Виды кислот и способы их получения
В химии неорганические соединения делятся на простые и сложные вещества. Простые состоят из атомов одного химического элемента, сложные — из нескольких. Сложные неорганические вещества делятся на пять основных классов: кислоты, основания, амфотерные гидроксиды, оксиды, соли.
Разберёмся с первым классом из списка — кислотами.
Что такое кислота — определение в химии
Кислоты — это сложные вещества, которые состоят из атомов водорода и кислотных остатков.
A c — кислотный остаток;
x — число атомов водорода;
n — степень окисления кислотного остатка.
В химических реакциях активный атом водорода может замещаться на атом металла, в результате чего получается соль. Кислотный остаток — это часть молекулы кислоты без атомов водорода. Валентность кислотного остатка равна числу связанных с ним атомов водорода.
Виды кислот и их классификация, какие бывают (примеры)
Существуют несколько классификаций кислот. Разберёмся с основной классификацией, созданной по формальным признакам: содержанию кислорода, растворимости и так далее.
По содержанию кислорода
Кислоты могут делиться на кислородосодержащие и бескислородные.
Кислородсодержащие получаются при воздействии воды на кислотные оксиды — ангидриды.
Их название в корне содержит название элемента, входящего в состав ангидрида. Примеры:
Номенклатура выглядит следующим образом. В случае, если элементу соответствуют несколько кислот, для названия кислоты с большей валентностью такого элемента употребляют суффикс «Н» или «В». Для кислот с меньшей валентностью элемента в названиях добавляют еще один суффикс «ИСТ». Например, серная ( H 2 S O 4 ) и сернистая кислота ( H 2 S O 3 ).
Бескислородные представляют собой растворы некоторых газов в воде. Названия бескислородных кислот составляют по принципу: элемент + водородная кислота.
Важно, что газ и раствор газа имеют различные свойства. Например, хлороводород и соляная кислота.
Газ хлороводород можно получить из водорода и хлора. Уравнение:
H 2 + C l 2 → 2 H C l
В сухом состоянии такой газ не проявляет кислотных свойств. При перевозке в тех же металлических ёмкостях не происходит никаких реакций. Но, если хлороводород растворить в воде, получается раствор, который называют соляной кислотой. Она обладает сильными кислотными свойствами и опасна при реагировании с металлом.
По растворимости в воде
Кислоты делят на растворимые и нерастворимые. Большинство кислот растворимы. Нерастворимые — кремниевая H 2 S i O 3 и все органические карбоновые кислоты, содержащие десять атомов углерода и больше.
По летучести
Летучие кислоты — это химические соединения, которые быстро испаряются при нормальных условиях, то есть молекулы легко переходят в газовую фазу. В их список входят, к примеру, органические соединения, которые образуются в человеческом организме в результате процесса пищеварения, болезней или метаболизма.
Список летучих кислот:
Нелетучими являются все остальные. Они стабильны в водных растворах.
По силе (степени диссоциации)
Кислоты также можно разделить на сильные и слабые. Если в водном растворе кислота полностью распадается на ионы (диссоциирует), то она является сильной. Слабые кислоты не распадаются на ионы полностью, обычно их диссоциация протекает в незначительной степени.
Как определить силу кислоты, то есть степень диссоциации? Можно использовать лёгкий приём: вычесть из числа атомов O число атомов H. Если в ответе получается число меньше 2 — слабая. Больше или равно — сильная.
Степень диссициации можно также установить экспериментальным путем посредством измерения проводимости растворов. Разбавленные растворы сильных кислот хорошо проводят электрический ток, растворы слабых кислот — плохо.
Характерные химические и физические свойства
Химические свойства
Взаимодействие с основными оксидами. Образуются соль и вода:
C a O + 2 H C l → C a C l 2 + H 2 O
Взаимодействие с амфотерными оксидами. Образуются соль и вода:
Z n O + 2 H N O 3 → Z n ( N O 3 ) 2 + H 2 O
Взаимодействие со щелочами. Образуются соль и вода (реакция нейтрализации):
N a O H + H C l → N a C l + H 2 O
Взаимодействие с солями. Реакция протекает, если выпадает осадок или выделяется газ:
B a C l 2 + H 2 S O 4 → B a S O 4 ↓ + H C l ↑
Сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей:
K 3 P O 4 + 3 H C l → 3 K C l + H 3 P O 4
Также металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют его из раствора кислоты (если соль, которая образуется в итоге, растворима):
M g + 2 H C l → M g C l 2 + H 2 ↑
Однако! С азотной и концентрированной серной кислотами реакция идёт иначе:
M g + 2 H 2 S O 4 → M g S O 4 + S O 2 ↑ + 2 H 2
Физические свойства
Получение и применение кислот
Кислоты можно получить несколькими методами.
Взаимодействие кислотного оксида с водой:
H 2 O + S O 3 → H 2 S O 4
Взаимодействие водорода и неметалла:
H 2 + C l 2 → 2 H C l
Вытеснение слабой кислоты из солей более сильной кислотой:
3 H 2 S O 4 + 2 K 3 P O 4 → 3 K 2 S O 4 + H 3 P O 4
Кислоты находят широкое применение в различных сферах. К примеру, серная используется для производства лакокрасочных материалов и минеральных удобрений. Борная является медицинским антисептиком. Уксусную и лимонную добавляют при приготовлении выпечки, а аскорбиновую применяют при лечении простудных заболеваний.
Кислоты. Химические свойства и способы получения
Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:
Кислоты – сложные вещества, которые при взаимодействии с водой образуют в качестве катионов только ионы Н + (или Н3О + ).
Получение кислот
1. Взаимодействие кислотных оксидов с водой. При этом с водой реагируют при обычных условиях только те оксиды, которым соответствует кислородсодержащая растворимая кислота.
кислотный оксид + вода = кислота
При этом оксид кремния (IV) с водой не реагирует:
2. Взаимодействие неметаллов с водородом. Таким образом получают только бескислородные кислоты.
Неметалл + водород = бескислородная кислота
H2 0 + Cl2 0 → 2 H + Cl —
3. Электролиз растворов солей. Как правило, для получения кислот электролизу подвергают растворы солей, образованных кислотным остатком кислородсодержащих кислот. Более подробно этот вопрос рассмотрен в статье Электролиз.
4. Кислоты образуются при взаимодействии других кислот с солями. При этом более сильная кислота вытесняет менее сильную.
Например: карбонат кальция CaCO3 (нерастворимая соль угольной кислоты) может реагировать с более сильной серной кислотой.
5. Кислоты можно получить окислением оксидов, других кислот и неметаллов в водном растворе кислородом или другими окислителями.
Химические свойства кислот
1. В водных растворах кислоты диссоциируют на катионы водорода Н + и анионы кислотных остатков. При этом сильные кислоты диссоциируют почти полностью, а слабые кислоты диссоциируют частично.
HCl → H + + Cl –
Если говорить точнее, происходит протолиз воды, и в растворе образуются ионы гидроксония:
HCl + H2O → H3O + + Cl –
Многоосновные кислоты диссоциируют cтупенчато.
HSO3 – ↔ H + + SO3 2–
2. Кислоты изменяют окраску индикатора. Водный раствор кислот окрашивает лакмус в красный цвет, метилоранж в красный цвет. Фенолфталеин не изменяет окраску в присутствии кислот.
С нерастворимыми основаниями и соответствующими им оксидами взаимодействуют только растворимые кислоты.
нерастворимое основание + растворимая кислота = соль + вода
основный оксид + растворимая кислота = соль + вода
При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с нерастворимой кремниевой кислотой.
С сильными основаниями (щелочами) и соответствующими им оксидами реагируют любые кислотами.
щёлочь(избыток)+ кислота = средняя соль + вода
щёлочь + многоосновная кислота(избыток) = кислая соль + вода
При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.
При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 1:2 образуются гидрофосфаты:
В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.
4. Растворимые кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.
Растворимая кислота + амфотерный оксид = соль + вода
Растворимая кислота + амфотерный гидроксид = соль + вода
5. Некоторые кислоты являются сильными восстановителями. Восстановителями являются кислоты, образованные неметаллами в минимальной или промежуточной степени окисления, которые могут повысить свою степень окисления (йодоводород HI, сернистая кислота H2SO3 и др.).
4H I — + 2 Cu +2 Cl2 → 4HCl + 2 Cu + I + I2 0
6. Кислоты взаимодействуют с солями.
Кислота1 + растворимая соль1 = соль2 + кислота2/оксид + вода
Ag + NO3 — + H + Cl — → Ag + Cl — ↓ + H + NO3 —
7. Кислоты взаимодействуют с кислыми и основными солями. При этом более сильные кислоты вытесняют менее сильные из кислых солей. Либо кислые соли реагируют с кислотами с образованием более кислых солей.
кислая соль1 + кислота1 = средняя соль2 + кислота2/оксид + вода
KHCO3 + HCl → KCl + CO2 + H2O
Ещё пример : гидрофосфат калия взаимодействует с фосфорной кислотой с образованием дигидрофосфата калия:
При взаимодействии основных солей с кислотами образуются средние соли. Более сильные кислоты также вытесняют менее сильные из солей.
Основные соли могут взаимодействовать с собственными кислотами. При этом вытеснения кислоты из соли не происходит, а просто образуются более средние соли.
Al (OH) Cl2 + HCl → AlCl3 + H2O
8. Кислоты взаимодействуют с металлами.
При этом протекает окислительно-восстановительная реакция. Однако минеральные кислоты и кислоты-окислители взаимодействуют по-разному.
К минеральным кислотам относятся соляная кислота HCl, разбавленная серная кислота H2SO4, фосфорная кислота H3PO4, плавиковая кислота HF, бромоводородная HBr и йодоводородная кислоты HI.
Такие кислоты взаимодействуют только с металлами, расположенными в ряду активности до водорода:
При взаимодействии минеральных кислот с металлами образуются соль и водород:
минеральная кислота + металл = соль + H2↑
Fe + 2 H + Cl → Fe +2 Cl2 + H2 0
Сероводородная кислота H2S, угольная H2CO3, сернистая H2SO3 и кремниевая H2SiO3 с металлами не взаимодействуют.
Кислоты-окислители (азотная кислота HNO3 любой концентрации и серная концентрированная кислота H2SO4(конц)) при взаимодействии с металлами водород не образуют, т.к. окислителем выступает не водород, а азот или сера. Продукты восстановления азотной или серной кислот бывают различными. Определять их лучше по специальным правилам. Эти правила подробно разобраны в статье Окислительно-восстановительные реакции. Я настоятельно рекомендую выучить их наизусть.
9. Некоторые кислоты разлагаются при нагревании.
Угольная H2CO3, сернистая H2SO3 и азотистая HNO2 кислоты разлагаются самопроизвольно, без нагревания:
Кремниевая H2SiO3, йодоводородная HI кислоты разлагаются при нагревании:
Азотная кислота HNO3 разлагается при нагревании или на свету:
Закисленность
Введение
Термин «закислённость организма» (иногда употребляется синоним «закисление») означает смещение водородного показателя рН в кислотную сторону. Общей медицине приходится сталкиваться с ацидемиями и ацидозами различного состава (глутаровыми, пропионовыми, метилмалоновыми и т.д.), причем повышенная кислотность крови, а тем более тотальный ацидоз, всегда опасны и прогностически неблагоприятны. Для спортивной же медицины особое значение имеет молочная кислота и ее соли, – лактаты, – поэтому под закисленностью здесь обычно подразумевается лактат-закисленность.
В основе энергетического обеспечения физической активности лежит расщепление аденозинтрифосфорной кислоты, достаточно известной даже неспециалистам (под аббревиатурой АТФ). В организме пополнение резервов АТФ происходит в рамках сложного биохимического процесса, суть которого – каскадная переработка глюкозы в последовательность органических кислот (лимонную, муравьиную и т.д.). Эта цепочка называется циклом лимонной кислоты, цитратным циклом или циклом трикарбоновых кислот, но чаще всего циклом Кребса, – по фамилии ученого, совместно с Ф.Липманом получившего в 1953 году Нобелевскую премию за исследование клеточного энергетического метаболизма.
Молочная кислота образуется на заключительных стадиях цикла и должна циклически же утилизироваться; за ее восстановление в гликоген отвечает печень. По мере необходимости происходит ферментация гликогена обратно в глюкозу – и все начинается сызнова. Впрочем, постичь все эти реакции способен только профессиональный биохимик, поэтому нет особого смысла описывать их подробно.
Вернемся к интересующему нас продукту метаболизма, а именно к молочной кислоте. Ее избыток приводит к развитию патологического симптомокомплекса, который очень тормозит развитие спортивных амбиций человечества, поскольку стоит, как Цербер, на страже мировых и олимпийских рекордов.
Причины
Молочную кислоту называют «кислотой мышечной усталости». При определенных условиях она действительно накапливается в мышечных тканях (в том числе в ткани миокарда) и нарушает их нормальное функционирование.
В большом спорте главной причиной мышечной лактат-закисленности выступает слишком интенсивный и, скажем так, нетерпеливый график тренировок, когда скорость наращивания нагрузок превышает природный темп энергообменных процессов в организме. Форсировать тренировки до бесконечности, а тем более давать организму взятки в виде допингов, – нельзя: и опасно, и, по большому счету, бесполезно. Хорошо еще, если дело ограничится очередным допинговым скандалом. Но можно попросту лишиться перспективного спортсмена как завоевателя мест и рекордов, – а заодно и всех тех немалых благ, моральных и материальных, которые не только ему полагаются за высшие спортивные достижения.
Симптоматика
Кратковременная лактат-закисленность слабой или умеренной выраженности может быть даже полезной. Например, в начале тренировочного цикла организм в ответ просто интенсифицирует и ускоряет метаболические процессы, вследствие чего мышечная ткань быстрее адаптируется, наращивая объем и силу. Но при хроническом и выраженном превышении допустимой концентрации молочной кислоты развивается специфический болевой синдром, который на спортивном сленге именуется неблагозвучным выражением «крепатура». Дальнейшее смещение рН в кислотную сторону окончательно блокирует мышечную сократительную функцию: «спина деревенеет», «ноги не идут», «руки не держат» и т.д.
Последствия хронической лактат-закисленности – резкий провал работоспособности, выносливости и результативности; ослабление иммунитета; миозит (воспаление мышечной ткани); остеопороз (истончение и дегенерация костной ткани, которая становится хрупкой; нетрудно догадаться, чем это оборачивается в спорте); непереносимость нагрузок, синдром хронической усталости, угнетение психоэмоциональной сферы. Но наиболее опасное и, к сожалению, распространенное среди спортсменов осложнение – гипертрофия миокарда с нарушениями проводимости, т.н. «спортивное сердце». Это одна из главных причин внезапной сердечной смерти, которая в большом спорте лидирует в структуре летальности.
Диагностика
Признаки лактат-закисленности достаточно специфичны, чтобы их легко распознал спортивный врач – особенно если общее состояние спортсмена, кислотно-щелочной показатель и биохимические параметры находятся под постоянным контролем.
Лечение
При появлении достоверных симптомов и маркеров лактат-закисленности тренировочные нагрузки следует кардинально снизить или приостановить. Важнейшую роль в коррекции кислотно-щелочного баланса играет также специальная диета, калорийная и «ощелачивающая». Назначаются препараты фосфора, магния, цинка, железа; гепатопротекторы; стимуляторы клеточного питания и регуляторы общего метаболизма, по показаниям могут применяться многие другие средства. Эффективна физиотерапия (массаж, водные процедуры и т.д.).
И все же лучше всего, разумней, безопасней – не допускать.
Характерные химические свойства кислот
Содержание:
Кислоты – это химические соединения, содержащие в себе положительный атом водорода (катион H+) и кислотный остаток (анион A-). Является сложным веществом.
Общая характеристика
В первую очередь кислоты различают по растворимости. Есть нерастворимые, растворимые и полурастворимые кислоты. Эти различия прописаны в таблице растворимости, так что наизусть запоминать не требуется.
Классификация:
Бескислородные кислоты – это растворы галогеноводородов, атомы которых в растворе связаны полярной ковалентной связью. Название кислоты складывается из названия кислотного остатка в первую очередь, а дальше называется катион (водород). Так с хлором и водородом образуется хлороводородная кислота, а с серой – сероводородная.
Кислородосодержащие кислоты, или оксокислоты называют за счёт наличия в них кислорода. Общего принципа построения названия этих кислот нет, так что их названия необходимо запоминать на память.
Физические свойства
Кислоты, в зависимости от условий, могут быть в трёх агрегатных состояниях: в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. Кислоты могут обладать цветом и запахом.
Химические свойства
Изменение цвета индикаторов
Кислота в водной среде способна изменить цвет разных индикаторов. Кислоты окрашивают в красных цвет лакмус, метилоранж и универсальный индикатор. Фенолфталеин не окрашивается.
Взаимодействие кислот с металлами
Кислота способна реагировать только с металлами, находящимися левее водорода в ряду активности металлов.
Из приведенного выше химического уравнения нужно отметить, что при взаимодействии кислоты и металла происходит реакция замещения, образуется соль и выделяется H2.
Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами
При взаимодействии кислоты с основным или амфотерным оксидами происходит реакция обмена в результате которой образуются соль и H2O.
В качестве примера приведены следующие реакции:
Из приведённого выше химического уравнения нужно отметить, что в реакциях основного оксида калия и амфотерного оксида алюминия (III) с кислотами, образуется соль и H2O.
Взаимодействие кислот с основными и амфотерными гидроксидами
Из приведённой выше химического уравнения нужно отметить, что при реакции основного гидроксида калия и амфотерного гидроксида алюминия (III) с кислотами образуются соль и H2O.
Взаимодействие кислот с солями
Реакция кислоты с солью является реакцией обмена, так же ее называют реакцией нейтрализации. Она возможно только в случае выпадения соли в осадок, выделения газа, слабые электролиты или вода. Рассмотрим все случаи более подробно.
Из приведённого выше химического уравнения можно увидеть, что при взаимодействии кислоты и соли образуются новые кислота и нерастворимая соль, которые выпадают в осадок. Осадок может иметь различную окраску, плотность и консистенцию.
Из приведённых выше химических уравнений нужно отметить, что при реакции соли с кислотой образуется новая соль и выделяется газ. Разберём одну из реакций: при взаимодействии твёрдого хлорида натрия с концентрированной хлороводородной кислотой образовалась натриевая соль серной кислоты и выделился летучий газ хлороводород.
Такие реакции возможны только при условии, когда одним из реагентов сильный электролит. Для того, чтобы убедиться, что реакция будет протекать используют вытеснительный ряд:
В этом ряду кислоты расположены так, что в растворах кислот и их солей могут в результате реакции вытесняют из раствора те, что стоят левее в ряду. Азотная и фосфорная кислоты находятся на одном месте в ряду, т.к. имеют одинаковые вытеснительные способности.
Из приведённого выше химического уравнения нужно отметить, что хлороводородная кислота, которая находится в данном ряду левее, способна вытеснять кислотный остаток карбоновой кислоты, стоящей в ряду правее. Нужно учитывать, что карбоновая кислота слабая и при стандартных условиях она распадется на углекислый газ и воду. Углекислый газ выделяется из раствора, а вода остаётся.
Разложение кислородсодержащих кислот
В результате реакции разложения кислородсодержащих кислот всегда образуется вода и оксид.
Из приведённых выше реакций можно увидеть, что карбоновая легко разлагается при обычных условиях, так как является одной из самых слабой кислотой. Для разложения сернистой и кремниевой кислоты их растворы необходимо нагреть. Во всех трёх реакция в результате образуется вода и оксиды кислотных остатков.
