ТОП-10 самых сильных кислот в мире: их опасные свойства и формулы

Что такое сильные кислоты?

Кислоты — это ионные соединения, которые при реакции с раствором образуют ионы водорода (H+). Более короткий способ описания кислоты — это образование, которое легко отдает протон. Ионизированный атом водорода, атом без электронов, — это просто протон. На другой стороне спектра оснований находятся единицы, которые легко принимают этот протон.

Следовательно, чем выше концентрация ионов H+ в растворе, тем больше кислотность кислоты.

Свойства кислот

Все кислоты обладают определенными химическими свойствами, которые можно назвать общими для этого класса химических соединений.

• Их способность вступать в реакцию с металлами, выделяя водород.
• Способность вступать в реакцию с основаниями, выделяя при этом соли.
• Способность изменять цвет индикаторов, например, вызывать покраснение лакмусовой бумаги.

При всех вышеперечисленных свойствах, еще одной «способностью» любой известной кислоты является ее способность отдавать атом водорода, заменяя его атомом другого химического вещества или молекулой какого-либо соединения. Именно эта способность характеризует «силу» кислоты и степень ее взаимодействия с другими химическими элементами.

Химические свойства кислот

• Взаимодействие с металлами (в ряду активности перед водородом) протекает с выделением газообразного водорода и образованием солей: 

H2SO4 + 2Na → Na2SO4 + H2↑.

Металлы послеводородного ряда активности не реагируют с кислотой (за исключением концентрированной серной кислоты).

Азотная и концентрированная серная кислоты проявляют окислительные свойства, и продукты реакции будут зависеть от концентрации, температуры и типа восстановителя.

• Они реагируют с основными и амфотерными оксидами металлов с образованием солей и воды:

H2SO4 + MgO → MgSO4 + H2O

• Со щелочами — с образованием солей и воды (так называемая реакция нейтрализации):

H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O

• Кислоты могут реагировать с солями, если в результате реакции образуется нерастворимая соль или выделяется газ:

H2SO4 + K2CO3 → K2SO4 + H2O + CO2↑.

• Сильные кислоты могут вытеснять из соли более слабые кислоты:

3H2SO4 + 2K3PO4 → 3K2SO4 + H3PO4

Известные сильные кислоты

Наиболее знакомые из курса неорганической химии кислоты: йодистоводородная (HI), бромистоводородная (HBr), соляная (HCl), серная (H2SO4) и азотная (HNO3).

Все они имеют высокий показатель кислотности и могут реагировать с большинством металлов и оснований. Самая сильная кислота в этом ряду — смесь азотной и соляной кислот, называемая «aqua regia».

Формула самой сильной кислоты в этом ряду — HNO3+3 HCl. Даже драгоценные металлы, такие как золото и платина, могут быть растворены этим соединением.

Удивительно, но фтористоводородная кислота, которая является соединением водорода с самым сильным галогеном — фтором, не вошла в число претендентов на звание «Самая сильная кислота в химии». Единственной особенностью этого вещества является его способность растворять стекло. Поэтому такая кислота хранится в полиэтиленовом контейнере.

Фторированная карборановая кислота

Химическая формула: H (CHB 11 F 11)
H o value: -18
значение pK a: -20

Карборановые кислоты являются одной из самых сильных групп суперкислот, известных человеку, и считается, что немногие из них имеют значение функции кислотности Хамметта -18, что более чем в миллион раз превышает уровень кислотности чистой (100%) серной кислоты.

Одним из таких представителей этой группы является фторированная карборановая кислота. Хотя первоначально о существовании этого химического вещества было сообщено в 2007 году, ученые смогли полностью исследовать его природу только в 2013 году. До его открытия корона самой мощной кислоты Бранстеда перешла в высокохлорированную версию этого семейства суперкислот.

Фторкарборан — единственная известная кислота, которая может протонировать (переносить ион водорода) углекислый газ с образованием катионов с водородными связями. В отличие от этого, CO 2 не подвергается заметному протонированию при обработке другими суперкислотами, такими как магниевая кислота и HF-SbF5.

Плавиковая кислота

Фтористый водород описывается как еще одно сильное соединение. Он встречается в виде растворов различной концентрации. Продукт бесцветен и выделяет тепло при реакции с водой. Токсин разрушает стекло, металл и не связывается с парафином.

Транспортируется в полиэтилене. Плавиковая кислота опасна для человека, вызывая наркоз, нарушения кровообращения, дыхания. Соединение способно к испарению. Пары также ядовиты и могут раздражать слизистые оболочки и кожу. Он быстро впитывается через эпидермис и вызывает мутации.

Серная кислота

Химическая формула: H2SO4
значение pKa: -3
Значение Ho: 12

Серная кислота или купорос не нуждаются в формальном представлении. Он не имеет запаха, бесцветен и вызывает интенсивную экзотермическую реакцию при смешивании с водой. Серная кислота является важным химическим соединением, необходимым во многих отраслях промышленности, таких как сельское хозяйство, очистка сточных вод и нефтепереработка. Он также используется в аккумуляторных кислотах и чистящих средствах.

Он также играет важную роль в изучении кислот в целом. Серная кислота служит базовой точкой отсчета для сравнения уровней кислотности суперкислот или кислот. Хотя существует несколько способов производства серной кислоты, обычно используется контактный и мокрый процесс получения серной кислоты.

H 2 SO 4 может вызвать значительные повреждения кожи человека при прямом контакте. Он также очень коррозионно активен по отношению ко многим металлам. Этот химикат гораздо более агрессивен и опасен, когда присутствует в высоких концентрациях, благодаря своим превосходным окисляющим и обезвоживающим свойствам.

Соляная кислота

Химическая формула: HCl
значение pK A: -5,9

Как и серная кислота, соляная кислота также является важным химическим веществом, широко используемым в лабораториях и различных отраслях промышленности. Соляная кислота была открыта где-то около 800 года нашей эры иранским ученым-эрудитом по имени Джабир ибн Хайян.

Те, кто задается вопросом, почему соляная кислота сильнее серной, несмотря на то, что последняя является эталоном суперкислот, объясняют это тем, что серная кислота является дипротонной кислотой, которая обычно не диссоциирует полностью.

Другими словами, HCl сильнее серной кислоты, потому что ее ионы водорода (HCl) легко диссоциируют на хлориды по сравнению с ионами сульфата из серной кислоты. В любом случае, соляная кислота в основном используется в тяжелой промышленности для удаления ржавчины с железа и стали перед дальнейшей обработкой. Он также является важным ингредиентом в производстве органических соединений (винилхлорид используется для производства ПВХ) и многих неорганических соединений.

Хлорная кислота

Химическая формула: HClO 4
значение pK A: -10, -15,2

Хлорная кислота — одна из самых сильных кислот Бранстеда-Лоури, которая обладает сильными окислительными свойствами и является высококоррозионной. Традиционно его получают путем обработки перхлората натрия соляной кислотой (HCl), в результате чего также образуется хлорид натрия.

NaClO4 + HCl → NaCl + HClO4

В отличие от других кислот, соляная кислота не подвергается гидролизу. Это также одна из самых регулируемых кислот в мире. Еще в 1947 году в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, около 150 человек были ранены и 17 погибли в результате химического взрыва, содержавшего почти 75% соляной кислоты (по объему) и 25% уксусного ангидрида. Также было повреждено более 250 близлежащих зданий и транспортных средств.

Несмотря на свой взрывоопасный характер, перхлорная кислота широко используется и даже предпочтительна в некоторых видах синтеза. Он также является важным компонентом перхлората аммония, который используется в современном ракетном топливе.

Азотная кислота

Азотная кислота — это бесцветная минеральная кислота, обладающая высокой коррозионной активностью. Азотная кислота широко используется для нитрования — присоединения нитратной группы к молекуле, обычно органического соединения. Как и HCl, его значение pH близко к -1, и он почти полностью диссоциирует в водном растворе, что делает его значение Ka также высоким — 2,4 × 10.

Являясь чрезвычайно хорошим окислителем, он взрывообразно реагирует с неметаллами и органическими веществами. Нитрование органических соединений азотной кислотой — хорошо известный метод получения взрывчатых веществ, таких как тринитротолуол (ТНТ). Он также используется для очистки кремниевых пластин или для удаления загрязнений из нержавеющей стали.

В целях безопасности настоятельно рекомендуется хранить азотную кислоту вдали от щелочей и органических веществ из-за ее коррозионной активности. Контакт с кожей может вызвать тяжелые химические ожоги и немедленное разложение тела и тканей. Чтобы нейтрализовать эту кислоту, на место ожога можно нанести большое количество воды.

Фторсульфоновая кислота

Химическая формула: HSO 3 F
Значение H O: -15,1
значение pK A: -10

Фторсульфоновая кислота или фторсульфоновая кислота (официальное название) является второй по силе моносульфоновой кислотой, доступной на сегодняшний день. Он имеет желтый цвет и, очевидно, очень коррозийный/токсичный. HSO 3 F обычно получают путем соединения фтористого водорода с триоксидом серы, а при соединении с пентафторидом сурьмы образуется «волшебная кислота», гораздо более сильная кислота и протонирующий агент.

Кислота может использоваться для алкилирования углеводородов (с получением алкенов) и изомеризации алканов, а также для травления стекла (художественного стекла). Это широко используемый в лабораториях фторирующий агент.

Сильные органические кислоты в мире

Существуют опасные кислоты не только химического, но и органического происхождения. Они также оказывают негативное влияние на здоровье.

Муравьиная кислота

Моноосновная кислота, бесцветная, растворимая в ацетоне и смешивающаяся с водой. Вреден в высоких концентрациях, при контакте с кожей разъедает ткани и вызывает сильные ожоги. В газообразном состоянии он действует на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Проглатывание вызывает тяжелое отравление с неблагоприятными последствиями.

Уксусная

Вредное соединение, используемое в домашнем хозяйстве. Хорошо контактирует с водой, что снижает концентрацию. Проглатывание вызывает сильные ожоги внутренних органов, пары оказывают негативное воздействие на слизистые оболочки, раздражая их. В высоких концентрациях вызывает сильные ожоги вплоть до некроза тканей. Требуется немедленная госпитализация после передозировки уксусной кислоты.

Синильная

Опасное и ядовитое вещество. Содержится в семенах некоторых ягод.  Вредный: образуется при вдыхании небольших количеств и может вызвать проблемы с дыханием, головные боли и другие неприятные симптомы.

Проглатывание больших количеств вызывает быструю смерть из-за паралича дыхательного центра. При отравлении солью синильной кислоты требуется быстрое введение антидота и транспортировка в медицинское учреждение.

Самая сильная кислота в мире

Карборановая кислота является самым мощным соединением в мире на сегодняшний день. Формула самой сильной кислоты выглядит следующим образом: H(CHB11Cl11).

Этот монстр был создан в 2005 году в Калифорнийском университете в тесном сотрудничестве с Институтом катализа Новосибирского СО РАН.

Сама идея синтеза возникла в умах ученых вместе с мечтой о новых, ранее невиданных молекулах и атомах. Новая кислота в миллион раз сильнее серной кислоты, но она совсем не агрессивна, а самую сильную кислоту можно легко хранить в стеклянной бутылке. Однако верно, что стекло со временем растворяется, и скорость этой реакции значительно увеличивается при повышении температуры.

Эта удивительная мягкость объясняется высокой стабильностью нового соединения. Как и все кислоты, карборановая кислота легко вступает в реакцию, отдавая свой один протон. В то же время основание кислоты настолько стабильно, что химическая реакция не идет дальше.

Новая кислота является отличным донором протонов H+. Именно это определяет прочность данного вещества. Раствор карборановой кислоты содержит больше ионов водорода, чем любая другая кислота в мире. В химической реакции SbF5, пентафторид сурьмы, связывает ион фтора. При этом высвобождается все больше и больше атомов водорода. Именно поэтому карборановая кислота является самой сильной в мире — взвесь протонов в ее растворе в 2×1019 раз больше, чем в серной кислоте.

Однако кислотное основание этого соединения удивительно стабильно. Его молекула состоит из одиннадцати атомов брома и такого же количества атомов хлора. В пространстве эти частицы образуют сложную, геометрически правильную форму, называемую икосаэдром. Такое расположение атомов является наиболее стабильным и объясняет устойчивость карборановой кислоты.

Уникальное свойство самой сильной кислоты

При упоминании самой сильной кислоты в мире человеческое воображение рисует образ вещества, которое растворяет все на своем пути.

В действительности, деструктивные свойства вовсе не являются главной характеристикой прочности химического соединения. Например, многие считали, что плавиковая кислота — самая сильная кислота, потому что она растворяет стекло. Однако это далеко не так.

Фтористоводородная кислота разъедает стеклянные емкости, но ее можно хранить в полиэтиленовых контейнерах.

Карборная кислота, признанная самой сильной в мире, легко хранится в стеклянной таре. Дело в том, что это химическое соединение обладает высокой химической стабильностью.

Как и другие подобные соединения, карборановая кислота вступает в реакцию с реагентами и отдает заряженные атомы водорода.

После этой реакции соединение имеет незначительный отрицательный заряд и не оказывает вредного воздействия на окружающие материалы.

Объективное измерение кислотности

Фактически, именно так объективно измеряется кислотность по шкале pH. Шкала варьируется от 1 до 14, где 1 соответствует очень сильной кислоте, 7 — нейтральному раствору, а 14 — очень сильному основанию.

Шкала pH — это логарифмическая шкала. Он берет отрицательный логарифм (обозначается как p) концентрации ионов H+ (H в pH). Если концентрация ионов водорода каким-либо образом уменьшается, pH увеличивается, так как увеличивается щелочность.

Однако дело не только в концентрации, но и в активности этих ионов. Активность этих ионов зависит от многих факторов, и концентрация — лишь один из них. Сказав это, для простоты давайте продолжим рассмотрение концепции концентрации.

Удельную кислотность можно получить, растворив кислоту в растворе воды. Катионы H + не могут свободно перемещаться; они реагируют с молекулами воды (H2O), образуя ионы гидроксона (H3O +) и гидроксид-ионы (OH-).

Поэтому более высокая концентрация ионов H3O+ в воде свидетельствует о наличии сильной кислоты. Остальные ионы, лишенные протона, или ионы H+, являются основанием. Поэтому, в некотором смысле, кислоты и основания естественно существуют парами. Общее представление о реакции между водой и кислотой можно проиллюстрировать следующим выражением.

Другой метод определения относительной кислотности растворов заключается в определении равновесной константы диссоциации кислоты, обозначаемой символом «Ka».

Ссылаясь на уравнение выше, мы можем найти значение Ka, используя:

[H3O +] и [A-] — концентрации гидроксон-иона и диссоциированного основания в молях на литр. Тогда как [HA] — это концентрация молекул, которые молчали и не вносили ионы H+.

Для сильной кислоты продукт в числителе имеет большее значение, чем сумма, приведенная в знаменателе, потому что сильная кислота катализирует расщепление быстро и производит больше ионов, оставляя меньше молекул HA. Поэтому значение Ka для сильной кислоты будет больше 1.

И наоборот, для слабой кислоты продукт в числителе имеет меньшее значение, чем в знаменателе, потому что она очень неспособна производить ионы H+. Поэтому значение Ka для слабой кислоты будет меньше 1.

Таким образом, значение Ka определяет абсолютную силу кислоты.

Реакции кислот и оснований

Слабое основание и слабая кислота

Общий вид реакции:
Слабое основание(р-р) + H2O ↔ Слабая кислота(р-р) + OH-(р-р)

Сильная кислота и слабое основание

Кислота диссоциирует полностью, основание диссоциирует неполностью:

NH3 (р-р) + H+ ↔ NH4

Сильное основание и слабая кислота

Основание диссоциирует полностью, кислота диссоциирует частично, полученный раствор обладает свойствами слабого основания:

HX(p-p) + OH-(p-p) ↔ H2O + X-(p-p)

Сильная кислота и сильное основание

Эта реакция называется нейтрализацией: если реактивов достаточно для полной диссоциации кислоты и основания, то полученный раствор будет нейтральным.

Пример:
H3O+ + OH- ↔ 2H2O

Сколько кислоты может убить человека?

Какое количество ядовитой кислоты необходимо для того, чтобы вызвать отравление или смерть? Сильные кислоты реагируют мгновенно, поэтому в некоторых случаях может быть достаточно небольшой капли или одного вдоха.

Количество кислоты, которое может вызвать отравление, зависит от возраста человека, его физического состояния, иммунной системы и способности организма сопротивляться вредным веществам. У детей отравление развивается быстрее, чем у взрослых, из-за ускоренного метаболизма. Точную дозировку может определить медицинский работник.

Симптомы отравления кислотой

Как проявляется отравление кислотой? В зависимости от типа соединения могут возникать различные симптомы. Однако для всех отравлений характерны одни и те же симптомы.

Знаки:

• Болезненность при глотании, боль в горле, пищеводе, желудке. Тяжелое отравление может вызвать болевой шок.
• Тошнота, рвота. Отходы жизнедеятельности могут быть черного цвета из-за кровотечения в желудке.
• Учащенное сердцебиение.
• Сильная диарея, стул черного цвета из-за кровотечения в кишечнике.
• Низкое кровяное давление.
• Бледная кожа и слизистые оболочки, возможно посинение.
• Сильная головная боль.
• Снижение выделения мочи.
• Нарушение дыхания, дыхание учащенное и прерывистое.
• Потеря сознания, погружение в кому.

При появлении любого из этих симптомов немедленно вызывайте службу спасения. Жизнь и дееспособность пострадавшего зависит от быстрой реакции окружающих.

Лечение при отравлении ядом

Первая помощь может быть оказана до прибытия врачей. При отравлении необходима профессиональная помощь, но некоторые действия могут облегчить состояние больного.

Что делать:

1. Если произошло отравление газом, больного человека выводят или перемещают на свежий воздух;
2. Человека кладут на горизонтальную поверхность и оставляют отдыхать;
3. Не следует промывать желудок, так как это может вызвать повторное жжение в пищеводе;
4. На область живота будет положен лед, это поможет остановить внутреннее кровотечение;
5. Во избежание негативных последствий не следует давать таблетки или что-либо запивать.

Последствия и профилактика

Отравление кислотой часто приводит к летальному исходу. При своевременно начатом лечении возможен благоприятный прогноз, но во многих случаях человек остается инвалидом. Все кислоты оказывают негативное воздействие на желудочно-кишечный тракт, на мозг и нервную систему.

Избежать отравления можно, соблюдая осторожность при работе с кислотами. Не оставляйте токсичные вещества в пределах досягаемости детей или животных. Носите защитную одежду, закрывайте глаза очками и надевайте перчатки при работе с токсичными соединениями.

Самая страшная и опасная кислота недоступна простому человеку. Однако при использовании таких веществ в лабораториях следует соблюдать осторожность. При появлении симптомов отравления срочно обратитесь в медицинское учреждение.