Tlenki, wodorotlenki, kwasy i sole w naukach o Ziemi i środowisku: Kwasy

5. Kwasy

Właściwości chemiczne

Związki zbudowane z atomów wodoru i reszty kwasowej o wzorze ogólnym

H_nR

n – wartościowość reszty kwasowej R.

Podział

Grafika: oprac. Sylwia Zelek-Pogudz, licencja CC BY-SA 4.0 
[na podst. Krzysztof M. Pazdro. Anna Rola-Noworyta –
Chemia. Repetytorium dla przyszłych maturzystów i studentów –  wydanie 2014].

Nazwy

Ogólnie nazwy kwasów beztlenowych tworzy się dodając do nazwy pierwiastka tworzącego kwas końcówkę "wodorowy".

kwas chlorowodorowy, kwas solny HCl_(aq)
kwas fluorowodorowy HF_(aq)
kwas bromowodorowy HBr_(aq)
kwas jodowodorowy HI_(aq)
kwas siarkowodorowy H₂S_(aq)

Nazwy kwasów tlenowych wywodzą się od nazwy niemetalu z końcówką „-owy”. Jeżeli ten sam pierwiastek tworzy kwasy na różnych stopniach utlenienia, to w nawiasie za nazwą podaje się wartościowość tego niemetalu w danym kwasie. Jest to nomenklatura kwasowa skrócona, usunięta z zaleceń PTChem. Obok podano również nazwy kwasowe systematyczne, w których na końcu podany jest ładunek anionu (reszty kwasowej).

H₂SO₃ – kwas siarkowy(IV) – kwas trioksosiarkowy(2-)
H₂SO₄ – kwas siarkowy(VI) – kwas tetraoksosiarkowy(2-)
HNO₃ – kwas azotowy(V) – kwas trioksoazotowy(1-)
HNO₂ – kwas azotowy(III) – kwas dioksoazotowy(1-)
H₃PO₄ – kwas ortofosforowy(V) – kwas tetraoksofosforowy(3-)
H₂CO₃ – kwas węglowy – kwas trioksowęglowy(2-) *

* ponieważ kwas węglowy jest kwasem nietrwałym za bardziej poprawny uważa się zapis wzoru w postaci H₂O · CO₂.

Dla rozszerzenia i utrwalenia wiedzy obejrzyj film Nomenklatura kwasów.

Film: Nomenklatura kwasów*. Źródło: Piotr Dzwoniarek, GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcje prowadzące do otrzymania kwasów

Poniższy schemat przedstawia dwie spośród metod otrzymywania kwasów.

Grafika: Wybrane laboratoryjne metody otrzymywania kwasów nieorganicznych*. Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcje prowadzące do otrzymania kwasów beztlenowych

Rozpuszczanie wodorków niemetali w wodzie

H₂ + Cl₂ → 2 HCl HCl_(gaz) + H₂O → HCl_(aq)


Video Player is loading.
Current Time 0:00
/
Duration 0:00
Loaded: 0.00%
0:00
Stream Type LIVE
Remaining Time -0:00
 
1x
2x
1.75x
1.5x
1.25x
1x, selected
0.75x
0.5x
Chapters
descriptions off, selected
captions settings, opens captions settings dialog
captions off, selected
This is a modal window.
Beginning of dialog window. Escape will cancel and close the window.
TextColorOpacity
Text BackgroundColorOpacity
Caption Area BackgroundColorOpacity
Font Size
Text Edge Style
Font Family
End of dialog window.

Źródło: Oficyna Pazdro, Otrzymywanie chlorowodoru i kwasu chlorowodorowego (cz. 1): Doświadczenie 7.6 (cz. 1), 26.03.2020
[dostęp: 20.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=3aR1b_CXY0g.


Video Player is loading.
Current Time 0:00
/
Duration 0:00
Loaded: 0.00%
0:00
Stream Type LIVE
Remaining Time -0:00
 
1x
2x
1.75x
1.5x
1.25x
1x, selected
0.75x
0.5x
Chapters
descriptions off, selected
captions settings, opens captions settings dialog
captions off, selected
This is a modal window.
Beginning of dialog window. Escape will cancel and close the window.
TextColorOpacity
Text BackgroundColorOpacity
Caption Area BackgroundColorOpacity
Font Size
Text Edge Style
Font Family
End of dialog window.

Źródło: Oficyna Pazdro, Otrzymywanie chlorowodoru i kwasu chlorowodorowego (cz. 2): Doświadczenie 7.6 (cz. 2), 26.03.2020
[dostęp: 20.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=Od3xKceZAWE.

H₂ + S → H₂S H₂S_(gaz) + H₂O → H₂S_(aq)

Reakcje niektórych niemetali z wodą

Cl₂ + H₂O → HCl + HClO (podobnie reagują brom i jod)

Reakcje prowadzące do otrzymywania kwasów tlenowych

Reakcje tlenków niemetali o charakterze kwasowym z woda

N₂O₅+ H₂O → 2 HNO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

P₄O₁₀ + 6 H₂O → 4 H₃PO₄


Video Player is loading.
Current Time 0:00
/
Duration 0:00
Loaded: 0.00%
0:00
Stream Type LIVE
Remaining Time -0:00
 
1x
2x
1.75x
1.5x
1.25x
1x, selected
0.75x
0.5x
Chapters
descriptions off, selected
captions settings, opens captions settings dialog
captions off, selected
This is a modal window.
Beginning of dialog window. Escape will cancel and close the window.
TextColorOpacity
Text BackgroundColorOpacity
Caption Area BackgroundColorOpacity
Font Size
Text Edge Style
Font Family
End of dialog window.

Źródło: Oficyna Pazdro, Spalanie fosforu i otrzymywanie kwasu fosforowego(V): Doświadczenie 7.5, 26.03.2020 
[dostęp: 20.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=mgD44czTnm0.

CO₂ + H₂O → H₂O · CO₂

N₂O₃+ H₂O → 2 HNO₂

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

Strącania osadu, jeżeli kwas jest słabo rozpuszczalny

H₂SO₄ + Na₂SiO₃ → H₂SiO₃↓ + Na₂SO₄

Powstawania słabego elektrolitu, lub nietrwałego kwasu

CaS + HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂S↑ lub CaCO₃ + HCl → CaCl₂ + H₂O · CO₂

Budowa i właściwości fizyczne
Kwasy rozpuszczalne w wodzie są elektrolitami, dysocjują w wodzie na jony H⁺ i aniony reszty kwasowej.

HCl → H⁺ + Cl^-

H₂SO₄ → 2 H⁺ + SO₄^2-

Stężone roztwory kwasów są żrące, a rozcieńczając je należy bezwzględnie przestrzegać zasady "PAMIĘTAJ CHEMIKU MŁODY WLEWAJ ZAWSZE KWAS DO WODY".


Video Player is loading.
Current Time 0:00
/
Duration 0:00
Loaded: 0.00%
0:00
Stream Type LIVE
Remaining Time -0:00
 
1x
2x
1.75x
1.5x
1.25x
1x, selected
0.75x
0.5x
Chapters
descriptions off, selected
captions settings, opens captions settings dialog
captions off, selected
This is a modal window.
Beginning of dialog window. Escape will cancel and close the window.
TextColorOpacity
Text BackgroundColorOpacity
Caption Area BackgroundColorOpacity
Font Size
Text Edge Style
Font Family
End of dialog window.

Źródło: Oficyna Pazdro, Badanie właściwości kwasu siarkowego(VI): Doświadczenie 7.3, 26.03.2020
[dostęp: 20.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=aX3S59anV2I.


Video Player is loading.
Current Time 0:00
/
Duration 0:00
Loaded: 0.00%
0:00
Stream Type LIVE
Remaining Time -0:00
 
1x
2x
1.75x
1.5x
1.25x
1x, selected
0.75x
0.5x
Chapters
descriptions off, selected
captions settings, opens captions settings dialog
captions off, selected
This is a modal window.
Beginning of dialog window. Escape will cancel and close the window.
TextColorOpacity
Text BackgroundColorOpacity
Caption Area BackgroundColorOpacity
Font Size
Text Edge Style
Font Family
End of dialog window.
Źródło: Oficyna Pazdro, Badanie właściwości kwasu azotowego(V): Doświadczenie 7.4, 26.03.2020
[dostęp: 20.02.2023]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=hbbk1248JYk.

Właściwości chemiczne

Reakcje kwasowo-zasadowe – reakcje neutralizacji (zobojętniania)

KOH + HCl → KCl + H₂O

NaOH + HNO₃ → NaNO₃ + H₂O

Reakcje wymiany w roztworach wodnych, głównie w reakcjach z tlenkami metali i solami

Na₂O + HNO₃ → NaNO₃ + H₂O

CuO + 2 HCl → CuCl₂ + H₂O

Na₂CO₃ + 2 HNO₃ → NaNO₃ + H₂O + CO₂

CaS + 2 HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂S↑

Reakcje z metalami

Mg + 2 HCl → MgCl₂ + H₂↑

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂↑

Fe + 2 HCl → FeCl₂ + H₂↑


Video Player is loading.
Current Time 0:00
/
Duration 0:00
Loaded: 0.00%
0:00
Stream Type LIVE
Remaining Time -0:00
 
1x
2x
1.75x
1.5x
1.25x
1x, selected
0.75x
0.5x
Chapters
descriptions off, selected
captions settings, opens captions settings dialog
captions off, selected
This is a modal window.
Beginning of dialog window. Escape will cancel and close the window.
TextColorOpacity
Text BackgroundColorOpacity
Caption Area BackgroundColorOpacity
Font Size
Text Edge Style
Font Family
End of dialog window.

Źródło: Oficyna Pazdro, Reakcje metali z kwasem solnym: Doświadczenie 7, 26.05.202 [dostęp: 20.02.2023]. 
Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=Gj_Dh8vBhiA.

Reakcji takiej nie ulegają metale szlachetne, takie jak złoto, srebro, rtęć czy miedź. Mogą natomiast ulegać reakcjom z kwasami utleniającymi, w reakcjach tych nie wydziela się jednak wodór

Cu + H₂SO₄ (stężony) → CuSO₄ + SO₂ + 2 H₂O

Cu + 4 HNO₃ (stężony) → Cu(NO₃)₂ + 2 NO₂ + 2H₂O

Podział na metale aktywne i nieaktywne w reakcji z kwasami ma swoje uzasadnienie w szeregu elektrochemicznym metali.

Grafika: Szereg aktywności metali*. Źródło: epodreczniki.pl, licencja: CC BY-SA 3.0.

Kwasy mocne – całkowicie lub prawie całkowicie zdysocjowane w roztworze wodnym – HCl_(aq), HBr_(aq), HI_(aq), HNO₃, H₂SO₄, HClO₄, HMnO_4.

Kwasy słabe – tylko niewielki ułamek cząsteczek rozpada się na jony – HF, HNO₂, H₂SO₃, H₂CO_3.

Moc kwasów beztlenowych

rośnie w obrębie okresu od lewej do prawej i maleje w obrębie grupy od dołu do góry.

Moc kwasów tlenowych

rośnie ze wzrostem elektroujemności centralnego atomu reszty kwasowej, zarówno w okresach jak i w grupach,
rośnie (poza nielicznymi wyjątkami) ze wzrostem liczby atomów tlenu.

_________________
* Wykorzystano grafiki zamieszczone na Zintegrowanej Platformie Edukacyjnej.

Ikona (źródło): Reshot