Кислоты
Кисло́ты — один из основных классов химических соединений. Они получили своё название из-за кислого вкуса большинства кислот, таких, как азотная или серная. По определению кислота — это электролит (вещество, участвующее в реакциях с переходом электрона), отдающий электрон в реакции с основанием, то есть веществом, принимающим электрон. В свете теории электролитической диссоциации кислота — это электролит, при электролитической диссоциации из катионов образуются лишь катионы водорода.
Определение кислоты
Полная статья теории кислот и оснований.
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 (Н3О+, NH4+). 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 Гилберта 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.
Классификация кислот
По содержанию кислорода
безкислородные (HCl, H2S);
кислородосодержащие (HNO3).
По основности — количество кислых атомов водорода
Одноосновные (HPO3);
Двухосновные (H2SeO4, Азелаиновая кислота);
Трёхосновные (H3PO4).
По силе
Сильные — диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1·10-3 (HNO3);
Слабые — константа диссоциации меньше 1·10-3 (уксусная кислота Kд= 1,7·10-5).
По устойчивости
Устойчивые (H2SO4);
Неустойчивые (H2CO3).
По принадлежности к классам химических соединений
Неорганические (HBr);
Органические (HCOOH);
По летучести
Летучие (H2S, HCl);
Нелетучие;
По растворимости в воде
Растворимые (H2SO4);
Нерастворимые(H2SiO3);
Химические свойства кислот
Растворы кислот взаимодействуют с оксидами металлов с образованием соли и воды
CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O
Кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами с образованием соли и воды
2HNO3+ZnO = Zn(NO3)2 + H2O
Кислоты взаимодействуют со щелочами с образованием соли и воды
KOH + HCl = KCl + H2O
Кислоты взаимодействуют с нерастворимыми основаниями с образованием соли и воды, если полученная соль растворима
2HCl + Cu(OH)2 = CuCl2 + 2H2O
Кислоты взаимодействуют с солями, если выпадает осадок или выделяется газ
H2SO4 + BaCl2 = 2HCl + BaSO4↓
Более сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей
K3PO4 + 3HCl = 3KCl + H3PO4
K2CO3 + 2HCl = 2KCl + CO2+ H2O (в данном случае непрочная угольная кислота H2CO3 распадается на воду и углекислый газ)
Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют водород из раствора кислоты (кроме азотной), если полученная соль растворима
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑
С азотной кислотой или концентрированными кислотами реакция идёт иначе: Mg + 2H2SO4(конц.) = SO2↑ + 2H2O + MgSO4
Для органических кислот характерна реакция этерификации (взаимодействие со спиртами с образованием сложного эфира и воды):
R1-COOH + R2-OH → R1-COO-R2 + H2O
Например,
CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O
Некоторые распространённые кислоты
Неорганические кислоты
Серная кислота
Соляная кислота
Ортофосфорная кислота
Ортокарбоновая кислота
Азотная кислота
Борная кислота
Сернистая кислота
Сероводородная кислота
Фтороводородная кислота
Йодоводородная кислота
Хлористая кислота
Азотистая кислота
Бромоводородная кислота
Кремниевая кислота
Марганцовая кислота
Угольная кислота
Органические кислоты
Муравьиная кислота
Уксусная кислота
Лимонная кислота
Молочная кислота
Щавелевая кислота
Масляная кислота
Аскорбиновая кислота (витамин C)
Нитрилотриуксусная кислота
Салициловая кислота
Лизергиновая кислота
Дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК)
Азелаиновая кислота
Интересные факты
Подземное животное голый землекоп имеет нечувствительные к кислоте клетки кожи даже при pH менее 3,5. [1]
У крокодила в желудке pH бывает меньше 0,5.
Определение кислоты
Полная статья теории кислот и оснований.
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 (Н3О+, NH4+). 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 Гилберта 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.
Классификация кислот
По содержанию кислорода
безкислородные (HCl, H2S);
кислородосодержащие (HNO3).
По основности — количество кислых атомов водорода
Одноосновные (HPO3);
Двухосновные (H2SeO4, Азелаиновая кислота);
Трёхосновные (H3PO4).
По силе
Сильные — диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1·10-3 (HNO3);
Слабые — константа диссоциации меньше 1·10-3 (уксусная кислота Kд= 1,7·10-5).
По устойчивости
Устойчивые (H2SO4);
Неустойчивые (H2CO3).
По принадлежности к классам химических соединений
Неорганические (HBr);
Органические (HCOOH);
По летучести
Летучие (H2S, HCl);
Нелетучие;
По растворимости в воде
Растворимые (H2SO4);
Нерастворимые(H2SiO3);
Химические свойства кислот
Растворы кислот взаимодействуют с оксидами металлов с образованием соли и воды
CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O
Кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами с образованием соли и воды
2HNO3+ZnO = Zn(NO3)2 + H2O
Кислоты взаимодействуют со щелочами с образованием соли и воды
KOH + HCl = KCl + H2O
Кислоты взаимодействуют с нерастворимыми основаниями с образованием соли и воды, если полученная соль растворима
2HCl + Cu(OH)2 = CuCl2 + 2H2O
Кислоты взаимодействуют с солями, если выпадает осадок или выделяется газ
H2SO4 + BaCl2 = 2HCl + BaSO4↓
Более сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей
K3PO4 + 3HCl = 3KCl + H3PO4
K2CO3 + 2HCl = 2KCl + CO2+ H2O (в данном случае непрочная угольная кислота H2CO3 распадается на воду и углекислый газ)
Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют водород из раствора кислоты (кроме азотной), если полученная соль растворима
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑
С азотной кислотой или концентрированными кислотами реакция идёт иначе: Mg + 2H2SO4(конц.) = SO2↑ + 2H2O + MgSO4
Для органических кислот характерна реакция этерификации (взаимодействие со спиртами с образованием сложного эфира и воды):
R1-COOH + R2-OH → R1-COO-R2 + H2O
Например,
CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O
Некоторые распространённые кислоты
Неорганические кислоты
Серная кислота
Соляная кислота
Ортофосфорная кислота
Ортокарбоновая кислота
Азотная кислота
Борная кислота
Сернистая кислота
Сероводородная кислота
Фтороводородная кислота
Йодоводородная кислота
Хлористая кислота
Азотистая кислота
Бромоводородная кислота
Кремниевая кислота
Марганцовая кислота
Угольная кислота
Органические кислоты
Муравьиная кислота
Уксусная кислота
Лимонная кислота
Молочная кислота
Щавелевая кислота
Масляная кислота
Аскорбиновая кислота (витамин C)
Нитрилотриуксусная кислота
Салициловая кислота
Лизергиновая кислота
Дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК)
Азелаиновая кислота
Интересные факты
Подземное животное голый землекоп имеет нечувствительные к кислоте клетки кожи даже при pH менее 3,5. [1]
У крокодила в желудке pH бывает меньше 0,5.
