什么是酸強(qiáng)或弱？要回答這個(gè)問(wèn)題，我們首先需要看看酸的定義。它是一種接受電子和/或提供（解離）氫離子（也稱為質(zhì)子）的化合物。

因此，酸的酸度水平取決于其解離氫離子的能力，即溶液中酸產(chǎn)生的氫離子數(shù)量越多，酸性越強(qiáng)。

現(xiàn)在，在我們開(kāi)始列出地球上最強(qiáng)的酸之前，您首先需要熟悉一些特定的術(shù)語(yǔ)和定義。

酸解離常數(shù) (Ka)：有時(shí)稱為酸電離常數(shù)或簡(jiǎn)稱酸常數(shù)，Ka 是水溶液中酸的可量化強(qiáng)度。雖然 pH 值（氫的力量）指定了堿度，但任何溶液的酸度（酸解離常數(shù)）告訴我們?nèi)芤褐袣潆x子 [H+] 或水合氫離子 [H3O+] 的濃度。

這給我們帶來(lái)了另一個(gè)相關(guān)且重要的酸度指標(biāo) pKa。它基本上是Ka的負(fù)整數(shù)對(duì)數(shù)

pKa = -log10Ka。

酸越強(qiáng)，pKa 值越低。

乙酸乙酸向水中提供質(zhì)子（綠色）以產(chǎn)生水合氫離子和乙酸根離子。（紅色為氧，白色為氫，黑色為碳）

哈米特酸度函數(shù) (Ho)：我們都知道 pH 值標(biāo)度，它被廣泛用于測(cè)量化學(xué)品的酸度或堿度水平，但是當(dāng)涉及到超強(qiáng)酸時(shí)，它就變得毫無(wú)用處，因?yàn)樗鼈兊乃岫人绞菙?shù)百萬(wàn)倍硫酸和鹽酸。

因此，為了根據(jù)酸度水平對(duì)超強(qiáng)酸進(jìn)行縮放，研究人員提出了哈米特酸度函數(shù)。它最初是由美國(guó)物理化學(xué)家路易斯·普萊克·哈米特 (Louis Plack Hammett) 提出的。

但究竟什么是超強(qiáng)酸？

超強(qiáng)度酸是酸度水平高于 100% 硫酸且哈米特酸度函數(shù)低于 -12 的酸。在更專業(yè)的術(shù)語(yǔ)中，它可以定義為質(zhì)子化學(xué)勢(shì)高于純硫酸中的化學(xué)勢(shì)的介質(zhì)。

8. 硫酸

硫酸紙上的硫酸 (98%)

化學(xué)式：H2SO4

pKa 值：-3

H0值：12

硫酸或硫酸不需要任何正式的介紹。它無(wú)味、無(wú)色，與水混合時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)。它對(duì)農(nóng)業(yè)、廢水處理和煉油等多個(gè)行業(yè)至關(guān)重要。硫酸還用于電池酸和清潔劑。

它在整個(gè)酸的研究中也起著至關(guān)重要的作用。硫酸用作比較超強(qiáng)酸或酸的酸度水平的堿參考。雖然有多種生產(chǎn)硫酸的方法，但通常使用接觸法和濕法硫酸法。

直接接觸時(shí)，H2SO4 會(huì)對(duì)人體皮膚造成廣泛損害。它對(duì)許多金屬也有很強(qiáng)的腐蝕性。由于其卓越的氧化和脫水性能，該化學(xué)品在高濃度存在時(shí)更具腐蝕性和危險(xiǎn)性。

7. 鹽酸

化學(xué)式：HCl

pKa 值：-5.9

與硫酸類似，鹽酸也是一種重要的化學(xué)品，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室和各個(gè)行業(yè)。鹽酸是在公元800年左右由一位名叫賈比爾·伊本·海揚(yáng) (Jabir ibn Hayyan) 的伊朗博士發(fā)現(xiàn)的。

那些想知道為什么鹽酸比硫酸強(qiáng)的人，盡管后者是超強(qiáng)酸的參考點(diǎn)，這是因?yàn)榱蛩崾嵌|(zhì)酸，通常不會(huì)完全理解。

換句話說(shuō)，HCl 比硫酸強(qiáng)，因?yàn)榕c硫酸中的硫酸根離子相比，它的 (HCl) 氫離子更容易從氯離子中分離出來(lái)。

無(wú)論如何，鹽酸主要用于重工業(yè)以及在進(jìn)一步加工之前去除鋼鐵上的銹跡。此外，它還是生產(chǎn)有機(jī)（用于 PVC 氯乙烯）和許多無(wú)機(jī)化合物的重要組成部分。

6. 三氟甲磺酸

化學(xué)式：CF3SO3H

pKa 值：-14.7

三氟甲磺酸，最常稱為三氟甲磺酸，由英國(guó)化學(xué)家 Robert Haszeldine 于 1954 年首次合成/發(fā)現(xiàn)。它以其卓越的化學(xué)和熱穩(wěn)定性而聞名。硝酸和高氯酸等其他強(qiáng)酸容易氧化，而三氟甲磺酸則不然。

三氟甲磺酸用于許多質(zhì)子化和滴定（化學(xué)成分的定量分析）。在某些情況下優(yōu)選三氟甲磺酸的一個(gè)重要原因是它不會(huì)磺化其他物質(zhì)，這在氯磺酸和硫酸中很常見(jiàn)。

不用說(shuō)，這是非常危險(xiǎn)的。任何皮膚接觸酸都會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的燒傷，并可能有輕微的延遲組織損傷。吸入時(shí)，它還可能導(dǎo)致肺水腫和痙攣以及其他危急情況。

5. 氟硫酸

化學(xué)式：HSO3F

何值：-15.1

pKa 值：-10

氟硫酸或硫氟酸（官方名稱）是當(dāng)今可用的第二強(qiáng)的單組分酸。它的外觀呈黃色，當(dāng)然具有高度腐蝕性/毒性。HSO3F 通常是由氟化氫與三氧化硫反應(yīng)產(chǎn)生的，當(dāng)與五氟化銻結(jié)合時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生“魔酸”，一種強(qiáng)得多的酸和質(zhì)子化劑。

該酸可用于烷基化烴（與烯烴）和異構(gòu)化烷烴，以及用于玻璃蝕刻（玻璃藝術(shù)）。它是實(shí)驗(yàn)室中常見(jiàn)的氟化劑。

4. 高氯酸

化學(xué)式：HClO4

pKa 值：-10、-15.2

高氯酸是已知最強(qiáng)的 Br?nsted–Lowry 酸之一，它具有強(qiáng)大的氧化性和高度腐蝕性。傳統(tǒng)上，它是通過(guò)用鹽酸 (HCl) 處理高氯酸鈉來(lái)生產(chǎn)的，鹽酸 (HCl) 也會(huì)產(chǎn)生氯化鈉。

NaClO4 + HCl → NaCl + HClO4

與其他酸不同，高氯酸不易水解。它也是世界上最受監(jiān)管的酸之一。早在 1947 年，在加利福尼亞州的洛杉磯，大約 150 人受傷，17 人類死于化學(xué)爆炸，其中含有近 75% 高氯酸（按體積計(jì)算）和 25% 的乙酸酐。它還損壞了附近 250 多座建筑物和車輛。

盡管具有爆炸性，高氯酸仍被廣泛使用，甚至在某些類型的合成中是首選。它也是現(xiàn)代火箭燃料中使用的高氯酸銨的重要成分。

3. 氟化碳硼酸

碳硼烷酸碳硼烷酸的一般結(jié)構(gòu)

化學(xué)式：H(CHB11F11)

何值：-18

pKa 值：-20

碳硼烷酸是人類已知的最強(qiáng)的超強(qiáng)酸組之一，其中很少有被認(rèn)為具有低至 -18 的哈米特酸度函數(shù)值，這比純 (100%) 硫酸強(qiáng)一百萬(wàn)倍以上。

該組中的一個(gè)這樣的成員是氟化碳硼酸。雖然這種化學(xué)物質(zhì)的存在最初是在 2007 年被報(bào)道的，但研究人員直到 2013 年才能夠研究其性質(zhì)的全部范圍。在它被發(fā)現(xiàn)之前，最強(qiáng)的布朗斯臺(tái)德酸的王冠是這個(gè)超強(qiáng)酸家族的高度氯化版本。

氟化碳硼烷是已知的唯一可以質(zhì)子化（氫離子轉(zhuǎn)移）二氧化碳以產(chǎn)生氫橋連陽(yáng)離子的酸。相比之下，當(dāng)用魔酸和 HF-SbF5 等其他超強(qiáng)酸處理時(shí)，CO2 不會(huì)發(fā)生任何顯著的質(zhì)子化。

2. 魔酸

氟硫酸+五氟化銻（1:1）

化學(xué)式：FSO3H·SbF5

何值：-23

FSO3H·SbF5，最常被稱為魔酸，是由氟硫酸和五氟化銻以1:1的摩爾比混合而成。這種超強(qiáng)酸系統(tǒng)于 1966 年由俄亥俄州凱斯西儲(chǔ)大學(xué)喬治奧拉實(shí)驗(yàn)室的研究人員首次開(kāi)發(fā)。

它相當(dāng)奇特的名字是在 1966 年的一次正式活動(dòng)之后確立的，當(dāng)時(shí) Olah 實(shí)驗(yàn)室的一名成員展示了一種碳?xì)浠衔镔|(zhì)子化，其中石蠟蠟燭“神奇地”溶解并在將其放在上面后變成叔丁基陽(yáng)離子溶液。現(xiàn)在被稱為魔酸。

雖然魔酸通常用于穩(wěn)定溶液中的碳正離子，但它幾乎沒(méi)有其他重要的工業(yè)應(yīng)用。例如，它可以加速飽和烴的異構(gòu)化，甚至可以質(zhì)子化甲烷、氙氣和鹵素，這些都是弱堿。

1. 氟銻酸

氟銻酸氟銻酸的分子結(jié)構(gòu)

化學(xué)式：H2FSbF6

Hovalue：-15（純形式），-28（>50 mol%）

根據(jù)哈米特酸度函數(shù)值，氟銻酸可能是所有已知超強(qiáng)酸中最強(qiáng)的。它是由氟化氫與五氟化銻通常以 2:1 的比例混合而成。該反應(yīng)本質(zhì)上是放熱的。

這種超強(qiáng)酸在化學(xué)工程和石化工業(yè)中有幾個(gè)重要的應(yīng)用。例如，它可用于分別從新戊烷和異丁烷（均為烷烴）中分離甲烷和氫氣。

不出所料，H2FSbF6 具有極強(qiáng)的腐蝕性，與水接觸時(shí)會(huì)發(fā)生劇烈水解。像大多數(shù)超強(qiáng)酸一樣，氟銻酸可以直接透過(guò)玻璃吃；因此，它必須儲(chǔ)存在 PTFE（聚四氟乙烯）容器中。

現(xiàn)在，你們中的大多數(shù)人在尋找“世界上最強(qiáng)的酸”時(shí)可能會(huì)偶然發(fā)現(xiàn)碳硼烷酸（氯化碳硼烷酸或氟化碳硼烷酸）。

好吧，從技術(shù)上講，它們是正確的，因?yàn)樘寂鹜樗崾堑厍蛏弦阎顝?qiáng)的單組分酸，酸度遠(yuǎn)高于高氯酸和三氟甲磺酸之類的酸。（氟銻酸實(shí)際上是一種混酸）。

什么是弱酸？

弱酸在水或水溶液中不會(huì)完全分解成它們的組成離子。它們具有更高的 pH 值（在 2 和 7 之間），并且比強(qiáng)酸更常見(jiàn)。

它們感覺(jué)粘稠，嘗起來(lái)很酸，有時(shí)聞到會(huì)灼傷鼻孔。雖然它們大多以低濃度遇到，但高濃度的弱酸可能具有腐蝕性甚至危險(xiǎn)。

乙酸（醋）、氫氰酸、硫化氫、甲酸和三氯乙酸是一些最常見(jiàn)的弱酸例子。事實(shí)上，它們是日常生活中常見(jiàn)的物質(zhì)——它們可能存在于您服用的維生素、您吃的食物或您使用的清潔用品中。

什么決定了酸的強(qiáng)度？

決定酸強(qiáng)度的兩個(gè)主要因素是：

感應(yīng)效應(yīng)：由于結(jié)合在一起的原子的電負(fù)性不同而產(chǎn)生。在有機(jī)羧酸中，帶負(fù)電的取代基通過(guò)這種效應(yīng)拉動(dòng)酸性鍵的電子密度，導(dǎo)致更小的 pKa 值。

氧化態(tài)的影響：在含氧酸中，pKa值隨著元素的氧化態(tài)而降低。

為什么酸的水溶液導(dǎo)電，而純酸不導(dǎo)電？

酸溶解在水或水溶液中時(shí)，會(huì)迅速分解成正離子和負(fù)離子。例如，HCl 酸會(huì)分解成 H+ can Cl- 離子。溶液中的帶電粒子（H+ 離子）使得通過(guò)介質(zhì)傳輸電流變得更加容易。

HCl(aq) –> H+(aq) + Cl–(aq)

更具體地說(shuō)，當(dāng)電流通過(guò)水溶液時(shí)，每個(gè) H+ 離子從陰極獲得一個(gè)電子以形成 H2 氣體。這就是酸的水溶液如何讓電流通過(guò)它。

另一方面，未溶解的或純的酸類似于純水。它們可以傳輸電荷，但電阻相當(dāng)高，尤其是在固態(tài)時(shí)。