اسید قوی چیست؟ از کاربرد آن چه می دانید؟

اسید از مواد شیمایی است که قادر به اهدای پروتون یا همان هیدروژن است. اسید قوی درواقع یک پذیرنده الکترون بشمار می‌آید. قدرت یک اسید قوی به پایداری باز مزدوجش مرتبط خواهد بود. از خواص و نشانه های اسید قوی این است که به‌طور کامل در آب یونیزه می‌شود. سولفوریک اسید و نیتریک اسید از جمله اسید قوی نام آشنا هستند که کاربرد های صنعتی زیادی هم دارند. یک اسید قوی پایین ترین pH و بالاترین pKa را داراست. از خواص اسید قوی این است که از ترکیبات شیمیایی بسیار خورنده به حساب می‌آید. تیزاب سلطانی یکی از مشهورترین اسید قوی های شناخته شده است که از مخلوط دو اسید قوی با هم حاصل شده است. توجه شود که کاربرد اسید قوی نیاز به احتیاط بسیار زیادی دارد. قیمت اسید قوی در انواع مختلف متفاوت بوده و برای خرید اسید قوی می توان به فروشگاه های مواد شیمیایی مراجعه نمود.

با وجود خطرات اسید قوی در بسیاری از موارد صنعتی و آزمایشگاهی ملزم به استفاده از اسید قوی هستیم. بنابراین در حین استفاده از فواید اسید قوی باید در کاربرد آن محتاط باشیم. در ادامه در نشریه علمی جهان شیمی فیزیک با ما همراه باشید تا با اسید قوی و کاربرد و قیمت و خطرات آن آشنا شوید.

آشنایی با اسید قوی

اسید یک ماده شیمیایی است. اسید قادر است تا در آب پروتون یا یون هیدروژن اهدا کند. درواقع یک اسید یک پذیرنده الکترون است. بیشتر اسید ها حاوی اتم هیدروژن بوده و قادرند آن را آزاد کرده و یک کاتیون و آنیون در آب تولید کنند. حال هرچه اسیدی بتواند یون هیدروژن بیشتری آزاد کرده و غلظت یون هیدروژن آزاد شده توسط آن بیشتر باشد، میزان اسیدیته آن اسید هم بیشتر خواهد بود. در این صورت pH محلول پایین می آید. pH خیلی پایین مربوط به اسید قوی می شود. واژه های لاتین acidus یا acere به معنای ترش هستند و کلمه اسید قوی از آن ها گرفته شده است. یکی از خصوصیات مهم اسیدها در آب طعم ترش آن هاست.

حال که با اسید آشنا شدید بهتر است بدانید، اسید قوی به اسیدی گفته می شود که وقتی در حلال حل شد، بتواند پروتون‌ هایش را به طور کامل (حدود ۹۹٪) به حلال بدهد.

تفاوت اسید قوی و ضعیف

از مهم ترین تفاوت اسیدهای قوی و ضعیف این است که انواع قوی به طور تقریبا ۱۰۰ درصدی در محلول های آبی یونیزه می شوند. اما انواع ضعیف به طور کامل یونیزه نخواهند شد. اسیدهای قوی هیدروژن بیشتری در آب آزاد کرده و در نتیجه pH پایین تری خواهد داشت.

اگر در آزمایشگاه ماده ای دارید که نمی دانید قوی و یا ضعیف است، بهترین راه تشخیص آن به صورت کمی استفاده از pH متر است. اسید هایی که pH های پایین ۷ را ایجاد می کنند، در دسته اسید قوی قرار می گیرند. و هرچه مقدار pH کمتر باشد یعنی اسید قوی تر است.

pH  های بالاتر از ۷ بازی در نظر گرفته می شوند. pH برابر با ۷ نیز خنثی است. راه های دیگری غیر از اندازه گیری pH نیز برای تشخیص اسید قوی و ضعیف وجود دارد. این روش ها به روش های کیفی معروف هستند. استفاده از شناساگر ها می تواند راه مناسبب برای تشخیص اسیدهای قوی و بازها از یکدیگر باشد. اما باید بدانید که شناساگر ها در تشخیص تفاوت اسید قوی و ضعیف خیلی خوب عمل نمی کنند.

مقدار ثابت تفکیک در اسید قوی

اسیدهای دو پروتونه و چندپروتونی قادرند تا بیش از یک پروتون از دست بدهند. اما مقدار pKa که برای اسید قوی در نظر گرفته می شود، فقط به از دست دادن پروتون اول مربوط خواهد شد.

مقدار pKa در اسید قوی عددی کوچک است، اما ثابت تفکیک اسید قوی که با Ka شناخته می شود؛ عددی بزرگ است. بیشتر اسید های قوی خورنده هستند. اما برخی از سوپراسید ها ممکن است رفتار متفاوتی داشته باشند. برعکس این قضیه نیز می تواند صحت داشته باشد. یعنی برخی از اسیدهای ضعیف نیز هستند که قادرند به شدت خواص خورندگی داشته باشند، مانند هیدروفلوئوریک اسید.

نکته مهمی که در رابطه با اسیدقوی وجود دارد این است که هرچه غلظت اسید افزایش یابد، توانایی تفکیکش کاهش می ‌یابد. اسیدهای قوی معمولا به طور کامل در آب تفکیک می ‌شوند. اما اگر غلظت اسیدهای قوی خیلی افزایش یابد، دیگر این اتفاق رخ نمی دهد.

عوامل تاثیر گذار بر قدرت اسید

شعاع اتمی

یک از عوامل موثر بر قدرت اسیدهای قوی شعاع اتمی است. توجه شود که با افزایش شعاع اتمی، اسیدیته افزایش می یابد. زیرا راحت تر می تواند پروتون را از دست بدهد. مثلا HI  اسید قوی تر از هیدروکلراید است، زیرا شعاع اتمی ید بزرگتر از کلر است.

الکترونگاتیوی

هرچه الکترونگاتیوی باز مزدوج اسیدهای قوی، در یک دوره از جدول تناوبی بیشتر باشد؛ قدرت اسیدی آن اسیدها هم بیشتر می شود.

بار الکتریکی

بار مثبت روی یک اتم هرچه قدر بیشتر یا مثبت تر باشد، اسیدیته آن نیز بیشتر خواهد شد و درواقع اسید قوی تری حاصل می آید. گرفتن پروتون از گونه خنثی بسیار راحت از گرفتن الکترون از گونه ای با بار منفی خواهد بود.

تعادل

وقتی اسیدی تفکیک می گردد، با باز مزدوج خود به تعادل خواهد رسید. در اسیدهای قوی این تعادل به شدت به سمت فرآورده خواهد بود. درواقع معادله واکنش به سمت راست معادله شیمیایی و تولید فرآورده کشیده می‌شود. توجه شود که باز مزدوج یک اسید قوی بسیار ضعیف است.

حلال

در بسیاری از منابع از آب به عنوان حلالی برای اسیدهای قوی یاد شده است. اما باید بدانید که خواص اسیدی و بازی در حلال های غیرآبی نیز معنا دارد. اگر استیک اسید را در آمونیاک مایع حل کنیم کاملاً یونیزه می شود. در این حالت حتی می توان استیک اسید را یک اسید قوی محسوب کرد، با اینکه در آب اسید ضعیفی است. بنابراین قبل از اینکه نام اسید قوی یا ضعیف به ترکیبی بنهیم باید ابتدا به حلال آن توجه کنیم.

تفاوت اسید قوی و ضعیف با اسید غلیظ و رقیق

اصطلاحات قوی و ضعیف نباید با غلیظ و رقیق اشتباه گرفته شوند. درواقع اسید غلیظ اسیدی است که در مقدار کمی آب حل شده است. یک اسید رقیق نیز محلولی اسیدی است که مقدار زیادی از حلال و مقدار کمی از اسد را داراست. برای آشنایی بیشتر به مثال زیر توجه کنید.

یک محلول ۱۲ مولار از اسید استیک را در نظر بگیرید. این یک محلول غلیظ است. اما هنوز هم حاوی یک اسید ضعیف یعنی استیک اسید است. مهم نیست که چقدر آب (حلال) را حذف نمایید. در هر حال اسید شما اسید ضعیفی است.

حال یک محلول ۰.۰۰۰۵ M از HCl را در نظر بگیرید. این محلول رقیق است اما در عین حال هنوز حاوی یک اسید قوی است.

تفاوت اسید قوی با اسید خورنده

برای درک بهتر تفاوت اسید قوی با اسید خورنده در ادامه با ما همراه باشید. ما با ذکر مثال به بیان این مطلب می پردازیم. استیک اسید رقیق شده یا همان اسید موجود در سرکه را می توان نوشید، اما نوشیدن غلظت مشابه از اسید سولفوریک منجر به سوختگی شیمیایی می گردد.

اسید سولفوریک یک اسید بسیار خورنده است. اما خورندگی اسید استیک به اندازه اسید سولفوریک نیست. جالب است بدانید که سوپر اسیدها می توانند بسیار قوی اما با خورندگی پایین باشند.

برعکس اسیدهای قوی که تمایل زیادی به خوردگی دارند، قوی ترین سوپر اسید ها مانند کربورن ها، خورنده نیستند.

از طرفی اسید هیدروفلوئوریک که به عنوان یک اسید ضعیف شناخته می شود، می تواند از روی پوست دست عبور کرده و حتی به استخوان ها برسد. بنابراین در کار کردن با انواع اسید علاوه بر اینکه به قدرت اسیدی توجه می کنید باید به قدرت خورندگی اسید نیز توجه نمایید.

اسامی اسید قوی و ضعیف

اسید قوی

اسید قوی، اسیدی است که در آب کاملا یونیزه می شود. اسید قوی قادر است تا یک یا چند پروتون در هر مولکول حاصل کند. هفت اسید قوی رایج وجود دارد. این اسیدها شامل موارد زیر می شوند.

• اسید هیدروکلریک
• نیتریک اسید
• اسید سولفوریک
• هیدروکرومیک اسید
• اسید هیدروودیک
• پرکلریک اسید
• اسید کلریک

در اثر واکنش بین هیدروژن و هالوژن یک اسید ضعیف هم ایجاد می شود. این اسید هیدروفلوئوریک اسید است. هیدروفلوئوریک اسیدی ضعیف اما بسیار قدرتمند و همین طور بسیار خورنده است.

اسید ضعیف

اسیدهای ضعیف به اسیدهایی گفته می شود که به طور کامل در آب یونیزه نمی شوند. HF در آب یونیزه شده و به یون های H و F تبدیل می گردد، اما مقداری از این اسید هنوز به صورت یونیزه نشده در محلول باقی می ماند. بنابراین به این اسید؛ اسید ضعیف گفته می شود، زیرا کاملا در آب یونیزه نشده است. لازم به ذکر است که اسیدهای ضعیف تنوع بیشتری نسبت به اسید قوی دارند. در ادامه به برخی از شناخته شده ترین انواع اسید های ضعیف که کاربرد گسترده ای هم دارند، اشاره شده است.

• اسید فسفریک
• سیتریک اسید
• اسید آسکوربیک
• استئاریک اسید
• و…

اغلب اسید های آلی در دسته اسید های ضعیف  جای می گیرند. استیک اسید و بنزویک اسید از اسید های آلی نام آشنا در شیمی هستند.

چگونه اسید قوی را با آب مخلوط کنیم

وقتی که اسید با آب مخلوط می شود، ترتیب افزودن اسید به آب امری بسیار مهم است. اسید و آب در واکنشی شدید و گرما زا واکنش می دهند و گرما تولید می کنند. این گرما به قدری است که گاهی منجر به جوشیدن آن می گردد. بنابراین این واکنش در صورت بی توجهی ممکن است باعث بروز صدماتی گردد. اگر اسید به آب اضافه شود، احتمالا منجر به پاشیدن آب به بیرون از ظرف نمی شود. اگر هم این اتفاق رخ دهد، احتمال بروز صدمات کمتر از زمانی است که آب را به اسید اضافه کرده و اسید به بیرون بپاشد. در این حالت اگر آب را به اسید اضافه شود، آب جوش آمده و منجر پاشیدن اسید به بیرون خواهد شد. بنابراین در هنگام کار با یک اسید قوی بسیار دقت نمایید.

اسید سولفوریک

قانون اختلاط اسید به آب به ویژه در مورد اسید قوی مهم است که به طور کامل با آب واکنش می دهد. مخلوط کردن اسید سولفوریک و آب از اختلاط های بسیار خطرناک بشمار می آید. این اسید بسیار خورنده است و در صورت پاشیدن بلافاصله پوست و لباس را می سوزاند. اختلاط اسید سولفوریک یا دیگر اسید قوی با حجم بزرگی از آب شروع شده و به این ترتیب گرمای واکنش جذب می شود. قبل از افزودن مقادیر بیشتر اسید به آب باید مدام محلول به طور کامل هم زده شود و سپس اسید مجدد اضافه گردد.

قیمت خرید و فروش اسید قوی

قیمت اسید قوی به نوع و درجه خلوص آن بستگی دارد. برخی از انواع اسیدها می توانند قیمت بالاتری از سایر ترکیبات مشابه داشته باشد. همچنین شرکت تولید کننده و حجمی که اسید در آن حجم به بازار عرضه می شود نیز روی قیمت اسید تاثیر بسزایی دارد. خرید و فروش اسید قوی در فروشگاه های آنلاین و حضوری انجام می شود.

نکات ایمنی

همواره در کار با اسید قوی خطر پاشش و رها شدن گازهای خطرناک وجود دارد. بنابراین اختلاط اسید قوی و آب در زیر هود صورت می گیرد. به کار بردن عینک محافظ، دستکش مخصوص و روپوش آزمایشگاهی از موارد ضروری کار با انواع اسید قوی است.

اگر اسید در حین انجام آزمایشی به پوست رسید، منطقه آسیب دیده با اسید با مقادیر زیاد آب کاملا شست و شو داده شود.

اگرچه استفاده از باز قوی، اسید را بسیار سریع تر از باز ضعیف خنثی سازی می کند، اما هرگز نباید در این موارد از باز قوی استفاده شود. زیرا واکنش بین یک باز قوی و اسید گرمای زیادی را آزاد کرده و ایجاد سوختگی تشدید می کند.

در صورتی که از کار با مواد شیمیایی آگاهی ندارید به هیچ وجه با اسید قوی کار نکنید. زیرا می تواند عوارض جبران ناپذیری را ایجاد نماید.

سخن آخر

اسید قوی و ضعیف و حتی انواع باز ها از ترکیبات و مواد شیمیایی هستند که در آزمایشگاه هایی مانند آزمایشگاه شیمی بسیار استفاده می شوند. اسید ها در بسیاری از مواقع قادرند تا سرعت انجام برخی از واکنش های شیمیایی را افزایش دهند. البته بسیاری از اسید های قوی و ضعیف کاربرد های صنعتی مختلفی نیز دارند. عواملی وجود دارند که منجر به قوی یا ضعیف بودن اسید می شوند. البته توجه شود هر کدام از این اسید ها کاربرد ویژه ای در آزمایشگاه ها و صنعت دارند.

ما در نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی بسیاری از ترکیبات شیمیایی پرداخته ایم. در نشریه علمی جهان شیمی فیزیک همراه ما باشید تا با مواد شیمیایی مختلف، عناصر جدول تناوبی و… آشنا شوید.