Mocne kwasy występują w roztworach wodnych w postaci praktycznie całkowicie zdysocjowanej. Oznacza to, że zdecydowana większość cząsteczek kwasu rozpada się na jony, a liczba form niezdysocjowanych jest tak mała, że zazwyczaj można ją pominąć. Stopień dysocjacji $\alpha$ (alfa) mocnych kwasów jest zbliżony lub praktycznie równy $100\%$.

Słabe kwasy dysocjują w wodzie w niewielkim stopniu. Jeżeli dla stężenia $C_{\mathrm{m}}=\mathrm{0,01}\frac{\text{mol}}{{\text{dm}}^3}$ stopień dysocjacji danego kwasu $\alpha \le 5\%$, określa się go jako bardzo słaby kwas.

Gdzie:

• $C_0$ – stężenie początkowe (stężenie cząsteczek wprowadzonych);

• $C$ – stężenie cząstek zdysocjowanych.

Przypomnijmy, że dla kwasu jednoprotonowego, o wzorze ogólnym $\text{H}\text{A}$ (gdzie $\text{A}$ to reszta kwasowa kwasu tlenowego lub beztlenowego), stopień dysocjacji można wyrazić jako:

Zazwyczaj moc kwasów tlenowychkwas tlenowykwasów tlenowych rośnie wraz ze wzrostem elektroujemności atomu centralnego, np. dla pierwiastków położonych w $\text{3}$ okresie:

R17XVKSlZ7EvC

Ilustracja przedstawiająca zależność pomiędzy elektroujemnością a mocą kwasu. Wzrost elektroujemności koreluje ze wzrostem mocy kwasów. Na przykład dla kwasu metakrzemowego ${\text{H}}_2{\text{SiO}}_3$ elektroujemność atomu krzemu wynosi jeden przecinek osiem, zaś stała dysocjacji kwasu ${\text{K}}_{\text{a}1}$ wynosi $\mathrm{2,2}·{10}^{-10}$. W przypadku kwasu siarkowego sześć ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ elektroujemność atomu siarki wynosi dwa przecinek pięć, zaś stała dysocjacji kwasu ${\text{K}}_{\text{a}1}$ wynosi ${10}^3$.

Dla pierwiastków położonych w $\text{17}.$ grupie, im bardziej elektroujemny atom centralny kwasu, tym silniejszy kwas:

RXoVWFHeJ6RjH

Ilustracja przedstawiająca zależność pomiędzy elektroujemnością a mocą kwasu dla kwasów tlenowych pierwiastków grupy siedemnastej. Wzrost elektroujemności koreluje ze wzrostem mocy kwasów. Na przykład dla kwasu jodowego pięć ${\text{HIO}}_3$ elektroujemność atomu jodu wynosi dwa przecinek pięć, zaś stała dysocjacji kwasu ${\text{K}}_{\text{a}}$ jest równa zero przecinek szesnaście. Dla kwasu bromowego pięć ${\text{HBrO}}_3$ elektroujemność atomu bromu wynosi dwa przecinek osiem, zaś stała dysocjacji kwasu ${\text{K}}_{\text{a}}$ jest równa zero przecinek dwa. Dla kwasu chlorowego pięć ${\text{HClO}}_3$ elektroujemność atomu chloru wynosi trzy przecinek zero, zaś stała dysocjacji kwasu ${\text{K}}_{\text{a}}$ jest równa sześć przecinek trzy. Zatem wzrost elektroujemności koreluje ze wzrostem mocy kwasu.

Bardziej elektroujemne atomy centralne mocniej przyciągają elektrony od atomu tlenu, a ten z kolei od tworzącego z nim wiązanie atomu wodoru, co ułatwia oderwanie (oddysocjowanie) kationu wodoru.

Atomy jodu czy też atomy bromu słabiej przyciągają elektrony (większy promień atomowy, mniejsza elektroujemność), dlatego kwas chlorowy($\text{V}$) jest mocniejszy od bromowego($\text{V}$), a bromowy($\text{V}$) od jodowego($\text{V}$).

Jeżeli dany pierwiastek tworzy kilka kwasów jako atom centralny występujący na różnym stopniu utlenienia, to moc kwasów rośnie wraz ze wzrostem stopnia utlenienia atomu centralnego. Atom centralny na wyższym stopniu utlenienia mocniej przyciąga elektrony od atomu tlenu, a ten z kolei od tworzącego z nim wiązanie atomu wodoru, co ułatwia oderwanie (oddysocjowanie) kationu wodoru.

Przykładowo, kwas azotowy($\text{III}$) jest kwasem słabszym od kwasu azotowego($\text{V}$):

Wśród kwasów chlorowych najsłabszy jest kwas chlorowy($\text{I}$), a najmocniejszy – kwas chlorowy($\text{VII}$):

R1E4ACEcEHVmg

Ilustracja przedstawiająca korelację pomiędzy wzrostem mocy kwasów a wzrostem stopnia utlenienia na przykładzie kwasów chlorowych. Najsłabszy jest kwas chlorowy jeden $\text{HClO}$ o najmniejszym stopniu utlenienia atomu chloru, który to zbudowany jest z atomu chloru symbolizowanego przez kulkę zieloną związaną z kulką czerwoną reprezentującą atom tlenu, który to połączony jest z atomem wodoru symbolizowanym przez małą, białą kulkę. Dalej przedstawiono kwas chlorowy trzy ${\text{HClO}}_2$, który to zbudowany jest z atomu chloru symbolizowanego przez kulkę zieloną połączoną za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu reprezentowanym przez kulkę czerwoną oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem tlenu związanym z atomem wodoru, któremu odpowiada mała, biała kulka. Następny jest kwas chlorowy pięć ${\text{HClO}}_3$ zbudowany z atomu chloru połączonego za pomocą wiązań podwójnych z dwoma atomami tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z trzecim atomem tlenu podstawionym atomem wodoru. Ostatni, najmocniejszy z tlenowych kwasów chlorowych stanowi kwas chlorowy siedem ${\text{HClO}}_4$, który to zbudowany jest z atomu chloru połączonego za pomocą wiązań podwójnych z trzema atomami tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z jednym atomem tlenu, który to podstawiony jest atomem wodoru.

Moc kwasów decyduje o wartości pH roztworu tego kwasu. Dla dwóch roztworów kwasów o tych samych stężeniach niższe pH będzie wykazywało zawsze roztwór kwasu mocniejszego.

Mocne kwasy wypierają słabsze kwasy z ich soli, np.:

Kwas węglowy jest nietrwały, rozkłada się na wodę i tlenek węgla($\text{IV}$), czyli w praktyce równanie powyższej reakcji powinniśmy zapisać jako:

Efekt wyparcia kwasu słabszego – węglowego, przez mocniejszy kwas azotowy($\text{V}$) z jego soli, będzie widoczny w postaci wydzielającego się gazowego ${\text{CO}}_2$.

Dysocjacja elektrolitówmoc elektrolitówelektrolitów słabych jest reakcją odwracalną i można ją opisać, stosując tzw. stałą dysocjacji elektrolitycznej. Stała dysocjacjistała dysocjacjiStała dysocjacji $K$ jest równa stosunkowi iloczynu stężeń jonów powstających w procesie dysocjacji do stężenia cząsteczek niezdysocjowanych, pozostających w roztworze w momencie ustalenia stanu równowagi.

Dla słabego kwasu o wzorze $\text{H}\text{A}$:

Gdzie:

$\left[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\right]$, $\left[{\text{A}}^{-}\right]$, $\left[\text{H}\mathrm{A}\right]$ – stężenia równowagowe.

Im większa jest wartość stałej dysocjacji, tym większa jest moc kwasu.

Jeżeli kwas dysocjuje wieloetapowo, to każdy etap opisuje się innym równaniem i wyrażeniem na stałą dysocjacji.

Podział kwasów tlenowych na kwasy mocne i słabe:

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2020.

Ciba J., Poradnik chemika analityka, Warszawa 1989, s. 118.

Czerwińska A., Jelińska‑Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 1. Podręcznik, Warszawa 2002.

Hejwowska S., Marcinkowski R., Staluszka J., Chemia 3, Gdynia 2007.