הגדרת חומצה חזקה ודוגמאות

חזק חומצה הוא אחד שהוא לגמרי ניתק או מיוננים בתוך תמיסה מימית. זהו מין כימי בעל יכולת גבוהה לאבד פרוטון, H⁺. במים, חומצה חזקה מאבדת פרוטון אחד, שנלכד על ידי מים ליצירת יון ההידרוניום:

HA (aq) + H₂O → H₃הו⁺(aq) + א⁻(aq)

חומצות דיפרוטיות ופוליפרוטו עשויות לאבד יותר מפרוטון אחד, אך ערך ה- PKa "החומצה החזקה" מתייחס רק לאובדן הפרוטון הראשון.

לחומצות חזקות יש קבוע לוגריתמי קטן (pKa) וקבוע ניתוק חומצה גדול (Ka).

רוב החומצות החזקות מאכלות, אך חלק מהחומצות העל אינן. לעומת זאת, חלק מה- חומצות חלשות (למשל חומצה הידרפלואורית) יכולה להיות מאכלת מאוד.

עם עליית ריכוז החומצה, יכולת הניתוק פוחתת. בתנאים רגילים במים, חומצות חזקות מתנתקות לחלוטין, אך פתרונות מרוכזים במיוחד אינם.

אמנם יש הרבה חומצות חלשות, אך יש מעט חומצות חזקות. ה חומצות חזקות נפוצות כולל:

• HCl (חומצה הידרוכלורית)
• ח₂כך₄ (חומצה גופרתית)
• HNO₃ (חומצה חנקתית)
• HBr (חומצה הידרובומית)
• HClO₄ (חומצה פרכלורית)
• HI (חומצה הידרודיודית)
• חומצה p-toluenesulfonic (חומצה חזקה ומסיסה אורגנית)
• חומצה מתנסולפונית (חומצה חזקה אורגנית נוזלית)

החומצות הבאות מתנתקות כמעט לחלוטין במים, ולכן הן נחשבות לרוב כחומצות חזקות, אם כי אינן חומציות יותר מהיון ההידרוניום, H

• HNO₃ (חומצה חנקתית)
• HClO₃ (חומצה כלורית)

חלק מהכימאים רואים כי יון ההידרוניום, חומצה ברומית, חומצה תקופתית, חומצה פרברומית וחומצה תקופתית הם חומצות חזקות.

אם היכולת לתרום פרוטונים משמשת כקריטריון העיקרי לחוזק חומצה, אזי החומצות החזקות (מהחזקות ביותר לחלשות ביותר) יהיו:

• H [SbF₆] (חומצה פלואורואנטימונית)
• FSO₃HSbF₅ (חומצת קסמים)
• H (CHB₁₁Cl₁₁) (חומצה סופר קרבנית)
• FSO₃H (חומצה פלואורו-גופרתית)
• CF₃כך₃H (חומצה טריפליקית)

אלה הם "חומצות העל", המוגדרות כחומצות חומציות יותר מ 100% חומצה גופרתית. החומציות העל מעלימות מים באופן קבוע.

אולי תוהה מדוע החומצות החזקות מתנתקות כל כך טוב או מדוע חומצות חלשות מסוימות אינן מייננות לחלוטין. כמה גורמים נכנסים לשחק:

• רדיוס אטומי: ככל שרדיוס האטום גדל, כך גם החומציות. לדוגמה, HI היא חומצה חזקה יותר מ- HCl (יוד הוא אטום גדול יותר מכלור).
• אלקטרונגטיביות: ככל שבסיס מצומד יותר אלקטרונגטיבי באותה תקופה של הטבלה המחזורית הוא (A^-), כך הוא חומצי יותר.
• מטען חשמלי: ככל שהמטען על האטום חיובי יותר, כך החומציות שלו גבוהה יותר. במילים אחרות, קל יותר לקחת פרוטון מזן ניטרלי מאשר מאחד עם מטען שלילי.
• שיווי משקל: כאשר חומצה מתנתקת, מגיעים לשיווי משקל עם הבסיס המצומד שלה. במקרה של חומצות חזקות, שיווי המשקל מעדיפים מאוד את המוצר או שמימין למשוואה כימית. הבסיס המצומד של חומצה חזקה חלש בהרבה מהמים כבסיס.
• ממס: ברוב היישומים נדונים חומצות חזקות ביחס למים כממיס. עם זאת, לחומציות ובסיסיות יש משמעות בממס לא מימי. לדוגמא, באמוניה נוזלית, חומצה אצטית מייננת לחלוטין ועשויה להיחשב כחומצה חזקה, למרות שהיא חומצה חלשה במים.