Sólin Sólin Rís 10:17 • sest 16:10 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 21:40 • Sest 15:54 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 10:12 • Síðdegis: 22:46 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:46 • Síðdegis: 16:36 í Reykjavík
Sólin Sólin Rís 10:17 • sest 16:10 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 21:40 • Sest 15:54 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 10:12 • Síðdegis: 22:46 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:46 • Síðdegis: 16:36 í Reykjavík
LeiðbeiningarTil baka

Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=
Forsíða Náttúruvísindi og verkfræði Efnafræði Hvað eru vetnishalíðar?

Flokkun:

28.10.2013
Náttúruvísindi og verkfræði Efnafræði

Hvað eru vetnishalíðar?

Sigþór Pétursson

Halógenar skipa sautjánda flokk lotukerfisins (áður kallaður 7. flokkur). Þeir eru flúor (F), klór (Cl), bróm (Br), joð (I), astat (At) og frumefni númer 117 en enn á eftir að staðfesta tilvist þess og gefa því viðurkennt nafn samkvæmt Alþjóðasamtökum um hreina og hagnýta efnafræði (IUPAC). Samheiti mínushlaðinna jóna þeirra (anjóna) er halíðjón, X-. Efnasambönd halógenanna og vetnis kallast vetnishalíð (e. hydrogen halide), HX. Ýmsar upplýsingar um eiginleika þeirra má finna í töflu 1.

Tafla 1. Eiginleikar vetnishalíða.

Nafn
Tákn
Útlit við staðalaðstæður
Suðumark [°C]
Bræðslumark [°C]
Vetnisflúoríð
HF
Litlaust gas
19,5
-83,6
Vetnisklóríð
HCl
Litlaust gas
-85,05
-114,22
Vetnisbrómíð
HBr
Litlaust gas
-66,8
-86,9
Vetnisjoðíð
HI
Litlaust gas
-35,36
-50,80
Vetnisastatíð
HAt
Ekki þekkt
Ekki þekkt
Ekki þekkt

Astat fyrirfinnst í náttúrunni. Allar samsætur (e. isotopes) astats eru þó geislavirkar og er lengsti helmingunartími þeirra 8,1 klukkutími. Vinna með vetnisastatíð er afar takmörkuð þar sem það sundrast fljótt í vetni (H2) og astat (At2) auk þess sem astat umbreytist fljótt í önnur frumefni vegna geislavirkni.

Frumefni númer 117 finnst ekki í náttúrunni, tilvist þess er því einungis af mannavöldum, það er afleiðing kjarnasamruna í eindahröðlum. Þar sem einungis örfáar frumeindir af frumefninu hafa verið búnar til og allar samsætur frumefnisins eru skammlífar (minni en 0,08 sekúndur) vegna geislavirkni þá eru engar upplýsingar um vetnishalíð fyrir frumefni númer 117.

Myndin sýnir rafeindaþéttleika vetnishalíðsameindanna með vetni sem bláar kúlur og halógen sem litaðar kúlur. Rafdrægni (e. electronegativity) halógenanna og skautun vetnishalíðanna minnkar niður lotuna í lotukerfinu. Flúorfrumeindin heldur því best í sína vetnisfrumeind.

Best þekkta vetnishalíðið er eflaust vetnisklóríð HCl(g) sem er lofttegund við herbergisaðstæður. Mörgum kemur eflaust í hug saltsýra þegar þeir sjá formúluna HCl, en vetnisklóríðið sem slíkt er ekki saltsýra, heldur er vatnslausn af því saltsýra, HCl(aq).

Öll hin vetnishalíðin mynda líka súrar vatnslausnir en það er athyglisverður munur á remmu sýranna sem myndast, sérstaklega sker HF(aq) sig úr. Sýruremma er gefin til kynna með svokölluðum sýrufasta, Ka, sem segir til um hversu mikið sýran klofnar í jónir sínar í vatni. Ka fyrir HX(aq) (almennt tákn fyrir vatnslausn af vetnishalíði) gefur því til kynna hversu mikið HX er til staðar í vatnslausn og hversu mikið er af H+ og X-, það er að segja hvort jafnvægið fyrir hvarfið hér að neðan liggi mikið til vinstri eða hægri.\[HX_{(aq)}\rightleftharpoons H^{+}_{(aq)}+X^{-} _{(aq)}\]Ka er reiknað á eftirfarandi hátt:

\[K_{a}=\frac{[H^{+}][X^{-}]}{[HX]}\]þar sem [H+], [X-] og [HX] eru mólstyrkir (e. molarity) viðkomandi efna eða jóna í vatnslausninni.

Oft þykir þreytandi að vinna með tölur með veldisvísum, því er einnig notað svokallað pKa í stað Ka sem fæst með því að taka mínus logrann af Ka gildinu:\[pK_{a} = -log K_{a}\]Tafla 2 sýnir sýrufasta og pKa vatnslausna vetnishalíðanna. HCl(aq), HBr(aq) og HI(aq) eru allar mjög rammar sýrur (há gildi sýrufastanna), sem þýðir að þær eru í raun 100% klofnar í vatnslausn. Það stingur þess vegna í stúf að flúrsýran (einnig kölluð flússýra eða flúorsýra) hafi miklu lægri sýrufasta, \(K_{a} = 6,61\cdot 10^{-4}\), sem þýðir að hún er um 8% klofin í H+ og F- í 0,1 M lausn. Þetta hefur verið skýrt á þann hátt að í vatnslausn hanga HF-sameindirnar saman í nokkurra sameinda keðjum vegna vetnistengja, sem á þann hátt draga úr klofnun einstakra sameinda.

Tafla 2. Sýrueiginleikar vatnslausna af vetnishalíðum.

Vatnslausn (sýra)
Sýrufasti (Ka)
pKa gildi
Flúrsýra, HF(aq)
$6,61\cdot 10^{-4}$
3,18
Saltsýra, HCl(aq)
\(1,3\cdot 10^{6}\)
-6,1
Brómsýra, HBr(aq)
\(1\cdot 10^{9}\)
-9
Joðsýra, HI(aq)
\(3,2\cdot 10^{9}\)
-9,5
HAt(aq)
Sterkasta HX-sýran
Sterkasta HX-sýran

Mynd:

Ítarefni:

Höfundur

Sigþór Pétursson

prófessor í efnafræði við HA

Útgáfudagur

28.10.2013

Spyrjandi

Edda Jónsdóttir

Efnisorð

Tilvísun

Sigþór Pétursson. „Hvað eru vetnishalíðar?“ Vísindavefurinn, 28. október 2013, sótt 21. nóvember 2024, https://visindavefur.is/svar.php?id=18105.

Sigþór Pétursson. (2013, 28. október). Hvað eru vetnishalíðar? Vísindavefurinn. https://visindavefur.is/svar.php?id=18105

Sigþór Pétursson. „Hvað eru vetnishalíðar?“ Vísindavefurinn. 28. okt. 2013. Vefsíða. 21. nóv. 2024. <https://visindavefur.is/svar.php?id=18105>.

Chicago | APA | MLA

Tengd svör

Skoða öll nýjustu svörin

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki

Senda grein til vinar

=

Hvað eru vetnishalíðar?
Halógenar skipa sautjánda flokk lotukerfisins (áður kallaður 7. flokkur). Þeir eru flúor (F), klór (Cl), bróm (Br), joð (I), astat (At) og frumefni númer 117 en enn á eftir að staðfesta tilvist þess og gefa því viðurkennt nafn samkvæmt Alþjóðasamtökum um hreina og hagnýta efnafræði (IUPAC). Samheiti mínushlaðinna jóna þeirra (anjóna) er halíðjón, X-. Efnasambönd halógenanna og vetnis kallast vetnishalíð (e. hydrogen halide), HX. Ýmsar upplýsingar um eiginleika þeirra má finna í töflu 1.

Tafla 1. Eiginleikar vetnishalíða.

Nafn
Tákn
Útlit við staðalaðstæður
Suðumark [°C]
Bræðslumark [°C]
Vetnisflúoríð
HF
Litlaust gas
19,5
-83,6
Vetnisklóríð
HCl
Litlaust gas
-85,05
-114,22
Vetnisbrómíð
HBr
Litlaust gas
-66,8
-86,9
Vetnisjoðíð
HI
Litlaust gas
-35,36
-50,80
Vetnisastatíð
HAt
Ekki þekkt
Ekki þekkt
Ekki þekkt

Astat fyrirfinnst í náttúrunni. Allar samsætur (e. isotopes) astats eru þó geislavirkar og er lengsti helmingunartími þeirra 8,1 klukkutími. Vinna með vetnisastatíð er afar takmörkuð þar sem það sundrast fljótt í vetni (H2) og astat (At2) auk þess sem astat umbreytist fljótt í önnur frumefni vegna geislavirkni.

Frumefni númer 117 finnst ekki í náttúrunni, tilvist þess er því einungis af mannavöldum, það er afleiðing kjarnasamruna í eindahröðlum. Þar sem einungis örfáar frumeindir af frumefninu hafa verið búnar til og allar samsætur frumefnisins eru skammlífar (minni en 0,08 sekúndur) vegna geislavirkni þá eru engar upplýsingar um vetnishalíð fyrir frumefni númer 117.

Myndin sýnir rafeindaþéttleika vetnishalíðsameindanna með vetni sem bláar kúlur og halógen sem litaðar kúlur. Rafdrægni (e. electronegativity) halógenanna og skautun vetnishalíðanna minnkar niður lotuna í lotukerfinu. Flúorfrumeindin heldur því best í sína vetnisfrumeind.

Best þekkta vetnishalíðið er eflaust vetnisklóríð HCl(g) sem er lofttegund við herbergisaðstæður. Mörgum kemur eflaust í hug saltsýra þegar þeir sjá formúluna HCl, en vetnisklóríðið sem slíkt er ekki saltsýra, heldur er vatnslausn af því saltsýra, HCl(aq).

Öll hin vetnishalíðin mynda líka súrar vatnslausnir en það er athyglisverður munur á remmu sýranna sem myndast, sérstaklega sker HF(aq) sig úr. Sýruremma er gefin til kynna með svokölluðum sýrufasta, Ka, sem segir til um hversu mikið sýran klofnar í jónir sínar í vatni. Ka fyrir HX(aq) (almennt tákn fyrir vatnslausn af vetnishalíði) gefur því til kynna hversu mikið HX er til staðar í vatnslausn og hversu mikið er af H+ og X-, það er að segja hvort jafnvægið fyrir hvarfið hér að neðan liggi mikið til vinstri eða hægri.\[HX_{(aq)}\rightleftharpoons H^{+}_{(aq)}+X^{-} _{(aq)}\]Ka er reiknað á eftirfarandi hátt:

\[K_{a}=\frac{[H^{+}][X^{-}]}{[HX]}\]þar sem [H+], [X-] og [HX] eru mólstyrkir (e. molarity) viðkomandi efna eða jóna í vatnslausninni.

Oft þykir þreytandi að vinna með tölur með veldisvísum, því er einnig notað svokallað pKa í stað Ka sem fæst með því að taka mínus logrann af Ka gildinu:\[pK_{a} = -log K_{a}\]Tafla 2 sýnir sýrufasta og pKa vatnslausna vetnishalíðanna. HCl(aq), HBr(aq) og HI(aq) eru allar mjög rammar sýrur (há gildi sýrufastanna), sem þýðir að þær eru í raun 100% klofnar í vatnslausn. Það stingur þess vegna í stúf að flúrsýran (einnig kölluð flússýra eða flúorsýra) hafi miklu lægri sýrufasta, \(K_{a} = 6,61\cdot 10^{-4}\), sem þýðir að hún er um 8% klofin í H+ og F- í 0,1 M lausn. Þetta hefur verið skýrt á þann hátt að í vatnslausn hanga HF-sameindirnar saman í nokkurra sameinda keðjum vegna vetnistengja, sem á þann hátt draga úr klofnun einstakra sameinda.

Tafla 2. Sýrueiginleikar vatnslausna af vetnishalíðum.

Vatnslausn (sýra)
Sýrufasti (Ka)
pKa gildi
Flúrsýra, HF(aq)
$6,61\cdot 10^{-4}$
3,18
Saltsýra, HCl(aq)
\(1,3\cdot 10^{6}\)
-6,1
Brómsýra, HBr(aq)
\(1\cdot 10^{9}\)
-9
Joðsýra, HI(aq)
\(3,2\cdot 10^{9}\)
-9,5
HAt(aq)
Sterkasta HX-sýran
Sterkasta HX-sýran

Mynd:

Ítarefni:

...