強酸
水溶液中で平衡に達したとき、プロトンをほとんど完全に電離する電解質
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概要
下式のように、酸 HA(aq) はプロトン H3O+(aq)（陽イオン）と A-(aq) （陰イオン）に電離する物質のことであるが、電離した酸は常に電離したままではない。
電離した酸 A-(aq) はしばらくするとプロトンと出会い元の物質 HA(aq) になり、プロトンを得た酸はしばらくするとまた電離する。溶媒中における酸はこの過程を繰り返しておるが、温度や圧力などの物理条件を一定に保つならば、ある瞬間における、電離した酸と電離していない酸の割合は一定に保たれる。
このため、酸水溶液中では常に電離している酸 A-(aq) と常に電離しない酸 HA(aq) が一定の割合で存在するとみなすことができる。強酸は、この割合において電離した酸が圧倒的に大きい酸のことである。
したがって、全ての酸が常に電離しているとみなせる。このような、プロトンの水側への大きな偏りにより、後述するようにプロトンあるいはオキソニウムイオンを酸解離定数に関係なく生成すると考えられる。
ただし、実際には全ての酸が電離しているわけではないので、強酸といえど固有の酸解離定数 pKa は存在する。
強酸の場合、pKa < 0 すなわち、Ka > 1 であり、たいていの強酸は Ka >> 1 である。
![{\displaystyle {{\text{HA(aq)}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\mskip {2mu}}(\mathrm {l} ){}\mathrel {\longrightleftharpoons } {}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}^{+}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} ){}+{}\mathrm {A} {\vphantom {A}}^{-}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} )}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4004c0b1b932820e92493451b225c9f7ca964f38)
強酸は腐食性が大きいと想定されるが、常にそういうわけではない。
超酸のカルボラン酸 (H(CHB11Cl11) は、硫酸の100万倍の強さであるがガラスに対しては全くの非腐食性である。
一方、希薄水溶液中で弱酸であるフッ化水素酸 (HF) は腐食性が非常に強く、イリジウムを除く全ての金属とガラスを腐食する。
強酸のpH
純水に強酸を加え、濃度Cの強酸水溶液を作った場合を考える。水溶液中の強酸は全て電離しているとみなす。
すなわち
![{\displaystyle \,[\mathrm {A} ^{-}]=C}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/42f4fb024ca9d60c7f55aadfaf1eaa4dadfd5bd1)
が成り立つとする。
酸濃度の高い場合
が成り立つとき、
![{\displaystyle \,[\mathrm {H} ^{+}]=C}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f3e25f32bc0ac24c80a23308b7705f4695219524)
すなわち、
が成り立つ。
酸濃度の低い場合
が成り立たないとき、
![{\displaystyle \,[\mathrm {H} ^{+}]^{2}-C[\mathrm {H} ^{+}]-K_{w}=0}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7fe46989ca9723322345ca1b65e2f8eb8739ff94)
すなわち、
が成り立つ。
共役酸としての強酸
![{\displaystyle {\mathrm {PH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\vphantom {A}}^{+}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightleftharpoons } {}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}^{+}{}+{}\mathrm {PH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6366bff01ec1351c77dd012710516890b799dbae)
![{\displaystyle {\mathrm {M} (\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{m}}{\vphantom {A}}^{n+}(\mathrm {aq} )\ {}\mathrel {\longrightleftharpoons } {}\ \mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} ){}+{}\mathrm {M} (\mathrm {OH} )(\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{m-1}}{\vphantom {A}}^{(\mathrm {n} -1){\text{+}}}{\mskip {2mu}}(\mathrm {aq} )}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fa3558e512d72859ff236d314cf8090517a5fc0f)
非水溶媒中における強酸
![{\displaystyle {\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {COOH} {}+{}\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightleftharpoons } {}\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\vphantom {A}}^{+}{}+{}\mathrm {CH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {COO} {\vphantom {A}}^{-}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5465ef3886b15b19b4d6487db59d043edabecc08)
主な強酸
主な強酸には右表のようなものがある。オキソニウムイオン (H3O+) はしばしば水素イオン (H+) と同等に扱われる。しかし、水溶液中には水素イオンという化学種は存在せず全てオキソニウムイオンの形で存在している。
その他
広くは認められていないが、以下のような酸も水溶液中において強酸としての性質をもつ。
- 塩素酸 (HClO3)
- 臭素酸 (HBrO3)
- ヨウ素酸 (HIO3) pKa=0.77
- 過臭素酸 (HBrO4)
- メタ過ヨウ素酸 (HIO4)
- 過マンガン酸 (HMnO4) pKa=-2.4
- チオシアン酸 (HSCN) pKa=-1.32
オキソ酸 XOm(OH)n についてはポーリングの経験則により m-n>2 のものがおおむね強酸となる。これは酸素原子の誘起効果によるものである。またフルオロ錯体の遊離酸も陰イオンに対するプロトン親和力が極めて弱いため多くは強酸である。
- テトラフルオロホウ酸 (H[BF4])
- ヘキサフルオロリン酸 (H[PF6)])
超酸
100%硫酸よりも強い酸性媒体のことを超酸と呼ぶ。
関連項目
外部リンク
- https://web.archive.org/web/20031027165745/http://www.cm.utexas.edu/academic/courses/Spring2002/CH301/McDevitt/strong.htm
- http://jchemed.chem.wisc.edu/Journal/Issues/2000/Jul/abs849.html
- Titration of acids - freeware for data analysis and simulation of potentiometric titration curves
- Acids and Bases - definitions