم.

• شعاع اتمی: با افزایش شعاع اتمی، خاصیت اسیدی (اسیدیته) نیز افزایش پیدا می‌کند. به طور مثال، $$HI$$ اسید قوی‌تری از $$HCl$$ به شمار می‌آید زیرا شعاع اتمی ید بیشتر از کلر است.
• الکترونگاتیوی: هرقدر الکترونگاتیوی یک باز مزدوج $$(A ^ -)$$ در همان دوره از جدول تناوبی بیشتر باشد، خاصیت اسیدی آن نیز بیشتر است.
• بار الکتریکی: هرچه بار مثبت روی یک اتم بیشتر باشد، اسیدیته آن نیز بیشتر خواهد بود. به عبارت دیگر، گرفتن پروتون از یک اتم خنثی ساده‌تر از پروتون‌گیری از ذره‌ای با بار منفی است.
• تعادل: هنگامی که یک اسید تفکیک می‌شود، با باز مزدوج خود به تعادل می‌رسد. در رابطه با اسید قوی این تعادل به طرف تشکیل فرآورده‌ (طرف راست) است. باز مزدوج یک اسید قوی نیز به مراتب ضعیف‌تر از آب - به عنوان باز - است.
• حلال:‌ در بسیاری از متون، به هنگام صحبت از اسیدهای قوی، آب را به عنوان حلال در نظر می‌گیرند. با این وجود، خاصیت اسیدی و بازی در محلول‌های غیرآبی نیز بکار می‌رود. به طور مثال، استیک اسید به طور کامل در آمونیاک مایع تفکیک می‌شود و با وجود این‌که استیک اسید، اسیدی ضعیف به شمار می‌آید اما تحت این شرایط می‌توان آن‌را یک اسید قوی دانست.