bg‑cyan

Jakie kwasy należą do kwasów fluorowcowodorowych?

bg

Kwasy fluorowcowodorowe to wodne roztwory fluorowcowodorów, czyli HF, HCl, HBr oraz HI.

Tworzą więc kwasy zapisywane jako HFaq, HClaq, HBraq oraz HIaq, czyli roztwory wodne, w których cząsteczki fluorowcowodorów ulegają częściowej lub całkowitej dysocjacji na jony.

bg‑cyan

Dysocjacja jonowa kwasów flourowcowodorowych

bg

Równanie reakcji

Wartości stałych dysocjacji Ka podane dla T=25°C

HF+H2OF-+H3O+

Ka=6,3·10-4

HCl+H2OCl-+H3O+

Ka=107

HBr+H2OBr-+H3O+

Ka=3·109

HI+H2OI-+H3O+

Ka=1010

W wyniku dysocjacji jonowej powstają aniony fluorowca, czyli odpowiednio aniony: fluorkowe, chlorkowe, bromkowe oraz jodkowe, a także kationy oksoniowe (hydroniowe), odpowiedzialne za kwasowy odczyn kwasów. Każdy proces dysocjacji kwasów opisany jest stałą dysocjacji Ka.

Stała dysocjacji to stosunek iloczynu stężeń jonów do stężenia cząsteczek niezdysocjowanych. Przykładowo, dla HIaq wyrażenie na stałą dysocjacji to:

Ka=I-·H3O+HI=1010
Polecenie 1

Przeanalizuj wartości pozostałych stałych dysocjacji kwasów fluorowcowodorowych. Określ, która z podanych w tabeli wartości Ka jest największa, a która najmniejsza. O czym to świadczy? Jaką jeszcze różnicę w zapisie równań dysocjacji jonowej zauważasz?

Im większa jest wartość stałej dysocjacji, tym więcej jonów znajduje się w roztworze. Im więcej jonów H3O+ (biorąc oczywiście pod uwagę roztwory wodne o tym samym stężeniu wyjściowym kwasu fluorowcowodorowego), tym kwas jest silniejszy. A co za tym idzie – im większa wartość stałej dysocjacji, tym kwas jest mocniejszy. Co więcej, stała dysocjacji zależy jedynie od temperatury, a nie od stężeń reagentów, ponieważ ich stosunek jest stały.

bg‑cyan

Który kwas fluorowcowodorowy jest najsłabszy i dlaczego?

bg

Na podstawie wartości stałych dysocjacji można więc uszeregować kwasy fluorowcowodorowe wg mocy, tak jak to przedstawiono poniżej.

HF<HCl<HBr<HI

Oznacza to, że kwas fluorowodorowy jest słabym kwasem (najsłabszym z kwasów fluorowcowodorowych), a kwas jodowodorowy mocnym kwasem (najmocniejszym spośród kwasów fluorowcowodorowych). W równaniu dysocjacji kwasu HFaq zapisuje się strzałki w obie strony, ponieważ tylko kwas fluorowodorowy jest słabym kwasem o wartości stałej dysocjacji mniejszej od 1. To także informacja o tym, że w roztworze znajdują się również niezdysocjowane cząsteczki HF. Natomiast pozostałe kwasy (HClaq, HBraq oraz HIaq) są mocnymi kwasami i dysocjują praktycznie w 100%, dlatego strzałkę zapisuje się tylko w jedną stronę, a liczba cząsteczek niezdysocjowanych jest bardzo mała – praktycznie zaniedbywalna.

Wartości stałych dysocjacji nie wyjaśniają jednak przyczyny różnicy w mocy tych kwasów, która tkwi w dwóch aspektach budowy atomowej:

  1. elektroujemnościelektroujemnośćelektroujemności fluorowca;

  2. promienia atomowegopromień atomowypromienia atomowego fluorowca.

bg‑gray1

Który z fluorowców charakteryzuje się największą elektroujemnością, a który najmniejszą?

Fluor to pierwiastek, który jest bardzo elektroujemny. Dlatego silnie przyciąga atom wodoru, tworząc mocne wiązanie kowalencyjne spolaryzowane. Z tej przyczyny HFaq nie ulega dysocjacji w dużym stopniu i tworzy słaby kwaskwas słabysłaby kwas.

Jod to pierwiastek o dużo mniejszej elektroujemności, co po części wiąże się z posiadaniem przez ten pierwiastek aż pięciu powłok elektronowych. Właśnie dlatego pomiędzy atomem jodu a atomem wodoru nie ma tak dużego przyciągania i HIaq chętniej dysocjuje od HF. Dzięki temu w roztworze jest duże stężenie jonów H3O+, a kwas HIaq jest kwasem mocnymkwas mocnykwasem mocnym.

bg‑gray1

Atom którego fluorowca ma największy promień atomowy?

Moc kwasu beztlenowego wzrasta wraz ze wzrostem promienia atomowego fluorowca.

R11OEtdp434wW
Moc kwasu beztlenowego wzrasta wraz ze wzrostem promienia atomowego fluorowca.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RSNNlPVBDTYQD
Kwas jodowodorowowy (różowy atom jodu) jest mocniejszy niż kwas fluorowodorowy (niebieski atom fluoru).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Dużo większy promień atomowy jodu od promienia fluoru sprawia, że wiązanie w cząsteczce HI jest dłuższe, a zatem również słabsze od krótkiego i silnego wiązania w cząsteczce HF. Silniejsze wiązanie znacząco utrudnia dysocjację, stąd kwas fluorowodorowy dysocjuje tylko w niewielkim stopniu.

Słownik

kwas mocny
kwas mocny

kwas, który ulega praktycznie całkowitej dysocjacji, na przykład HClaq, HBraq, HIaq

kwas słaby
kwas słaby

kwas, który ulega dysocjacji w niewielkim stopniu, na przykład HFaq, HNO2, H2SO3, H3PO4

elektroujemność
elektroujemność

miara zdolności atomów do przyciągania elektronów; im większa jest wartość elektroujemności, tym większa zdolność atomów do przyciągania elektronów

promień atomowy
promień atomowy

wartość określająca wielkość atomu; zwykle przyjmuje się, że jest on równy połowie długości pojedynczego wiązania kowalencyjnego (atomowego) między atomami tego samego pierwiastka w cząsteczce (np. za promień atomu fluoru przyjmuje się połowę długości wiązania w dwuatomowej cząsteczce fluoru)

Bibliografia

Encyklopedia PWN

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