Kwasy

Kwasy – są to związki nieorganiczne zbudowane z reszty kwasowej oraz atomów wodoru.

Wzór ogólny kwasów:
HImRm
gdzie:
R – reszta kwasowa
m – wartościowość reszty kwasowej, liczba atomów wodoru w cząteczce.

Kwasy dzielimy na:
-beztlenowe – w których reszta kwasowa składa się tylko z atomów niemetali.
-tlenowe – w których reszta kwasowa składa się z atomów tlenu i przynajmniej jednego innego pierwiastka.

W kwasach tlenowych atom centralny stanowi zazwyczaj niemetal, np. azot, krzem.
Kwasy beztlenowe to wodne roztwory wodorków niemetali.

Nazewnictwo kwasów
Kwasy beztlenowe:
Nazwy tworzy się poprzez dodanie do słowa „kwas” nazwę pierwiastka i końcówkę „-wodorowy”, pomiędzy nazwą pierwiastka a końcówką jest dodatkowo literka „o”, np. HCl kwas chlorowodorowy, HF kwas fluorowodorowy.

Kwasy tlenowe:
Nazwy tworzy się poprzez dodanie do słowa „kwas” nazwę pierwiastka i końcówkę „-owy”. Jeżeli pierwiastek występujący w kwasie ma więcej niż jedną wartościowość, to trzeba ją podać, np. HNO3 kwas azotowy (V), H2SO4 kwas siarkowy (VI).

Otrzymywanie kwasów beztlenowych.
rozpuszczenie w wodzie gazowych wodorków niemetali, np.:
HCl(g) -> HCl(aq)

*gazowy wodorek niemetalu otrzymuje się w bezpośredniej syntezie z pierwiastków chemicznych, np.:
H2 + Cl2 -> 2HCl

reakcja kwasów z niektórymi solami, np.:
H2S + 2KCl -> K2S + 2HCl

Otrzymywanie kwasów tlenowych.
reakcja tlenków niemetali z wodą, np.:
SO2 + H2O -> H2SO3

reakcja mocnych kwasów z solami kwasów słabszych, np.:
3Na2SiO3 + 2H3PO4 -> 3H2SiO3 + 2Na3PO4

Dysocjacja kwasów.
W wyniku rozpadu kwasów w roztworach powstają jony dodatnie (kationy) i ujemne (aniony). Jony dodatnie stanowią kationy wodoru, natomiast ujemne aniony reszty kwasowej.

Kwasy jednowodorowe ulegają dysocjacji jednostopniowej, np.:
HF -> H+ + F–
HNO3 -> H+ + NO3–

Kwasy wielowodorowe ulegają dysocjacji stopniowej, np.:
H3PO4 -> H+ + H2PO4–
H2PO4– -> H+ + HPO42-
HPO42- -> H+ + PO43-

Zapis sumaryczny:
H3PO4 -> 3H+ + PO43-

Zadanie
Napisz równania dysocjacji jonowej kwasów: HNO3, H2SO4.

HNO3 -> H+ + NO3–

H2SO4 -> H+ + HSO4–
HSO4– -> H+ + SO42-
Zapis sumaryczny:
H2SO4 -> 2H+ + SO42-

Uwolnione kationy wodoru przyłączają cząsteczki wody i powstaje jon oksoniowy H3O+:
H+ + H2O -> H3O+

*Roztwory kwasów są elektrolitami, ponieważ mogą przewodzić prąd elektryczny.

*Tlenek azotu (IV) NO2 w reakcji z wodą tworzy kwas azotowy (III) HNO2 i kwas azotowy (V) HNO3.
2NO2 + H2O -> HNO2 + HNO3

*Wskaźnik – oranż metylowy – barwi się w roztworach kwasów na kolor czerwony.

Moc kwasów.

Jest to zdolność do odszczepiania kationów wodoru.
Kwasy mocne to te, które w roztworze wodnym ulegają całkowitej dysocjacji, np.: kwas bromowodorowy, kwas chlorowodorowy, kwas jodowodorowy, kwas azotowy (V), kwas siarkowy (VI).

Kwasy słabe to te, które w roztworze wodnym ulegają częściowej dysocjacji, większość ich cząsteczek jest niezdysocjowana, np.: kwas węglowy, kwas siarkowy (IV), kwas fluorowodorowy, kwas siarkowodorowy.
Wzory niektórych kwasów słabych zapisuje się jako tlenek niemetalu i woda, np.: kwas węglowy CO2 + H2O (H2CO3).

W układzie okresowym moc kwasów beztlenowych zwiększa się w okresie „w prawo”, a w kolumnie „w dół”.
W układzie okresowym moc kwasów tlenowych zwiększa się w okresie „w prawo”, a w kolumnie „w górę”.

Zmiana mocy kwasów tego samego pierwiastka: Im więcej atomów tlenu, tym mocniejszy jest kwas, np.:
H2SO4 jest mocniejszy od H2SO3.

Np.:
Kwas fluorowodorowy jest słabszy od kwasu chlorowodorowego czy kwasu jodowodorowego.
Kwas azotowy (V) jest mocniejszy od kwasu fosforowego (V) czy kwasu arsenowego (V).

Zadanie
Uporządkuj kwasy według zmniejszającej się mocy.
HBr, HCl, HI, HF.

Odp.: HI, HBr, HCl, HI.

Uporządkuj kwasy według zwiększającej się mocy.
H3PO4, HClO4, H2SiO3, H2SO4

Odp.: H2SiO3, H3PO4, H2SO4, HClO4.

Uporządkuj kwasy według zwiększającej się mocy.
HClO2, HClO4, HClO, HClO3.

Odp.: HClO, HClO2, HClO3, HClO4.

Właściwości kwasów.
kwasy reagują z:
metalami aktywnymi chemicznie – metal aktywny + kwas -> sól + wodór, np.:
2K + 2HNO3 -> 2KNO3 + H2

tlenkami zasadowymi oraz wodorotlenkami – kwas + tlenek zasadowy -> sól + woda, kwas + wodorotlenek -> sól + woda, np.:
2H3PO4 + 3Na2O -> 2Na3PO4 + 3H2O
H2SO3 + 2KOH -> K2SO3 + 2H2O

*Metale mniej aktywne chemicznie od wodoru nie wypierają go z kwasów, dlatego takie reakcje nie zachodzą, np.:
Cu + H3PO4 -> nie zachodzi
Te metale reagują jedynie ze stężonym oraz rozcieńczonym roztworem kwasu azotowego (V) oraz stężonym roztworem kwasu siarkowego (VI) (czyli z kwasami utleniającymi):
3Cu + 8HNO3(rozc.) -> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu + 4HNO3(stęż.) -> Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Cu + 2H2SO4(stęż.) -> CuSO4 + SO2 + 2H2O
NO – to gaz bezbarwny, brunatniejący na powietrzu
NO2 – gaz brunatny
SO2 – gaz o duszącym zapachu

*Kwasy mocniejsze wypierają kwasy słabsze z ich soli, np.:
HI + KCl -> HCl + KI
3H2SO4 + Mg3(PO4)2 -> 3MgSO4 + 2H3PO4

Właściwości wybranych kwasów:
Kwas azotowy (V) HNO3
-bezbarwna ciecz,
-w reakcji ksantoproteinowej powoduje żółknięcie białek,
-zmieszany z HCl w stosunku 1:3 tworzy tzw. wodę królewską,
-jest kwasem utleniającym,

Kwas siarkowodorowy H2S(aq)
-bezbarwna ciecz,
-jest silną trucizną,

Kwas siarkowodorowy H2S(g)
-gaz o ostrym, duszącym zapachu zgniłych jaj,

Kwas węglowy H2CO3 (H2O + CO2)
-bezbarwna ciecz,
-jest to kwas nietrwały,

Kwas siarkowy (VI) H2SO4
-bezbarwna ciecz,
-ma silne właściwości higroskopijne (pochłania wodę z otoczenia),
-stężony roztwór zawiera ok.98% kwasu,
-jest kwasem utleniającym,

Kwas chlorowodorowy HCl(aq)
-bezbarwna ciecz,
-zmieszany z HNO3 w stosunku 3:1 tworzy tzw. wodę królewską,

Kwas siarkowy (IV) H2SO3
-bezbarwna ciecz,
-ma właściwości bakteriobójcze,
-jest kwasem nietrwałym,

Kwas fosforowy (V) H3PO4
-substancja stała krystaliczna,
-dobrze rozpuszczalny w H2O

*Zawsze trzeba wlewać KWAS DO WODY! podczas rozcieńczania stężonych roztworów kwasów.

Zadanie
Napisz równania reakcji otrzymywania kwasów: HNO3, H2SO3, H3PO4 z tlenków niemetali i wody.

N2O5 + H2O -> 2HNO3
SO2 + H2O -> H2SO3
P4O10 + 6H2O -> 4H3PO4

Zadanie
Napisz równania reakcji otrzymywania kwasów: HF, HCl, H2S z danych substratów: H2SO3, KF, HBr, MgS, NaCl.

HBr + KF -> KBr + HF
2NaCl + H2SO3 -> 2HCl + Na2SO3
MgS + 2HBr -> H2S + MgBr2

Zadanie
Na podstawie opisu doświadczenia napisz przewidywane obserwacje oraz napisz równanie reakcji.
Zmieszano rozcieńczony roztwór kwasu azotowego (V) z platyną.

Wyjaśnienie:
Platyna jest metalem mniej aktywnym od wodoru (należy to sprawdzić w szeregu chemicznym metali), dlatego będzie to reakcja podobna do reakcji miedzi z kwasami utleniającymi.

3Pt + 8HNO3(rozc.) -> 3Pt(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Obserwacje: metal się roztworzył, wydzielił się bezbarwny gaz, brunatniejący na powietrzu.

Zadanie
Oceń, który kwas jest mocniejszy.
-HCl czy HBr
-HClO3 czy HClO4
-H2S czy H2Se

Odp.: -HBr
-HClO4
-H2Se.

Zadanie
Dokończ równania reakcji, jeżeli zachodzą.

CaCO3 + 2HBr -> H2O + CO2 + CaBr2
Ag + H3PO4 -> nie zachodzi
2FeCl3 + 3H2SO4 -> 6HCl + Fe2(SO4)3.