Hvilken er en sterkere syre: H3O + eller HCl?

Her er min mening, som kan være gjenstand for feil, og korreksjoner er veldig velkomne:

Ved å bruke definisjonen av Brønsted er surhet tendensen til å avgi protoner. Dette, i motsetning til definisjonen av Arrhenius, er ikke begrenset til vandige løsninger. Men hvis du gjør en vandig løsning av en syre, skjer det noe interessant: enhver syre HAc (eller base B) sterkere enn H $ _3 $ O $ ^ + $ (eller OH $ ^ – $ ) skiller seg fullstendig fra via:

$$ \ ce {H2O + HAc < = > H3O + + Ac-} $$ eller $$ \ ce {H2O + B < = > OH- + BH +} $$

Så den maksimale sure forbindelsen i vann er hydroniumionen H $ _3 $ O $ ^ + $; du kunne for eksempel ikke skille vannholdige saltsyre- og perklorsyreoppløsninger etter pH. For å rangere veldig sterke syrer etter deres syrestyrke, brukes ikke-vandige løsninger for å bestemme dissosiasjonskonstantene, og de oppnådde dataene blir deretter overført omtrent til vann som Vær oppmerksom på at vi snakker om løsninger av syrer.

Spesielt for HCl kan vi betegne parene med konjugerte syrer og baser:

$$ \ ce {H2O ~ (~ base ~ 1) + HCl ~ (~ acid ~ 2) < = > H3O + ~ ( ~ syre ~ 1) + Cl- ~ (~ base ~ 2)} $$

Så vi kan sammenligne styrkene til de to syrene: $ \ ce {HCl} $ og $ \ ce {H3O +} $. Vi vet at denne likevekten er forskjøvet til høyre, så saltsyre er sterkere.

Svært sen redigering for å prøve å svare på kommentar fra MukulGoyal (dessverre , han utdypet ikke spørsmålene sine), etter antall:

1. Er definisjonen av surhet tende ncy for å gi H + -ioner, eller H3O + -ioner? Det ser ut til å ha betydning her fordi i det første tilfellet vil H3O + ikke engang være surt i vann, da likevekten H2O + H + — »H3O + har en veldig høy likevektskonstant.

2. Tilsvarende selv om løsningsmidlet er NH3, vil likevektskonstanten til NH3 + H3O + — »NH4 + + H2O være veldig lav på grunn av samme grunn, og dermed ville det faktisk være en veldig svak syre.

3. Betyr svaret ditt at enhver syre som har en Ka større enn 1 vil være en sterkere syre enn H3O +?

Først av alt, husk at likevekt er dynamisk .

1) Som jeg har nevnt, er surhet ifølge Brønsted tendensen til å gi fra seg $ \ ce {H +} $. I $ \ ce {H2O} $, $ \ ce {H +} $ blir i gjennomsnitt solvert av 6 vannmolekyler, noe som gir opphav til arter som $ \ ce {H3O + (H2O) 6} $ (for mer informasjon, sjekk ut Wikipedia og dette ).

1) og 2) du ser ut til å snakke om dissosiasjonen av $ \ ce {H3O +} $ Imidlertid bruker du begreper som «veldig høyt» og «veldig lavt», slik at det etter min mening blir en slags misvisende diskusjon.

Når du nevner

$$ \ ce {H2O + H + < = > H3O +} $$

du må huske at protonen må komme et sted. Det du snakker om der er faktisk

$$ \ ce {H2O + H2O < = > H3O + + OH -} $$

som er autobeskyttelse av vann. La oss bare beregne den likevektskonstanten du snakker om hele tiden:

$$ K = \ cfrac {c (\ ce {H3O +}) ~ \ cdot ~ c (\ ce {OH-}) } {c ^ 2 ~ (\ ce {H2O})} $$

Vel, gjett hva?Konsentrasjonen av vann (c = n / V = m / (V * M) = $ \ rho $ / M = 55,51 mol / L) forblir omtrent konstant for rent vann og fortynnede løsninger (fordi ikke mange vannmolekyler danner ioner ), slik at den bringes inn i konstanten og gir

$$ K_w = c (\ ce {H3O +}) ~ \ cdot ~ c (\ ce {OH -}) $$

$ K_w $ avhenger av temperaturen og tilsvarer $ 10 ^ {- 14} $ mol $ ^ 2 $ / L $ ^ {2} $ ved 25 ° C. Den forblir konstant i rent vann og også i fortynnede oppløsninger.

I rent vann der $ c (\ ce {H3O +}) = c (\ ce {OH -}) $, får vi

$$ K_w = c ^ 2 ( \ ce {H3O +}) $$

og

$$ c (\ ce {H3O +}) = 1.0 * 10 ^ {- 7} ~ mol ~ / ~ L ~ $ $

som vesentlig kvantifiserer det du, som jeg mistenker, snakket om, ved at det forteller deg konsentrasjonen av $ \ ce {H3O +} $ i autobeskyttelsesvekt for rent vann. Forresten, fordi pH er definert slik:

$$ pH = -lg ~ c ~ (\ ce {H3O +}) $$

ved pH = 7 (nøytral) , $ \ ce {H3O +} $ og $ \ ce {OH -} $ er like. I fortynnede løsninger, når de ikke er like, kan du beregne den ene med den andre.

Husk også at i teoriene Brønsted – Lowry er syrer og baser definert av måten de reagerer på hverandre, som nevnt i Wikipedia. Så langt har vi bare sett på vann og dets autoprotonering, ingen løsemidler og andre molekyler, som har sin egen syre og grunnleggende egenskaper.

2) Når det gjelder reaksjonen du nevnte i ammoniakk som løsningsmiddel, vel, først og fremst må $ \ ce {H3O +} $ komme fra et sted (la oss forestille oss at vi slipper en vandig løsning av Saltsyre der inne). For det andre er jeg ikke sikker på at konstant faktisk ville være som du beskriver det – jeg tror at her, ammoniakk (som oppfører seg amfolytisk) vil fungere som en base og ganske lykkelig akseptere et proton. Hvis noen kan gi innsikt i dette, ville det vært bra.

3) Syrestyrke defineres ved hjelp av $ pK_a $, som er gitt av $ pK_a $ = -lg $ K_a $. Etter min erfaring er $ pK_a $ definert via konsentrasjon, så er $ pK_a $ hydroniumioner 0, og hvis den defineres via aktivitet, er den -1,7 ( -1,74, for å være mer nøyaktig; på samme måte for $ \ ce {OH -} $ er den analoge $ pK_b $ 14 via konsentrasjon og 15,7 via aktivitet).

Kommer tilbake til spørsmålet ditt om «Ka større enn 1 «, det virker omtrent riktig, fordi -lg (1) = 0.

Jeg henviser deg til en syre styrketabell, for eksempel her . Også vil jeg henvise deg til denne utmerkede diskusjonen om saken, der forresten ortokresol ga en hånd .

Bare for å legge til dette, har sterke syrer $ pK_a $ < 0, mens svake syrer har $ pK_a $> 0 (igjen, dette er via konsentrasjon – for eksempel her i Wikipedia bruker de -1,74).

Alle, rettelser er hjertelig velkomne!

Kommentarer

• Dette er et utmerket svar. Det kan være lurt å avklare hva som skjer med $ \ ce {HCl} $ i vandig løsning skjønt for å unngå forvirring.
• Takk for svaret, men jeg har 3 spørsmål her: 1) Er definisjonen av surhet tendensen til å gi H + -ioner, eller H3O + -ioner ? Det ser ut til å ha betydning her fordi i det første tilfellet vil H3O + ikke engang være surt i vann ettersom likevekten H2O + H + — » H3O + har en veldig høy likevektskonstant. 2) S på samme måte selv om løsningsmidlet er NH3, vil likevektskonstanten til NH3 + H3O + — » NH4 + + H2O være veldig lav på grunn av samme grunn, og dermed ville det faktisk være en veldig svak syre. 3) Betyr svaret ditt at enhver syre som har en Ka større enn 1 vil være en sterkere syre enn H3O +?
• 1) Les teorien om syrer og baser. Koblingen ortokresol ga er et godt utgangspunkt. I følge Br ø nsted definisjonen er syrer donorer av H +. Likevekten du bemerket gir ikke ' ikke mye mening ut av sammenhengen, så vær så snill å avklare hva du mener – og hvorfor den skal ha en høy konstant. 2) Hva ville være en svak syre? H3O +? Hvordan skulle det eksistere i ammoniakk? Hvorfor tror du denne likevekten vil bli flyttet til venstre? 3) H3O + har en pKa på 0 (ikke Ka). Syrer med høyere Ka (lavere pKa) er sterkere (rediger: skrev " lavere " før, at ' er feil, hadde også feil Ka-definisjon, beklager).
• @MukulGoyal I ' vil forbedre svaret, men du må avklare for meg de tingene jeg nevnte om spørsmålene dine.
• @MukulGoyal I ' har prøvd å svare på kommentaren din uansett – kanskje dette hjelper 🙂 Alle – jeg ' Vær veldig takknemlig for eventuelle rettelser 🙂