Vahvan hapon määritelmä ja esimerkit

Vahva happo on sellainen, joka on täysin dissosioituneissa tai ionisoituneena vesiliuos. Se on kemiallinen laji, jolla on suuri kyky menettää protoni, H⁺. Vedessä vahva happo menettää yhden protonin, jonka vesi vangitsee hydroniumionin muodostamiseksi:

HA (aq) + H₂0 - H₃O⁺(aq) + A⁻(Aq)

Diproottiset ja polyprotoottiset hapot voivat menettää useamman kuin yhden protonin, mutta "vahvan hapon" pKa-arvo ja reaktio viittaavat vain ensimmäisen protonin menetykseen.

Vahvoilla hapoilla on pieni logaritminen vakio (pKa) ja suuri happojen dissosiaatiovakio (Ka).

Useimmat vahvat hapot ovat syövyttäviä, mutta jotkut superahapoista eivät ole. Sen sijaan jotkut heikot hapot (esimerkiksi fluorivetyhappo) voi olla erittäin syövyttävä.

Happopitoisuuden kasvaessa kyky dissosioitua heikkenee. Veden normaaleissa olosuhteissa vahvat hapot dissosioituvat kokonaan, mutta erittäin väkevät liuokset eivät.

Vaikka heikkoja happoja on paljon, vahvoja happoja on vähän. yleiset vahvat hapot sisältää:

• HCl (suolahappo)
• H₂NIIN₄ (rikkihappo)
• HNO₃ (typpihappo)
• HBr (bromivetyhappo)
• HClO₄ (perkloorihappo)
• HI (hydrojodihappo)
• p-tolueenisulfonihappo (orgaaninen liukoinen vahva happo)
• metaanisulfonihappo (nestemäinen orgaaninen vahva happo)

Seuraavat hapot dissosioituvat melkein kokonaan vedessä, joten niitä pidetään usein vahvoina hapoina, vaikka ne eivät ole happamampia kuin hydroniumioni, H₃O⁺:

• HNO₃ (typpihappo)
• HClO₃ (kloorihappo)

Jotkut kemistit pitävät hydroniumionia, bromihappoa, jaksohappoa, perbromihappoa ja jaksohappoa vahvoina hapoina.

Jos kykyä luovuttaa protoneja käytetään ensisijaisena kriteerinä happolujuudelle, vahvat hapot (voimakkaimmista heikoimpiin) olisivat:

• H [SbF₆] (fluoroantimonihappo)
• FSO₃HSbF₅ (maaginen happo)
• H (CHB₁₁cl₁₁) (karboraanin superahappo)
• FSO₃H (fluorivetyhappo)
• CF₃NIIN₃H (trifyylihappo)

Nämä ovat "superahappoja", jotka määritellään hapoiksi, jotka ovat happampia kuin 100% rikkihappo. Superahapot protonoivat pysyvästi vettä.

Saatat ihmetellä, miksi vahvat hapot dissosioituvat niin hyvin tai miksi tietyt heikot hapot eivät ionisoidu täysin. Muutamia tekijöitä otetaan huomioon:

• Atomisäde: Kun atomisäde kasvaa, lisää myös happamuus. Esimerkiksi, HI on vahvempi happo kuin HCl (jodi on suurempi atomi kuin kloori).
• elektronegatiivisuus: Mitä elektroelegatiivisempi konjugaattipohja jaksollisen taulukon samalla ajanjaksolla on (A^-), sitä happamampi se on.
• Sähkövaraus: Mitä positiivisempi varaus atomilla on, sitä korkeampi sen happamuus. Toisin sanoen, on helpompaa ottaa protoni neutraalilta lajilta kuin negatiivisen varauksen omaavalta.
• Tasapaino: Kun happo dissosioituu, tasapaino saavutetaan konjugoidun emäksensä kanssa. Vahvojen happojen tapauksessa tasapaino suosii voimakkaasti tuotetta tai on kemiallisen yhtälön oikealla puolella. Vahvan hapon konjugoitu emäs on paljon heikompi kuin vesi emäksenä.
• Liuotin: Useimmissa sovelluksissa vahvoista hapoista keskustellaan veden suhteen liuottimena. Happamuudella ja emäksisyydellä on kuitenkin merkitys vedettömässä liuottimessa. Esimerkiksi nestemäisessä ammoniakissa etikkahappo ionisoituu kokonaan ja sitä voidaan pitää vahvana hapana, vaikka se on heikko happo vedessä.