Виды химических кислот. Как применяют кислоты

План:

Введение

• 1 Определение кислоты
• 2 Классификация кислот
• 3 Химические свойства кислот
• 4 Некоторые распространённые кислоты
  • 4.1 Неорганические (минеральные) кислоты
  • 4.2 Органические кислоты
• 5 Интересные факты
Примечания

Введение

Кисло́ты - сложные вещества, которые состоят из атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и кислотных остатков. Они получили своё название из-за кислого вкуса большинства кислот. В водных растворах они диссоциируют на катион водорода (протон) и анион кислотного остатка.

По определению Льюиса, кислота - это электролит (вещество, участвующее в реакциях с переходом электрона), принимающий электронную пару в реакции с основанием, то есть веществом, отдающим электронную пару (см. кислота Льюиса). В теории Бренстеда-Лоури, кислота - вещество, отдающее протон (основание - вещество, принимающее протон).

В рамках теории электролитической диссоциации кислота - это электролит, при электролитической диссоциации которого из катионов образуются лишь катионы водорода.

Соляная кислота (в стакане)

1. Определение кислоты

В 1778 французский химик Антуан Лавуазье предположил, что кислотные свойства обусловлены наличием в молекуле атомов кислорода. Эта гипотеза быстро доказала свою несостоятельность, так как многие кислоты не имеют в своём составе кислорода, в то время как многие кислородсодержащие соединения не проявляют кислотных свойств. Тем не менее, именно эта гипотеза дала название кислороду как химическому элементу.

В 1839 немецкий химик Юстус Либих дал такое определение кислотам: кислота - это водородосодержащее соединение, водород которого может быть замещён на металл с образованием соли .

Первую попытку создать общую теорию кислот и оснований предпринял шведский физикохимик Сванте Аррениус. Согласно его теории, сформулированной в 1887, кислота - это соединение, диссоциирующее в водном растворе с образованием протонов (ионов водорода H +) . Теория Аррениуса быстро показала свою ограниченность, она не могла объяснить многих экспериментальных фактов. В наше время она имеет главным образом историческое и педагогическое значение.

В настоящее время наиболее распространены три теории кислоты и оснований. Они не противоречат друг другу, а дополняют.

• По теории сольвосистем , начало которой положили работы американских химиков Кэди и Франклина, опубликованные в 1896-1905 гг., кислота - такое соединение, которое даёт в растворе те положительные ионы, которые образуются при собственной диссоциации растворителя (Н 3 О + , NH 4 +) . Это определение хорошо тем, что не привязано к водным растворам.
• По протонной теории кислот и оснований , выдвинутой в 1923 г. независимо датским учёным Йоханнесом Брёнстедом и английским учёным Томасом Лоури, кислоты - водородсодержащие вещества, отдающие при реакциях положительные ионы водорода - протоны . Слабость этой теории в том, что она не включает в себя не содержащие водорода вещества, проявляющие кислотные свойства, так называемые апротонные кислоты.
• По электронной теории , предложенной в 1923 г. американским физикохимиком Гилбертом Льюисом, кислота - вещество, принимающее электронные пары, то есть акцептор электронных пар . Таким образом, в теории Льюиса кислотой могут быть как молекула, так и катион, обладающие низкой по энергии свободной молекулярной орбиталью.
• Пирсон модифицировал теорию Льюиса с учётом характеристик орбиталей-акцепторов, введя понятие жёстких и мягких кислот и оснований (принцип Пирсона или принцип ЖМКО). Жёсткие кислоты характеризуются высокой электроотрицательностью и низкой поляризуемостью атома, несущего свободную орбиталь, мягкие кислоты, соответственно, характеризуются низкой электроотрицательностью и высокой поляризуемостью атома, несущего свободную орбиталь.

Следует также отметить, что многие вещества проявляют амфотерные свойства, то есть ведут себя как кислоты в реакциях с основаниями и как основания - в реакциях с более сильной кислотой.

2. Классификация кислот

• По содержанию кислорода
  • бескислородные (HCl, H 2 S);
  • кислородосодержащие (HNO 3).
• По основности - количество кислых атомов водорода
  • Одноосновные (HNO 3);
  • Двухосновные (H 2 SeO 4 , Азелаиновая кислота);
  • Трёхосновные (H 3 PO 4 , H 3 BO 3).
  • Четырёхосновные (H 4 CO 4).
  • Шестиосновные
• По силе
  • Сильные - диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1×10 −3 (HNO 3);
  • Слабые - константа диссоциации меньше 1×10 −3 (уксусная кислота K д = 1,7×10 −5).
• По устойчивости
  • Устойчивые (H 2 SO 4);
  • Неустойчивые (H 2 CO 3).
• По принадлежности к классам химических соединений
  • Неорганические (HBr);
  • Органические (HCOOH);
• По летучести
  • Летучие (H 2 S, HCl);
  • Нелетучие (H 2 SO 4) ;
• По растворимости в воде
  • Растворимые (H 2 SO 4);
  • Нерастворимые (H 2 SiO 3);

3. Химические свойства кислот

• Взаимодействие с основными оксидами с образованием соли и воды:

• Взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли и воды:

• Взаимодействие со щелочами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации) :

• Взаимодействие с нерастворимыми основаниями с образованием соли и воды, если полученная соль растворима:

• Взаимодействие с солями, если выпадает осадок или выделяется газ:

• Сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей:

(в данном случае образуется непрочная угольная кислота , которая сразу же распадается на воду и углекислый газ)

• С азотной кислотой и концентрированной серной кислотами реакция идёт иначе:

См. статью Взаимодействие кислот с металлами.

• Для органических кислот характерна реакция этерификации (взаимодействие со спиртами с образованием сложного эфира и воды):

Например,

4. Некоторые распространённые кислоты

4.1. Неорганические (минеральные) кислоты

• Азотистая кислота
• Азотная кислота
• Борная кислота
• Бромоводородная кислота
• Йодоводородная кислота
• Йодноватая кислота
• Иодная кислота
• Серная кислота
• Соляная кислота
• Ортофосфорная кислота
• Ортокарбоновая кислота
• Сернистая кислота
• Сероводородная кислота
• Фтороводородная кислота
• Хлорноватистая кислота
• Хлорноватая кислота
• Хлористая кислота
• Хлорная кислота
• Кремниевая кислота
• Марганцовая кислота
• Угольная кислота
• Синильная кислота
• Плавиковая кислота
• Роданистоводородная кислота
• Тиосерная кислота
• Мышьяковая кислота
• Молибденовая кислота
• Технециевая кислота (пертехнециевая кислота)
• Полониевая кислота
• Плутониевая кислота (H 2 PuO 4)
• Метафосфорная кислота
• Хромовая кислота

4.2. Органические кислоты

• Адипиновая кислота
• Азелаиновая кислота
• Акриловая кислота
• Аконитовая кислота
• Аскорбиновая кислота (витамин C)
• Валериановая кислота
• Винная кислота
• Гиалуроновая кислота
• Дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК)
• Капроновая кислота
• Лауриновая кислота
• Лизергиновая кислота
• Лимонная кислота
• Масляная кислота
• Малоновая кислота
• Молочная кислота
• Мочевая кислота
• Муравьиная кислота
• Олеиновая кислота
• Пальмитиновая кислота
• Пировиноградная кислота
• Пропионовая кислота
• Салициловая кислота
• Стеариновая кислота
• Уксусная кислота
• Щавелевая кислота
• Яблочная кислота
• Янтарная кислота

5. Интересные факты

• Подземное животное голый землекоп имеет нечувствительные к кислоте клетки кожи даже при pH менее 3,5.
• У крокодила в желудке pH бывает меньше 0,5.

Кислоты - это такие химические соединения, которые способны отдавать электрически заряженный ион (катион) водорода, а также принимать два взаимодействущих электрона, вследствие чего образуется ковалентная связь.

В данной статье мы рассмотрим основные кислоты, которые изучают в средних классах общеобразовательных школ, а также узнаем множество интересных фактов о самых разных кислотах. Приступим.

Кислоты: виды

В химии существует множество самых разнообразных кислот, которые имеют самые разные свойства. Химики различают кислоты по содержанию в составе кислорода, по летучести, по растворимости в воде, силе, устойчивости, принадлежности к органическому или неорганическому классу химических соединений. В данной статье мы рассмотрим таблицу, в которой представлены самые известные кислоты. Таблица поможет запомнить название кислоты и ее химическую формулу.

Итак, все наглядно видно. В данной таблице представлены самые известные в химической промышленности кислоты. Таблица поможет намного быстрее запомнить названия и формулы.

Сероводородная кислота

H 2 S - это сероводородная кислота. Ее особенность заключается в том, что она еще и является газом. Сероводород очень плохо растоворяется в воде, а также взаимодействует с очень многими металлами. Сероводородная кислота относится к группе "слабые кислоты", примеры которых мы рассмотрим в данной статье.

H 2 S имеет немного сладковатый вкус, а также очень резкий запах тухлых яиц. В природе ее можно встретить в природном или вулканическом газах, а также она выделяется при гниении белка.

Свойства кислот очень разнообразны, даже если кислота незаменима в промышленности, то может быть очень неполезна для здоровья человека. Данная кислота очень токсична для человека. При вдыхании небольшого количество сероводорода у человека пробуждается головная боль, начинается сильная тошнота и головокружение. Если же человек вдохнет большое количество H 2 S, то это может привести к судорогам, коме или даже мгновенной смерти.

Серная кислота

H 2 SO 4 - это сильная серная кислота, с которой дети знакомятся на уроках химии еще в 8-м классе. Химические кислоты, такие как серная, являются очень сильными окислителями. H 2 SO 4 действует как окислитель на очень многие металлы, а также основные оксиды.

H 2 SO 4 при попадании на кожу или одежду вызывает химические ожоги, однако она не так токсична, как сероводород.

Азотная кислота

В нашем мире очень важны сильные кислоты. Примеры таких кислот: HCl, H 2 SO 4 , HBr, HNO 3 . HNO 3 - это всем известная азотная кислота. Она нашла широкое применение в промышленности, а также в сельском хозяйстве. Ее используют для изготовления различных удобрений, в ювелирном деле, при печати фотографий, в производстве лекарственных препаратов и красителей, а также в военной промышленности.

Такие химические кислоты, как азотная, являются очень вредными для организма. Пары HNO 3 оставляют язвы, вызывают острые воспаления и раздражения дыхательных путей.

Азотистая кислота

Азотистую кислоту очень часто путают с азотной, но разница между ними есть. Дело в том, что намного слабее азотной, у нее совершенно другие свойства и действие на организм человека.

HNO 2 нашла широкое применение в химической промышленности.

Плавиковая кислота

Плавиковая кислота (или фтороводород) - это раствор H 2 O c HF. Формула кислоты - HF. Плавиковая кислота очень активно используется в алюминиевой промышленности. Ею растворяют силикаты, травят кремний, силикатное стекло.

Фтороводород является очень вредным для организма человека, в зависимости от его концентрации может быть легким наркотиком. При попадании на кожу сначала никаких изменений, но уже через несколько минут может появиться резкая боль и химический ожог. Плавиковая кислота очень вредна для окружающего мира.

Соляная кислота

HCl - это хлористый водород, является сильной кислотой. Хлористый водород сохраняет свойства кислот, относящихся к группе сильных. На вид кислота прозрачна и бесцветна, а на воздухе дымится. Хлористый водород широко применяется в металлургической и пищевой промышленностях.

Данная кислота вызывает химические ожоги, но особо опасно ее попадание в глаза.

Фосфорная кислота

Фосфорная кислота (H 3 PO 4) - это по своим свойствам слабая кислота. Но даже слабые кислоты могут иметь свойства сильных. Например, H 3 PO 4 используют в промышленности для восстановления железа из ржавчины. Помимо этого, форсфорная (или ортофосфорная) кислота широко используется в сельском хозяйстве - из нее изготавливают множество разнообразных удобрений.

Свойства кислот очень схожи - практически каждая из них очень вредна для организма человека, H 3 PO 4 не является исключением. Например, эта кислота также вызывает сильные химические ожоги, кровотечения из носа, а также крошение зубов.

Угольная кислота

H 2 CO 3 - слабая кислота. Ее получают при растворении CO 2 (углекислый газ) в H 2 O (вода). Угольную кислоту используют в биологии и биохимии.

Плотность различных кислот

Плотность кислот занимает важное место в теоретической и практической частях химии. Благодаря знанию плотности можно определить концентрацию той или иной кислоты, решить расчетные химические задачи и добавить правильное количество кислоты для совершения реакции. Плотность любой кислоты меняется в зависимости от концентрации. Например, чем больше процент концентрации, тем больше и плотность.

Общие свойства кислот

Абсолютно все кислоты являются (то есть состоят из нескольких элементов таблицы Менделеева), при этом обязательно включают в свой состав H (водород). Далее мы рассмотрим которые являются общими:

1. Все кислородсодержащие кислоты (в формуле которых присутствует O) при разложении образуют воду, а также А бескислородные при этом разлагаются на простые вещества (например, 2HF разлагается на F 2 и H 2).
2. Кислоты-окислители взаимодействуют со всеми металлами в ряду активности металлов (только с теми, которые расположены слева от H).
3. Взаимодействуют с различными солями, но только с теми, которые были образованы еще более слабой кислотой.

По своим физическим свойствам кислоты резко отличаются друг от друга. Ведь они могут иметь запах и не иметь его, а также быть в самых разных агрегатных состояниях: жидких, газообразных и даже твердых. Очень интересны для изучения твердые кислоты. Примеры таких кислот: C 2 H 2 0 4 и H 3 BO 3 .

Концентрация

Концентрацией называют величину, которая определяет количественный состав любого раствора. Например, химикам часто необходимо определить то, сколько в разбавленной кислоте H 2 SO 4 находится чистой серной кислоты. Для этого они наливают небольшое количество разбавленной кислоты в мерный стакан, взвешивают и определяют концентрацию по таблице плотности. Концентрация кислот узко взаимосвязана с плотностью, часто на определение концетрации встречаются расчетные задачи, где нужно определить процентное количество чистой кислоты в растворе.

Классификация всех кислот по количеству атомов H в их химической формуле

Одной из самых популярных классификаций является разделение всех кислот на одноосновные, двухосновные и, соответственно, трехосновные кислоты. Примеры одноосновных кислот: HNO 3 (азотная), HCl (хлороводородная), HF (фтороводородная) и другие. Данные кислоты называются одноосновными, так как в их составе присутствует всего лишь один атом H. Таких кислот множество, абсолютно каждую запомнить невозможно. Нужно лишь запомнить, что кислоты классифицируют и по количеству атомов H в их составе. Аналогично определяются и двухосновные кислоты. Примеры: H 2 SO 4 (серная), H 2 S (сероводородная), H 2 CO 3 (угольная) и другие. Трехосновные: H 3 PO 4 (фосфорная).

Основная классификация кислот

Одной из самых популярных классификаций кислот является разделение их на кислородосодержащие и бескислородные. Как запомнить, не зная химической формулы вещества, что это кислота кислородосодержащая?

У всех бескислородных кислот в составе отсутствует важный элемент O - кислород, но зато в составе есть H. Поэтому к их названию всегда приписывается слово "водородная". HCl - это a H 2 S - сероводородная.

Но и по названиям кислосодержащих кислот можно написать формулу. Например, если число атомов O в веществе - 4 или 3, то к названию всегда прибавляется суффикс -н-, а также окончание -ая-:

• H 2 SO 4 - серная (число атомов - 4);
• H 2 SiO 3 - кремниевая (число атомов - 3).

Если же в веществе меньше трех атомов кислорода или три, то в названии используется суффикс -ист-:

• HNO 2 - азотистая;
• H 2 SO 3 - сернистая.

Общие свойства

Все кислоты имеют вкус кислый и часто немного металлический. Но есть и другие схожие свойства, которые мы сейчас рассмотрим.

Есть такие вещества, которые называются индикаторами. Индикаторы изменяют свой цвет, или же цвет остается, но меняется его оттенок. Это происходит в то время, когда на индикаторы действуют какие-то другие вещества, например кислоты.

Примером изменения цвета может служить такой привычный многим продукт, как чай, и лимонная кислота. Когда в чай бросают лимон, то чай постепенно начинает заметно светлеть. Это происходит из-за того, что в лимоне содержится лимонная кислота.

Существуют и другие примеры. Лакмус, который в нейтральной среде имеет сиреневый цвет, при добавлении соляной кислоты становится красным.

При находящимися в ряду напряженности до водорода, выделяются пузырьки газа - H. Однако если в пробирку с кислотой поместить металл, который находится в ряду напряженности после H, то никакой реакции не произойдет, выделения газа не будет. Так, медь, серебро, ртуть, платина и золото с кислотами реагировать не будут.

В данной статье мы рассмотрели самые известные химические кислоты, а также их главные свойства и различия.

Кислоты

Кислоты представляют собой химически сложные вещества, молекулы которых состоят из кислотного остатка и атомов Н водорода (одного или нескольких). Недаром слова «кислый» и «кислота» - однокоренные: по своим вкусовым качествам все кислоты имеют кислый привкус, что совсем не означает, что кислотные составы можно пробовать. Среди них, большая половина - едкие, а остальные даже токсичные. Есть, конечно, и исключения – уксусная, лимонная, яблочная, аскорбиновая и щавелевая, которые знакомы каждому с детства, и их успешно используют в пищевой промышленности.

Какого бы происхождения ни была кислота (природного или синтетического), она всегда в своей структуре будет иметь определенное количество атомов водорода, которые могут вступать в реакционные соединения. В ходе химической реакции каждая молекула кислоты будет отдавать атомы водорода, а взамен будет принимать атомы различных металлов. Так происходит замещение.

Кислоты принято классифицировать по двум признакам:

1.­­ ­или есть атомы кислорода в молекуле,
2.­­ ­по количеству водородных атомов, которые способны замещаться на атомы металлов.

Первая группа, в свою очередь, имеет две подгруппы:

­- бескислородные кислоты (фтороводородная кислота HF, соляная HCl, бромоводородная HBr, иодоводородная HI, сероводородная H 2 S).
­- кислородосодержащие кислоты (серная H 2 SO 4 , сернистая H 2 SO 3 , фосфорная H 3 PO 4 , угольная H 2 CO 3 , азотная HNO 3 , кремниевая H 2 SiO 3).

Вторая группа тоже имеет несколько подгрупп:

­- одноосновные кислоты (имеют 1 атом водорода),
­- двухосновные кислоты (имеют 2 атома водорода),
­- трехосновные кислоты (имеют 3 атома водорода).

Химические свойства кислот описываются следующими правилами:

1.­­ ­Кислоты взаимодействуют с основаниями, образуя соль, которая всегда будет содержать неизменный кислотный остаток. Эта реакция получила название нейтрализации. Второй продукт, образующийся в ходе протекания реакции нейтрализации, это – вода.

Чтобы нейтрализация состоялась, требуется выполнить следующее условие: хотя бы один из компонентов должен хорошо растворяться в воде. А так как кислоты отлично соответствуют этому параметру, они могут взаимодействовать как с нерастворимыми, так и с растворимыми основаниями. Исключение – кремниевая кислота, которая практически не растворяется в воде, поэтому может вступать в реакцию только с растворимыми основаниями (KOH, NaOH).

2.­­ ­Растворы кислот действуют на индикаторы (специальные вещества), изменяя их окраску в воде. Кислоты изменяют цветовую окраску индикатора в один определенный цвет, поэтому всегда можно точно определить, что в составе вещества присутствует кислота.­ Так, лакмус и оранжевый метиловый станут красными.

Индикаторы – вещества довольно сложного строения. В основаниях и нейтральных растворах они будут совсем другого цвета, чем в кислотной среде.

3.­­ ­Кислоты реагируют с металлами при выполнении такого условия:

­- металл по шкале активности должен быть максимально реакционноспособным. Так серебро, золото и медь с кислотой реагировать не будут, а цинк, кальций и натрий, наоборот, будут взаимодействовать очень активно. Причем будет выделяться много газов водорода и большое количество тепла.

Некоторые металлы будут вступать в реакцию только с разбавленными кислотами. Если же кислоты концентрированные (безводные), то никакого замещения не произойдет.