Kwasy

Są dwa sposoby określenia, czym są kwasy. W teorii Bronsteda kwasy to takie cząsteczki bądź jony, które są w stanie oddać jon wodorowy, czyli H⁺. W teorii Arrheniusa kwas to obojętna cząsteczka, która może dysocjować w wodzie na jon wodorowy oraz jon reszty kwasowej.

Abstrahując od tych teorii, kwasy można podzielić również na jednoprotonowe (HCl, HNO₃) oraz wieloprotonowe (H₃PO₄, H₂SO₄). Drugi podział to podział na kwasy beztlenowe (HCl, HI) i kwasy tlenowe (H₂SiO₃, H₂SO₃).

Otrzymywanie kwasów tlenowych

Najprostszą reakcją, w której można otrzymać kwas tlenowy jest ta, którą poznaliśmy w poprzednim temacie, czyli reakcja tlenku kwasowego (rozpuszczalnego) z wodą: \[ P_{4}O_{10} + 6 H_{2}O \rightarrow 4 H_{3}PO_{4}\\ SO_{3} + H_{2}O \rightarrow H_{2}SO_{4} \] Jednak jak postąpić w przypadku tlenku nierozpuszczalnego w wodzie? Stosuje się wtedy cykl przemian, w którym najpierw z tlenku otrzymuje się sól. Potem sól ta jest przetwarzana w kwas. \[ SiO_{2} + 2 NaOH \rightarrow Ns_{2}SiO_{3} + H_{2}O\\ Na_{2}SiO_{3} + HCl \rightarrow H_{2}SiO_{3}\downarrow + 2 NaCl \] Kwas azotowy(V) uzyskuje się z tlenku azotu(IV). Użycie N₂O₅ jest nieopłacalne, ponieważ tlenek ten jest trudny do otrzymania i przechowywania (nietrwały). Reakcja tlenku azotu(IV) z wodą prowadzi do powstania mieszaniny dwóch kwasów - HNO₃ oraz HNO₂. Ten drugi rozkłada się ze względu na swoją nietrwałość. \[N_{2}O_{4} + H_{2}O \rightarrow HNO_{3} + HNO_{2}\\ 3 HNO_{2} \rightarrow HNO_{3} + 2 NO\uparrow + H_{2}O\\ [reakcja\;sumaryczna]\;\;3 N_{2}O_{4} + 2 H_{2}O \rightarrow 4 HNO_{3} + 2 NO\uparrow \] Istnieją kwasy, które nie dają się wydzielić w czystej postaci, chociaż istnieją ich trwałe sole. Są to: kwas manganowy(VII) HMnO₄, kwas chromowy(VI) H₂CrO₄, kwas dichromowy(VI) H₂Cr₂O₇ i kwasy tlenowe większości chlorowców.

Otrzymywanie kwasów beztlenowych

Kwasy beztlenowe otrzymuje się rozpuszczając w wodzie gaz - odpowiedni wodorek. Najbardziej znane są roztwory wodorków chlorowców i H₂S. Znacznie rzadziej można spotkać roztwory innych wodorków tlenowców czy cyjanowodór (HCN). Pierwszym etapem otrzymania kwasu jest wytworzenie wodorku (najprościej - synteza z pierwiastków): \[ H_{2} + Cl_{2} \rightarrow 2HCl \] a następnie rozpuszczenie go w wodzie: \[ HCl_{(g)} \rightarrow HCl_{(aq)} \] Wodorki fluorowców są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie, dlatego takie kwasy, jak HF, HCl, HBr i HI można otrzymać w wysokich stężeniach. Inaczej jest z kwasem siarkowodorowym. H₂S łatwo ulatnia się z takiego kwasu, co nie tylko powoduje utratę właściwości odczynnika, ale jest niebezpieczne dla użytkowników. Siarkowodór jest trujący.

Reakcje kwasów

Reakcje z zasadami: \[ HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_{2}O\\ H^{+} + OH^{-} \rightarrow H_{2}O\\\\ H_{2}SO_{4} + Ca(OH)_{2} \rightarrow CaSO_{4}\downarrow + 2 H_{2}O\\ Ca^{2+} + 2 OH^{-} + 2 H^{+} + SO_{4}^{2-} \rightarrow CaSO_{4}\downarrow + H_{2}O \] Reakcje z tlenkami metali: \[ H_{2}SO_{4} + MgO \rightarrow MgSO_{4} + H_{2}O\\ MgO + 2 H^{+} \rightarrow Mg^{2+} + H_{2}O \] Reakcje z solami (powstaje niezdysocjowany lub nietrwały produkt): \[ K_{2}CO_{3} + HCl \rightarrow 2KCl + CO_{2}\uparrow + H_{2}O\\ CO_{3}^{2-} + 2 H^{+} \rightarrow CO_{2}\uparrow + H_{2}O\\\\ NaNO_{2} + HCl \rightarrow NaCl + HNO_{2}\\ NO_{2}^{-} + H^{+} \rightarrow HNO_{2}\\\\ CaCl_{2} + H_{2}SO_{4} \rightarrow CaSO_{4}\downarrow + 2 HCl\\ Ca^{2+} + SO_{4}^{2-} \rightarrow CaSO_{4}\downarrow \] Reakcje z metalami aktywnymi - wszystkie kwasy reagują z metalami aktywnymi: \[ Na + HCl \rightarrow NaCl + 1/2 H_{2}\uparrow\\ Na + H^{+} \rightarrow Na^{+} + 1/2 H_{2}\uparrow\\\\ Zn + H_{2}SO_{4} \rightarrow ZnSO_{4} + H_{2}\uparrow\\ Zn + 2 H^{+} \rightarrow Zn^{2+} + H_{2}\uparrow \] Reakcje z metalami półszlachetnymi i szlachetnymi - tylko kwasy tlenowe. Dokładniejsze omówienie tego procesu znajdziesz w temacie poświęconym solom.

Właściwości kwasów

Kwasy mocne - całkowicie dysocjują w wodzie, np. HCl, HBr, H₂SO₄, HNO₃, HI, HClO₄.
Kwasy słabe - nie dysocjują całkowicie w wodzie, np. HF, H₂S, HClO, H₂CO₃, HNO₂, H₂SO₃, H₃PO₄.

Kwasy trwałe - nie ulegają rozkładowi pod wpływem czasu, np. HCl, H₃PO₄, H₂SO₄, HNO₃.
Kwasy nietrwałe - rozkładają się samorzutnie do tlenków, np. H₂CO₃ lub obniża się ich stężenie przez uwalnianie składnika z roztowru, np H₂S.

Kwasy utleniające - takie, których reszta kwasowa ma zdolność do utleniania, np. HNO₃.
Kwasy nieutleniające - takie, których reszta kwasowa nie ma zdolności do utleniania, np. HCl.