強酸

デジタル大辞泉

きょう‐さん〔キヤウ‐〕【強酸】

読み方：きょうさん

水溶液中での電離度の大きい酸。塩酸・硝酸・硫酸など。→弱酸

生物学用語辞典

強酸

塩酸や硫酸のように、水溶液中で解離度がほぼ１に近い酸、

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化合物名や化合物に関係する事項：

安定同位体  尿素  強塩基  強酸  必須脂肪酸  抑制ホルモン  抗ヒスタミン薬

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強酸

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/06/19 23:31 UTC 版)

強酸（きょうさん、Strong acid）とは、水溶液中で平衡に達したとき、プロトンをほとんど完全に電離する電解質のことである。

概要

下式のように、酸 HA(aq) はプロトン H₃O⁺(aq)（陽イオン）と A^-(aq) （陰イオン）に電離する物質のことであるが、電離した酸は常に電離したままではない。

電離した酸 A^-(aq) はしばらくするとプロトンと出会い元の物質 HA(aq) になり、プロトンを得た酸はしばらくするとまた電離する。溶媒中における酸はこの過程を繰り返しておるが、温度や圧力などの物理条件を一定に保つならば、ある瞬間における、電離した酸と電離していない酸の割合は一定に保たれる。

このため、酸水溶液中では常に電離している酸 A^-(aq) と常に電離しない酸 HA(aq) が一定の割合で存在するとみなすことができる。強酸は、この割合において電離した酸が圧倒的に大きい酸のことである。

したがって、全ての酸が常に電離しているとみなせる。このような、プロトンの水側への大きな偏りにより、後述するようにプロトンあるいはオキソニウムイオンを酸解離定数に関係なく生成すると考えられる。

ただし、実際には全ての酸が電離しているわけではないので、強酸といえど固有の酸解離定数 pK_a は存在する。

強酸の場合、pK_a < 0 すなわち、K_a > 1 であり、たいていの強酸は K_a >> 1 である。

${\ce {{HA(aq)}+ H2O(l) <=> H3O+(aq) + A^{-}(aq)}}$

強酸は腐食性が大きいと想定されるが、常にそういうわけではない。

超酸のカルボラン酸 (H(CHB₁₁Cl₁₁) は、硫酸の100万倍の強さであるがガラスに対しては全くの非腐食性である。

一方、希薄水溶液中で弱酸であるフッ化水素酸 (HF) は腐食性が非常に強く、イリジウムを除く全ての金属とガラスを腐食する。

強酸のpH

純水に強酸を加え、濃度Cの強酸水溶液を作った場合を考える。水溶液中の強酸は全て電離しているとみなす。

すなわち

$\,[\mathrm {A} ^{-}]=C$

が成り立つとする。

酸濃度の高い場合

$C^{2}\gg K_{w}$

が成り立つとき、

$\,[\mathrm {H} ^{+}]=C$

すなわち、

$\,pH=-\log _{10}C$

が成り立つ。

酸濃度の低い場合

$C^{2}\gg K_{w}$

が成り立たないとき、

$\,[\mathrm {H} ^{+}]^{2}-C[\mathrm {H} ^{+}]-K_{w}=0$

すなわち、

$pH=-\log _{10}\left({\frac {C+{\sqrt {C^{2}+4K_{w}}}}{2}}\right)$

が成り立つ。

共役酸としての強酸

塩基Bがプロトンを受け取った共役酸BH⁺の酸解離定数は塩基解離定数と以下の関係にあり、弱い塩基の共役酸であるほど強い酸となる。

$K_{a}={\frac {K_{w}}{K_{b}}}$

例えば非常に弱い塩基であるホスフィンの共役酸は強酸であり超酸のような強酸性媒体中においてプロトン化を受ける。

${\ce {PH4+ + H2O <=> H3O+ + PH3}}$ , pK_a = -12

金属水酸化物の共役酸すなわち水和金属イオン（アクアイオン）では、電荷 z が大きくイオン半径 r の小さなものほど強酸となる。希ガス電子配置の金属イオンではpK_aは、z²/rとほぼ直線関係にある。

例えば、4価のジルコニウムイオンZr⁴⁺(aq)ではpK_a = 0.2程度であり、強酸性水溶液中でも加水分解している。

${\ce {M(H2O)_{m}^{n+}(aq)\ <=>\ H+(aq)+M(OH)(H2O)_{m-1}^{(n-1){+}}(aq)}}$

非水溶媒中における強酸

水溶液中における酸解離平衡の概念は非水溶媒中においても適用され、酸HAが溶媒S中において以下の平衡が著しく右辺に偏り、リオニウムイオンHS⁺を定量的に生成する場合、酸HAは溶媒S中において強酸であると表現する。

${\ce {HA + S <=> HS+ + A-}}$

このような酸解離平衡は溶媒のプロトン受容性および比誘電率などにより決まる。

例えば、水溶液中において弱酸である酢酸も液体アンモニア中では強酸としてはたらく。

${\ce {CH3COOH + NH3 <=> NH4+ + CH3COO^-}}$

主な強酸

主な強酸のK_aとpK_a

酸	HA	A-	Ka	pKa
ヨウ化水素	HI	I-	1011	-11
過塩素酸	HClO4	ClO4-	1010	-10
臭化水素	HBr	Br-	109	-9
塩化水素	HCl	Cl-	107	-7
硫酸	H2SO4	HSO4-	105	-5
硝酸	HNO3	NO3-	102	-2
オキソニウムイオン	H3O+	H2O	55.5	-1.74

主な強酸には右表のようなものがある。オキソニウムイオン (H₃O⁺) はしばしば水素イオン (H⁺) と同等に扱われる。しかし、水溶液中には水素イオンという化学種は存在せず全てオキソニウムイオンの形で存在している。

その他

広くは認められていないが、以下のような酸も水溶液中において強酸としての性質をもつ。

• 塩素酸 (HClO₃)
• 臭素酸 (HBrO₃)
• ヨウ素酸 (HIO₃) pK_a=0.77
• 過臭素酸 (HBrO₄)
• メタ過ヨウ素酸 (HIO₄)
• 過マンガン酸 (HMnO₄) pK_a=-2.4
• チオシアン酸 (HSCN) pK_a=-1.32

オキソ酸 XO_m(OH)_n についてはポーリングの経験則により m-n>2 のものがおおむね強酸となる。これは酸素原子の誘起効果によるものである。またフルオロ錯体の遊離酸も陰イオンに対するプロトン親和力が極めて弱いため多くは強酸である。

• テトラフルオロホウ酸 (H[BF₄])
• ヘキサフルオロリン酸 (H[PF₆)])

超酸

100%硫酸よりも強い酸性媒体のことを超酸と呼ぶ。

関連項目

• 超酸
• 弱酸
• 強塩基
• 酸と塩基

外部リンク

• https://web.archive.org/web/20031027165745/http://www.cm.utexas.edu/academic/courses/Spring2002/CH301/McDevitt/strong.htm
• http://jchemed.chem.wisc.edu/Journal/Issues/2000/Jul/abs849.html
• Titration of acids - freeware for data analysis and simulation of potentiometric titration curves
• Acids and Bases - definitions

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強酸

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/11/12 01:21 UTC 版)

「水素イオン指数」の記事における「強酸」の解説

希薄水溶液中においては、水素イオン活量 aH+ は mol/L 単位で表した水素イオン濃度 [H+] の数値にほぼ等しいと近似される。このとき以下の式でpHを求めることができる。 p H = − log 10 ⁡ [ H + ] m o l / L = log 10 ⁡ 1 [ H + ] / ( m o l / L ) 適度な濃度（1 mol/L ないし 1 μmol/L、すなわち 100 - 10−6 mol/L）の塩酸の水素イオン濃度 [H+] は、塩酸のモル濃度 CHCl に等しい。よって塩酸のpHは、この式から直ちに計算することができる。 CHCl = 0.01 mol/L の塩酸 pH = −log10 0.01 = 2 硝酸や過塩素酸など、他の一塩基酸（分子一個当たり水素イオンを一個放出する酸）の強酸の場合も、酸のモル濃度 CHA が 100 - 10−6 mol/L の範囲にあるなら、塩酸と同様にpHを計算できる。溶質が強酸ではなく弱酸の場合は、後述するように、酸解離平衡を考慮する必要がある。 硫酸は二塩基酸（分子一個当たり水素イオンを二個まで放出できる酸）なので、硫酸の濃度が十分に低いとき (10−3 - 10−6 mol/L) には、水素イオン濃度 [H+] は硫酸の濃度 CH2SO4 の2倍にほぼ等しい。硫酸の濃度が比較的高いとき (100 - 10−1 mol/L) には、2段目の解離がほとんど起こらないので、[H+] は CH2SO4 にほぼ等しい。濃度が中くらい (10−1 - 10−3 mol/L) の硫酸の [H+] を求める計算式は、2段目の解離が部分的に起こるので、少し複雑である。 CH2SO4 = 0.5 mmol/L の硫酸 pH = −log10(2×0.5×10−3) = −log10 10−3 = 3 CH2SO4 = 0.5 mol/L の硫酸 pH = −log10 0.5 = log10 2 = 0.3

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「強酸」の例文・使い方・用例・文例

• 物質について、特に強酸について
• 強酸性の土壌以外のどこにでも見られる植物
• 黄色の有害な、極めて爆発性の高い強酸