Самая сильная кислота. Формула самой сильной кислоты

О том, какая кислота самая сильная, спорили не одно поколение химиков. В разные времена это звание получала азотная, серная, соляная кислота. Некоторые считали, что сильнее плавиковой кислоты соединения быть не может. В последнее время получены новые соединения с сильными кислотными свойствами. Может быть, именно среди них имеется самая сильная кислота в мире? В этой статье рассмотрены характеристики наиболее сильных стойких кислот нашего времени и даны их краткие химические характеристики.

Понятие кислоты

Химия - точная количественная наука. И звание «Самая сильная кислота» должно быть обоснованно приписано тому или иному веществу. Что же может являться главным показателем, который характеризует силу любого соединения?

Для начала давайте вспомним классическое определение кислоты. В основном это слово применяется для сложных химических соединений, которые состоят из водорода и кислотного остатка. Количество атомов водорода в соединении зависит от валентности кислотного остатка. Например, в молекуле соляной кислоты присутствует лишь один атом водорода; а серная кислота уже владеет двумя атомами Н⁺.

Свойства кислот

Все кислоты обладают некоторыми химическими свойствами, которые можно назвать общими для данного класса химических соединений.

• Способность взаимодействовать с металлами, выделяя при этом водород.
• Способность взаимодействовать с основаниями, выделяя при этом соли.
• Способность менять цвет индикаторов – например, вызывать покраснение лакмусовой бумаги.
  

Во всех вышеназванных свойствах проявляется еще одно «умение» любой известной кислоты – это способность отдавать атом водорода, заменяя его на атом другого химического вещества или молекулу какого-либо соединения. Именно эта способность характеризует «силу» кислоты и степень ее взаимодействия с остальными химическими элементами.

Вода и кислота

Наличие воды значительно уменьшает способность кислоты отдавать атомы водорода. Это объясняется тем, что водород способен образовывать собственные химические связи между молекулами кислоты и воды, тем самым его способность отделяться от основания меньше, чем у неразбавленных кислот.

Суперкислота

Слово «суперкислота» введен в химический словарь в 1927 году, с легкой руки знаменитого химика Джеймса Конанта.

Эталоном крепости этого химического соединения является концентрированная серная кислота. Химическое вещество или какая-либо смесь, превышающая показатель кислотности концентрированной серной кислоты, называется суперкислотой. Значение сверхкислоты определяется ее способностью придавать положительный электрический заряд любому основанию. За базовый параметр для определения кислотности принят соответствующий показатель H₂SO₄ . Среди кислот сильного действия наблюдаются вещества с довольно необычными названиями и свойствами.

Известные сильные кислоты

Самые известные кислоты из курса неорганической химии - это йодоводородная (HI), бромоводородная (HBr), соляная (HCl), серная (H₂SO₄) и азотная (HNO₃) кислоты. Все они обладают большим показателем кислотности и способны реагировать с большинством металлов и оснований. В этом ряду самой сильной кислотой является смесь азотной и соляной кислоты, получившая название «царская водка». Формула самой сильной кислоты этого ряда - HNO₃₊₃ HCl. Это соединение способно растворять даже драгоценные металлы – такие, как золото и платину.

Как ни странно, плавиковая кислота, которая представляет собой соединение водорода самым сильным галогеном – фтором, в претенденты на звание «Самая сильная кислота в химии» так и не попала. Единственной особенностью этого вещества является способность растворять стекло. Поэтому хранят такую кислоту в полиэтиленовой таре.

Сильные органические кислоты

Претенденты на титул «Самая сильная кислота в органической химии» - муравьиная и уксусная кислоты. Муравьиная кислота является самой сильной в гомологическом ряду предельных кислот. Свое название она получила из-за того, что некоторая часть ее содержится в выделениях муравьев.

Уксусная кислота чуть слабее муравьиной, но спектр ее распространения гораздо шире. Она часто встречается в соках растений и образуется при окислении различной органики.

Последние разработки в области химии позволили синтезировать новое вещество, способное конкурировать с традиционными органическими веществами. Трифторметансульфокислота имеет показатель кислотности выше, чем у серной. При этом CF3SO3H является стабильной гигроскопичной жидкостью с установленными физико-химическими свойствами при нормальных условиях. На сегодня титул "Самая сильная органическая кислота" может быть присвоен этому соединению.

Многие могут подумать, что степень кислотности не может быть значительно выше показателя серной кислоты. Но в последнее время ученые синтезировали ряд веществ, у которых параметры кислотности в несколько тысяч раз превышают значения серной кислоты. Аномально высокими значениями кислотности обладают соединения, получаемые при взаимодействии протонных кислот с кислотами Льюиса. В научном мире они называются: комплексные протонные кислоты.

Магическая кислота

Да. Все правильно. Магическая кислота. Так и называется. Магическая кислота является смесью фтороводорода или фтор сульфороновой кислоты с пентафлоридом сурьмы. Химическая формула этого соединения представлена на рисунке:

Такое странное название магическая кислота получила на рождественской вечеринке химиков, которая произошла в начале 1960 годов. Один из сотрудников исследовательской группы Дж. Олаха показал забавный фокус, растворив восковую свечу в этой удивительной жидкости. Эта одна из самых сильных кислот нового поколения, но вещество, которое превзойдет ее по силе и кислотности, уже синтезировано.

Самая сильная кислота в мире

Carborane acid – карборановая кислота, которая является на сегодняшний день самой сильным соединением в мире. Формула самой сильной кислоты выглядит таким образом: H(CHB11Cl11).

Этот монстр был создан в 2005 году в Калифорнийском университете при тесном сотрудничестве с Новосибирским институтом катализа СО РАН.

Сама идея синтеза возникла в головах ученых вместе с мечтой о новых, невиданных доселе молекулах и атомах. Новая кислота в миллион раз сильнее серной, при этом она совершенно не агрессивна, и самая сильная кислота легко может храниться в стеклянной бутылке. Правда, со временем стекло все-таки растворяется, а при повышении температуры скорость такой реакции значительно увеличивается.

Такая удивительная мягкость обусловлена высокой стабильностью нового соединения. Как и все химические вещества, относящиеся к кислотам, карборановая кислота легко вступает в реакцию, отдавая свой единственный протон. При этом основание кислоты является настолько стабильным, что химическая реакция дальше не идет.

Химические свойства карборановой кислоты

Новая кислота – отличный донор протона Н⁺. Именно это и определяет силу этого вещества. Раствор карборановой кислоты содержит больше ионов водорода, чем любая другая кислота в мире. В химической реакции SbF₅ - пентафторид сурьмы, связывает илон фтора. При этом высвобождаются новые и новые атомы водорода. Поэтому карборановая кислота и является сильнейшей в мире – взвесь протонов в ее растворе больше аналогичного показателя серной кислоты в 2×10¹⁹ раз.

Однако кислотное основание этого соединения потрясающе стабильно. Молекула этого вещества состоит из одиннадцати атомов брома и такого же количества атомов хлора. В пространстве эти частицы образуют сложную, геометрически правильную фигуру, которую называют икосаэдром. Такое расположение атомов является наиболее устойчивым, и это объясняет стабильность карборановой кислоты.

Значение карборановой кислоты

Самая сильная кислота в мире принесла своим создателям заслуженные награды и признание в научном мире. Хотя все свойства нового вещества до конца не изучены, уже становится ясным, что значение этого открытия выходит за рамки лабораторий и научно-исследовательских институтов. Карборановую кислоту можно использовать в качестве мощного катализатора при различных промышленных реакциях. Кроме этого, новая кислота может взаимодействовать с наиболее упрямыми химическими веществами – инертными газами. В настоящее время ведутся работы, допускающие возможность вступления в реакцию ксенона.

Несомненно, удивительные свойства новых кислот найдут свое применение в самых различных областях науки и техники.