Kwasy

Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Przykłady kwasów / Sposoby odróżniania kwasów od innych substancji (wskazniki) / Podział kwasów / Kwasy beztlenowe / Kwasy tlenowe / Właściwości kwasów /

Przykłady kwasów

Kwasy znane już były w starożytności. Jedynym kwasem, który był znany w tym okresie jest kwas octowy znany pod nazwą kwasu winnego - actum. Od tego słowa pochodzi łacińska nazwa tej grupy związków - acidum. Są to związki charakteryzujące się kwaśnym smakiem. W naszym codziennym otoczeniu często spotykamy kwasy. Tymi kwasami są:

• kwas octowy
• kwas cytrynowy
• kwas węglowy
• kwas masłowy
• kwas szczawiowy
• kwas siarkowy (akumulatory)
• kwas mrówkowy (jad mrówek, oparzenia pokrzywy)
• kwas stearynowy

Jak możemy kwasy odróżnić od innych substancji?

Sposoby odróżniania kwasów od innych substancji (wskazniki)

W celu stwierdzenia, czy mamy do czynienia z kwasem czy inną substancją wykorzystuje się różnego rodzaju wskazniki. Są to substancje, które w obecności kwasu zmienią swoje zabarwienie. Najprostszym wskaznikiem, który możemy zrobić w warunkach domowych jest wywar z czerwonej kapusty.

Fioletowe zabarwienie wywaru z czerwonej kapusty zmienia się na różowe w obecności kwasu

Innymi wskaznikami stosowanymi do wykrywania kwasów są - tabela niżej.

Zabarwienie wskazników

Wskazniki to substancje umożliwiające wizualne zaobserwowanie odczynu roztworu

Podział kwasów

Przedstawicielami kwasów są następujące substancje chemiczne - tabela niżej

Kwasy

Nazwa kwasu	Wzór chemiczny
kwas chlorowodorowy	HCl
kwas bromowodorowy	HBr
kwas jodowodorowy	HI
kwas fluorowodorowy	HF
kwas siarkowodorowy	H2S
kwas siarkowy(IV)	H2SO3
kwas siarkowy(VI)	H2SO4
kwas węglowy	H2CO3
kwas fosforowy(V)	H3PO4
kwas azotowy(V)	HNO3
kwas azotowy(III)	HNO2

W nazwach kwasów posiadających w cząsteczce atom tlenu w nawiasie cyframi rzymskimi podana jest wartościowość atomu centralnego

Wszystkie kwasy zebrane w tabeli mają częśc wspólną, występującą we wszystkich kwasach. Tą częścią wspólną dla wszystkich kwasów jest atom wodoru, który w zależności od rodzaju kwasu występuje w różnych ilościach (patrz indeksy dolne przy atomach wodoru). Prosta analiza wzorów kwasów pokazuje, że można im przypisac wzór ogólny.

H_nR

gdzie: R - oznacza reszte kwasową a n- ilośc atomów wodoru, równa wartościowści reszty kwasowej

Przykłady

Kwasy

Nazwa kwasu	Ilość atomów wodoru	Wzór reszty kwasowej R	Wartościowość reszty kwasowej R
kwas chlorowodorowy HCl	H -1	Cl	I
kwas siarkowodorowy H2S	H - 2	S	II
kwas azotowy(V) HNO3	H - 1	NO3	I
kwas siarkowy(VI) H2SO4	H - 2	SO4	II
kwas fosforowy(V) H3PO4	H - 3	PO4	III

Ze względu na skład reszty kwasowej, kwasy dzielimy na: kwasy beztlenowe, których reszta kwasowa nie zawiera atomów tlenu kwasy tlenowe, których reszta kwasowa zawiera atom(y) tlenu (patrz tabela)

Kwasy beztlenowe

Kwas chlorowodorowy
Najważniejszym kwasem beztlenowym jest kwas chlorowodorowy HCl nazywany również kwasem solnym. Cząsteczka kwasu chlorowodorowego składa się z jednego atomu wodoru i jednego atomu chloru.

Kwas chlorowodorowy otrzymujemy w reakcji spalania wodoru w chlorze a następnie rozpuszczenie otrzymanego gazowego HCl w wodzie.

H₂ + Cl₂ ---> 2HCl

Kwasy beztlenowe są wodnymi roztworami wodorków kwasowych, dlatego dla odróżnienia od gazowego wodorku do wzoru kwasu beztlenowego dodaje sie symbol aq Przykład - HClaq

Kwas chlorowodorowy występuje w soku żołądkowym człowieka i pozostałych ssaków, odgrywając ważną rolę w procesach trawiennych.
Na skalę przemysłową otrzymywany jest z soli kamiennej i stąd wywodzi się jego nazwa zwyczajowa - kwas solny. Jest to kwas, który reaguje z wieloma metalami, gdzie jednym z produktów reakcji jest gazowy wodór.

Zn + 2HCl ---> ZnCl₂ + H₂

Kwas siarkowodorowy - H₂S

Kwas siarkowodorowy w postaci gazowej jest bezbarwnym gazem o nieprzyjemnym zapachu zgniłych jaj. Wchłaniany drogami oddechowymi jest bardzo niebezpieczny dla zdrowia.

Siarkowodór rozpuszczony w wodzie tworzy kwas siarkowodorowy H₂S_aq. Sam siarkowodór można otrzymać w reakcji spalnia wodoru w oparach siarki

H₂ + S ---> H₂S

Kwasy tlenowe

Kwasy tlenowe w odróżnieniu od kwasów beztlenowych powstają w wyniku rozpuszczenia w wodzie tlenków niemetali.

Tlenki niemetali, które z wodą tworzą kwasy, nazywamy bezwodnikami kwasowymi. Najbardziej znanymi bezwodnikami kwasowymi są: tlenek siarki(IV) - SO2, tlenek siarki(VI) - SO3, tlenek węgla(IV) - CO2, tlenek fosforu(V) - P2O5, tlenek azotu(V) - N2O5 Uwaga: w nazwie tlenku cyfra rzymska podaje wartościowość niemetalu

Kwasy tlenków siarki

Ponieważ mamy dwa tlenki siarki, tj. tlenek siarki(IV) i tlenek siarki(VI), dlatego też mamy odpowiadające im kwasy tlenowe, a mianowicie; kwas siarkowy(IV)-H₂SO₃ i kwas siarkowy(VI) - H₂SO₄.

Kwas siarkowy(VI) - H₂SO₄ - najbardziej znanym kwasem siarkowym jest kwas siarkowy(VI), który otrzymujemy w wyniku rozpuszczenia tlenku siarki(VI) w wodzie. W czasie rozpuszczania zachodzi reakcja chemiczna

SO₃ + H₂O ---> H₂SO₄

Poniżej model cząsteczki kwasu siarkowego(VI) i jego wzór strukturalny

Sam tlenek siarki(VI) otrzymujemy przez utlenienie tlenku siarki(IV) w obecności tlenku wanadu(V)

2SO₂ + O₂ ---> 2SO₃

Kwas siarkowy(VI), jest jednym z najważniejszych chemikaliów; znajduje zastosowanie w całym przemyśle chemicznym i przemysłach z nim związanych. Jest on ciężką, oleistą cieczą, dymiącą lekko na powietrzu w wyniku wydzielania tlenku siarki(VI).
Stężony jest substancją wywołującą korozję. Ma on duże powinowactwo do wody; podczas mieszania z wodą wydziela się duża ilość ciepła. Przy czynności tej należy zachować nie tylko szczególną ostrożność, ale również przestrzegać właściwej kolejności mieszania.

Nie wolno nigdy wlewać wody do kwasu, gdyż wtedy woda może powodować wypryskiwanie kropel z naczynia

Kwas siarkowy(VI) ma zastosowanie w:

• produkcji papieru
• produkcji materiałow wybuchowych
• produkcji nawozów sztucznych
• produkcji barwników
• produkcji włókien sztucznych
• produkcji akumulatorów

Kwas siarkowy(IV) H₂SO₃. Istnieje jedynie w roztworze wodnym. Tworzy sole o nazwie siarczany(IV). Ogrzewany ulega rozkładowi zgodnie z reakcją.

H₂SO₃ <=> H₂O + SO₂

Kwas azotowy

Kwas azotowy(V) - HNO₃ - otrzymujemy w reakcji tlenku azotu(V) z wodą.

N₂O₅ + H₂O ---> 2HNO₃

Poniżej wzór strukturalny i model cząsteczki kwasu azotowego(V)

Kwas azotowy HNO₃, jest bezbarwną cieczą o silnych właściwościach utleniających. W zetknięciu ze skórą zabarwia ją na żółto.
Z uwagi na swoje właściwości utleniające, kwas azotowy a szczególnie jego związki chemiczne (saletra, nitrogliceryna, trotyl, nitroceluloza, itd.) jest wykorzystywany w produkcji materiałow wybuchowych. Ponadto kwas azotowy jest wykorzystywany w:

• produkcji leków
• nawozów mineralnych
• tworzyw sztucznych
• barwników
• farb i lakierów

Kwas fosforowy(V) - H₃PO₄

Kwas fosforowy(V) otrzymujemy w reakcji tlenku fosforu(V) z wodą

P₂O₅ + 3H₂O ---> 2H₃PO₄

Kwas fosforowy jest w odróżnieniu od wcześniej opisanych kwasów jest kwasem znacznie słabszym. W warunkach normalnych jest substancją krystaliczną rozpływającą się na powietrzu.

Kwas fosforowy ma zastosowanie:

• do wyrobu proszków do pieczenia
• do wyrobu detergentów
• do ulepszania (zmiękczania) wody
• do produkcji nawozów sztucznych (superfosfat)

Kwas fosforowy ma duże znaczenie biologiczne, szczególnie w biologicznym rozmnażaniu żywych organizmów. Jest częścią kwasów nukleinowych DNA i RNA, które biorą udział w procesie dziedziczenia i funkcjonowania komórek. Pod postacią ATP dostarcza energii dla przeważającej części reakcji przebiegających w ciele ludzkim i innych organizmach żywych.

Kwas węglowy - H₂CO₃

Kiedy dwutlenek węgla rozpuszcza sie w wodzie, część jego reaguje z wytworzeniem kwasu węglowego.

CO₂ + H₂O --> H₂CO₃

W taki sam sposób otrzymuje się wody gazowane dostępne w handlu, czyli możemy wnioskować, że woda gazowana jest kwasem węglowym, bo tak faktycznie jest.

W przyrodzie występuje wiele związków kwasu weglowego. Tymi związkami są:

• kamień wapienny
• marmur
• jest składnikiem pereł, korali i wielu muszli

Minerały kwasu węglowego wykorzystuje się:

• jako materiał budowlany
• do produkcji cementu
• produkcji wapna palonego
• produkcji sody krystalicznej i sody oczyszczonej

Właściwości kwasów

Kwasy to z reguły substancje aktywne chemicznie. Wiele kwasów reaguje z metalami i tlenkami metali a najbardziej charakterystyczną reakcją dla kwasów jest reakcja z wodorotlenkami. Wspólnym dla wszystkich kwasów jest zjawisko przewodzenia prądu elektrycznego. Jeżeli roztwory kwasów przewodzą prąd elektryczny, to dowodzi że w roztworze muszą znajdować się nośniki prądu elektrycznego.

Co jest nośnikiem prądu elektrycznego w roztworze kwasów?

Otóz okazuje się, że nośnikami prądu elektrycznego w roztworach kwasów są; kationy wodorowe (H+) i aniony reszt kwasowych (Cl-, CO32-, SO42-, PO43-,.....) . Jony które pojawiły się w roztworze są wynikiem oddziaływania cząsteczek wody z cząsteczkami kwasu a efektem jest rozpad na jony. Proces w wyniku którego nastąpił rozpad substancji na jony nosi nazwę dysocjacji.

Przykład - kwas chlorowodorowy (kwas solny)
Cząsteczka kwasu chlorowodorowego jest dipolem, podobnie jak cząsteczka wody. W wyniku wzajemnego odziaływania dipoli kwasu chlorowodorowego i wody, dochodzi do zwiększenia odległości między jądrami atomów tworzących cząsteczkę chlorowodoru. Następstwem tego jest rozerwanie wiązania i powstanie swobodnych jonów.

HCl ---> H⁺ + Cl^-

Według podobnego mechanizmu dysocjują pozostałe kwasy.

Przykłady dysocjacji kwasów

HCl ---> H+ + Cl- H2S <==> 2H+ + S2- H2SO4 ---> 2H+ + SO42- H2SO3 ---> 2H+ + SO32- H3PO4 ---> 3H+ + PO43- HNO3 ---> H+ + NO3- H2CO3 <==> 2H+ + CO32-

Nie wszystkie kwasy w roztworach rozpadają się na jony całkowicie. Przykładem kwasu, który nie rozpada sie na jony całkowicie jest kwas siarkowodorowy (H₂S) i kwas węglowy (H₂CO₃)
Przedstawione wyżej równania dysocjacji kwasów zawierające w cząsteczce więcej jak jeden atom wodoru stanowią tylko uproszczoną interpretację tego procesu. W rzeczywistości kwasy takie dysocjują stopniowo.

H2SO4 ---> H+ + HSO4- HSO4- ---> H+ + SO42- H2SO4 ---> 2H+ + SO42-

Jeżeli kwas w roztworze wodnym całkowicie dysocjuje, to w zapisie równania dysocjacji występuje jedna strzałka (--->). Umieszczenie dwóch strzałek (<==>) wskazuje, że substancja ulega częściowej dysocjacji.

Reakcje kwasów - przykłady

Reakcje z metalami

Zn + 2HCl --> ZnCl2 + H2 Zn + H2SO4 --> ZnSO4 + H2 2Al + 6HNO3 --> 2Al(NO3)3 + 3H2 6Na + 2H3PO4 --> 2Na3PO4 + 3H2 __________________________ Najczęściej w reakcji kwasów z metalami mamy do czynienia z procesem wypierania wodoru przez metal. Produktami reakcji są sól i gazowy wodór. Sól to substancja zawierająca w cząsteczce metal i resztę kwasową - MnRm gdzie: M - metal, R - reszta kwasowa, n - ilość atomów metali, m - ilość reszt kwasowych __________________________ Są kwasy (silne utleniacze), które w reakcji z metalem dają inne produkty jak wymienione wyżej. Takim kwasem jest kwas azotowy(V). 3Cu + 8HNO3 --> 3Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Reakcje z tlenkami

K2O + 2HCl ---> 2KCl + H2O CaO + H2SO4 --> CaSO4 + H2O Al2O3 + H3PO4 --> AlPO4 + H2O __________________________ Produktem reakcji kwasów z tlenkami są sól i woda. Więcej o tlenkach i reakcjach tlenków w temacie tlenki

Reakcje z wodorotlenkami

NaOH + HBr --> NaBr + H2O KOH + H2SO4 ---> K2SO4 + H2O Ca(OH)2 + HNO3 ---> Ca(NO3)2 + H2O __________________________ Produktem reakcji kwasów z tlenkami są sól i woda. Reakcja kwasów z wodorotlenkami nosi nazwę reakcji zobojętniania. Więcej o wodorotlenkach i reakcjach wodorotlenków w temacie wodorotlenki

Wzory soli - sposób zapisywania

Do wyprowadzania wzorów soli wykorzystujemy znajomość wartościowości metalu i reszty kwasowej.

Ważne pojęcia

Wskaźniki - to substancje umożliwiające wizualne zaobserwowanie odczynu roztworu. Kwasy tlenowe - to kwasy, których reszta kwasowa zawiera atom tlenu. Kwasy beztlenowe - to kwasy, których reszta kwasowa nie zawiera atomów tlenu. Reakcja zobojętniania - to reakcja kwasu z wodorotlenkiem.

POWRÓT

DALEJ