Кислоти

хімічна сполука

Кисло́ти, у класичному визначенні — електроліти, які при розчиненні в йонізуючому розчиннику (наприклад, у воді), дисоціюють з утворенням іонів водню (або протона Н+), таким чином знижуючи кислотність розчину до величини менше ніж pH 7,0.

Кислоти
Частково збігається з sournessd
Протилежне основа
CMNS: Кислоти у Вікісховищі

Загальний опис ред.

У сучасній хімії зазвичай використовується інше, хоча й подібне визначення Брьонстеда і Лоурі, за яким кислоти означаються як хімічні сполуки, що є донорами протонів і приймають електрони для утворення іонних зв'язків. Кислоти вступають у реакції з основами, утворюючи солі, а також діють як розчинники. Сильні кислоти корозійні, розбавлені кислоти мають кислий або гострий смак, хоча в деяких органічних кислотах цей смак частково схований за іншими смаковими характеристиками.

Прикладами дисоціації кислот у водному розчині з утворенням Н+ є такі:

HCl   H+ + Cl-
HNO3   H+ + NO-
3
H2SO4   2H+ + SO2-
4

Атоми водню, що входять до складу молекул кислот і можуть відщеплюватись від молекул кислот при їх дисоціації у вигляді катіонів водню Н+, називаються кислотними атомами водню. Кислотні атоми водню в молекулах кислот можуть заміщатися атомами металів (або металоподібних груп, як NH4) з утворенням солей.

Атоми або групи атомів, що сполучені з кислотними атомами водню в молекулах кислот, називаються кислотними залишками. Так, атом хлору в хлоридній кислоті (точніше, аніон хлору Cl-) називається кислотним залишком хлоридної кислоти, група атомів NO3 в нітратній кислоті (точніше аніон NO-
3
) є кислотним залишком нітратної кислоти, а група атомів SO4 (точніше аніон SO2-
4
) — в сульфатній кислоті.

Оксигеновмісні та безоксигенові кислоти ред.

Залежно від того, входить кисень до складу кислотного залишку чи не входить, кислоти поділяються на кисневі і безкисневі.

До найбільш вживаних кисневих кислот належать сульфатна (сірчана) кислота H2SO4, нітратна (азотна) кислота HNO3 і фосфатна (фосфорна) кислота H3PO4.

Кисневі кислоти можна розглядати також як гідроксиди (найчастіше неповні, або оксиди-гідроксиди) кислотних оксидів, тобто як продукти приєднання води до кислотних оксидів (ангідридів). їх зображають такою загальною формулою: n RxOy • m Н2О, де x і y залежать від валентності кислотоутворюючого елементу, а n і m — від типу кислоти. Наприклад:

SO3 + Н2О → SO3·Н2О, або SO2(ОН)2 (Сульфатна кислота Н2SO4)
Р2О5 + Н2О → Р2О5·Н2О, або 2РО2(ОН) (Метафосфатна кислота НРО3)
Р2О5 + 3Н2О → Р2О5·3Н2О, або 2РО(ОН)3 (Ортофосфатна кислота Н3РО4).

Однак гідроксидами (чи оксидами-гідроксидами) кислоти звичайно не називають, а терміном гідроксид користуються тільки для назв основ (гідроксидів металів) і амфотерних гідроксидів. Прикладом найбільш вживаних безкисневих кислот можуть бути хлоридна (хлороводнева, або соляна) кислота HCl, бромідна кислота HBr, сульфідна (сірководнева) Н2S і інші кислоти.

Основність кислот ред.

Залежно від кількості кислотних атомів водню молекули кислот поділяються на одноосновні, двоосновні, триосновні тощо. Наприклад, хлоридна кислота HCl — одноосновна, сульфатна кислота H2SO4 — двоосновна, фосфатна кислота H3PO4 — триосновна тощо.

Структурні формули ред.

При складанні структурних формул кислот слід мати на увазі, що кислотні атоми водню в молекулах кисневих кислот зв'язані не безпосередньо з атомом кислотоутворюючого елементу, а через кисень. Це треба пам'ятати, бо є чимало кислот, основність яких не збігається з кількістю атомів водню у складі їх молекул. Так, до складу ацетатної кислоти (оцтової кислоти) входять чотири атоми водню, хоч вона одноосновна. Останнє пояснюється тим, що в молекулі цієї кислоти тільки один атом водню сполучений з атомом вуглецю через кисень, а три атоми зв'язані безпосередньо з атомом вуглецю. Тому при дисоціації молекула ацетатної кислоти відщеплює лише один катіон водню, який може заміщатися катіоном металу з утворенням солі:

 

На відміну від кисневих, у молекулах безкисневих кислот кислотні атоми водню зв'язані безпосередньо з атомами кислотоутворюючого елементу. Зазвичай кислотоутворюючий елемент належить до галогенів чи халькогенів, але можливі галогензамінні групи (HCN — синильна кислота). Для прикладу наведемо структурні формули деяких кислот:

     Н2S               Н2SO4            H3PO4               СН3СООН
                        Н—О   О           Н—О                   Н  О
      H- S                 \ //              \                  | //
         |                  S	          Н—О—Р → О           Н—С—С
         H                 / \\              /                  |  \
                        H—O   O           H—O                   H   O—H
Сульфідна кислота	Сульфатна кислота Фосфатна кислота Ацетатна кислота

Номенклатура ред.

Назви кислот найкраще виводити від міжнародних назв кислотних залишків. При цьому для кисневих кислот у випадку проявлення кислотоутворюючим елементом найвищої можливої валентності назва кислоти має закінчення -атна, наприклад:

HNO3 — нітратна кислота (азотна)
Н2SO4 — сульфатна кислота (сірчана)
Н3РО4 — ортофосфатна кислота (фосфорна)
НРО3 — метафосфатна кислота
Н2СО3 — карбонатна кислота (вугільна)
Н3ВО3 — боратна кислота (борна)

Якщо ж кислотоутворюючий елемент проявляє в молекулі даної кислоти нижчу позитивну валентність, то назва кислоти має закінчення -итна або -ітна. Наприклад:

HNO2 — нітритна кислота (азотиста): Н2SO3 — сульфітна кислота (сірчиста)

Назви безкисневих кислот у таких випадках мають закінчення -идна або -ідна. Наприклад:

HCl — хлоридна кислота (хлороводнева, або соляна): HI — йодидна кислота (йодоводнева): HBr — бромідна кислота (бромоводнева): H2S — сульфідна кислота (сірководнева)

Властивості ред.

Деякі кислоти при звичайних умовах являють собою рідини, наприклад нітратна HNO3 і сульфатна Н2SO4 кислоти, а деякі — тверді речовини, як фосфатна кислота Н3РО4, боратна Н3ВО3 і ін. Більшість кислот добре розчиняється у воді, але деякі практично не розчиняються (наприклад, силікатна кислота H2SiO3). Водні розчини кислот відзначаються кислим смаком, руйнують рослинні і тваринні тканини і змінюють забарвлення індикаторів, зокрема забарвлюють лакмус у червоний колір. Ці спільні властивості усіх кислот обумовлюються наявністю в їх розчинах іонів водню.

Хімічні властивості кислот визначаються їх відношенням до основ і основних оксидів. Найхарактернішою властивістю їх є здатність вступати з основами в реакції нейтралізації.

Наприклад:

HCl + NaOH → NaCl + H2O
3H2SO4 + 2Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + 6Н2О

З основними і амфотерними оксидами кислоти теж утворюють солі:

2HNO3 + MgO → Mg(NO3)2 + H2O
3H2SO4 + Al2O3 → Al2(SO4)3 + 3H2O

Крім того, кислоти взаємодіють і з активними металами (що стоять в електрохімічному ряду напружень лівіше від водню) з утворенням солі і виділенням водню (з нітратної кислоти водень не виділяється). Наприклад:

2HCl + Zn → ZnCl2 + H2
3H2SO4(розбавлена) + 2Al → Al2(SO4)3 + 3H2

Одержання ред.

Кислоти, як і основи, можна добувати різними способами.

1. Безпосереднім сполученням ангідридів з водою:

SO3 + Н2О → Н2SO4
N2O5 + Н2О → 2HNO3

Цим способом можна одержувати кислоти тільки в тому випадку, коли ангідрид безпосередньо взаємодіє з водою. При цьому слід мати на увазі, що при одержанні деяких кислот залежно від умов одна молекула ангідриду може реагувати з одною, двома і більше молекулами води. Внаслідок цього молекула утворюваної кислоти може містити різну кількість атомів водню і кисню, хоч валентність кислотоутворюючого елементу залишається тою ж самою. Якщо кислота утворюється внаслідок взаємодії одної молекули ангідриду з одною молекулою води, то до назви кислоти додається префікс мета-, а коли на одну молекулу ангідриду припадає дві або три молекули води, то додається префікс орто-.

Наприклад:

Р2О5 + H2O → 2НРО3 метафосфатна кислота: Р2О5 + 3Н2О → 2Н3РО4 ортофосфатна кислота

2. Взаємодією кислот з солями. Цим способом можна користуватися тоді, коли одержувана кислота є леткою або нерозчинною. Наприклад:

Н2SO4 + 2NaCl → Na2SO4 + 2HCl ↑ (при нагріванні): H2SO4 + Na2SiO3 → Na2SO4 + H2SiO3

3. Безкисневі кислоти можна одержувати як їх витісненням з солей іншими кислотами, так і безпосереднім сполученням елементів з наступним розчиненням одержуваних кислот у воді.

Наприклад:

FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S ↑
Н2 + Cl2 → 2HCl

В техніці для добування хлоридної кислоти користуються останнім способом.

Див. також ред.

Джерела ред.

Посилання ред.