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)

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.

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

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".

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.


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↑

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