Кислоты

Слово «кислота» каждый слышал в повседневной жизни. Каждый знает, что в лимонах – лимонная кислота, в яблоках – яблочная кислота, в листьях щавеля – щавелевая кислота. Кроме этого, такая муравьиная кислота присутствует в пчелином яде, а также помогает муравьям защищаться от врагов. При скисании виноградного сока образуется уксусная кислота, при скисании молока или квашении капусты – молочная кислота. Многие кислоты человек использует в своей жизни, например, уксусную кислоту, а такие кислоты, как соляная и серная широко используются в народном хозяйстве.

Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка. Атом водорода в кислотах всегда стоит на первом месте, все, что после водорода – кислотные остатки. Например, в HNO₃, NO₃ – кислотный остаток.

По содержанию кислорода в кислотах, кислоты делятся на кислородсодержащие, т.е. в этих кислотах присутствует кислород. Например, HNO₃, H₂SO_4. Кислоты, в которых отсутствует кислород, называются бескислородными. К таким кислотам относятся HCl, H₂S.

По растворимости в воде, кислоты делятся на растворимые в воде, к ним относится большинство кислот и нерастворимые в воде, к ним относится H₂SiO₃.

К летучим относятся такие кислоты, как H₂S, HCl, к нелетучим – большинство кислородсодержащих кислоты.

По числу атомов водорода в кислоте, кислоты делят на: одноосновные, в которых 1 атом водорода, например, HCl, двухосновные, в которых 2 атома водорода, например, H₂SO₄. Трехосновные кислоты – это кислоты, в которых 3 атома водорода, например, H₃PO₄.

Заряд атома водорода в кислотах всегда (+), а заряд кислотного остатка всегда отрицателен и численно равен числу атомов водорода в кислоте.

Для того чтобы написать структурные формулы кислородсодержащих кислот нужно помнить, что сначала нужно записать все гидроксид-ионы. А затем все остальные атомы кислорода связать с кислотообразующим элементом. Так, например, в серной кислоте – H₂SO₄ – 2 гидроксид-иона, а остальные 2 атома кислорода связываем с кислотообразующим элементом –серой – двумя черточками.

Давайте рассмотрим некоторые ионы. В кислоте H₂SO₄ заряд кислотного остатка – SO₄ равен (2-), т.к. в этой кислоте 2 атома водорода. Кроме того, этот ион SO₄^2- является сложным. В кислоте HCl заряд кислотного остатка – Cl, равен (-), т.к. в этой кислоте 1 атом водорода. Этот ион называется простым.

Серная кислота – H₂SO₄, бесцветная, маслянистая жидкость, не имеет запаха, вдвое тяжелее воды. Серная кислота поглощает влагу из воздуха и других газов, поэтому ее используют для осушения газов.

При разбавлении серной кислоты, следует кислоту вливать в воду, а не наоборот, т.к. при смешивании воды с кислотой, происходит сильное разогревание раствора, и вода, не успев смешаться с кислотой, может закипеть и выбросить брызги вверх. Поэтому кислоту следует вливать в воду тонкой струей и перемешивать.

Серная кислота обугливает древесину, ткани, кожу. Если в пробирку с серной кислотой поместить лучинку или сахар, то они обугливаются.

Ее применяют в производстве удобрений и красителей, взрывчатых веществ, медикаментов, моющих средств, очистке керосина, нефтяных масел. Она является электролитом в аккумуляторах.

Угольная и сернистые кислоты – H₂CO₃, H₂SO₃ – в свободном виде не существуют, т.к. они разлагаются на воду и оксид.

Кислоты, как и основания можно различить с помощью индикаторов. Посмотрим таблицу и сравним, как изменяют свою окраску индикаторы в присутствии кислот. Лакмус становится красным, метиловый оранжевый тоже, а вот фенолфталеин окраску не изменяет. Поэтому лакмус и метиловый оранжевый – основные индикаторы, которые используют для распознавания кислот.

Окраска индикаторов в кислотах

Но наиболее удобный и безопасный способ – это использование универсальной индикаторной бумаги, на которую нанесена смесь индикаторов. По изменению цвета полоски бумаги можно судить о характере среды: кислая она, щелочная или нейтральная. Кроме того, по интенсивности изменения окраски можно судить и о значительности кислотности или щёлочности, которая оценивается по специальной шкале. Эта шкала нанесена на упаковку  полосок универсальной индикаторной бумаги. Она называется шкалой рН. Если рН = 7, то среда считается нейтральной, как в дистиллированной воде, если рН < 7, то среда кислая, чем меньше эта величина, тем выше кислотность раствора, если рН > 7, то среда щелочная и чем больше эта величина, тем выше щёлочность раствора. Посмотрите на рисунок, как изменяется интенсивность окраски, чем среда более кислая, тем окраска более красная на универсальной индикаторной бумаге, чем среда более щелочная, тем окраска становится более синей.

Определение степени окисления атомов по формуле кислоты

По формулам кислот попробуем определить степени окисления атомов химических элементов, входящих в состав кислоты. Например, в кислоте H₂S степень окисления водорода (+1), это постоянно, а серы (-2), т.к. сумма степеней окисления должна ровняться 0. У водорода суммарная степень окисления – (+2), значит, у серы будет (-2), т.к. в составе кислоты 1 атом серы.

Давайте определим степени окисления всех элементов в сернистой кислоте – H₂SO₃. Как известно, степени окисления водорода и кислорода постоянны и соответственно равны (+1) и (-2). Найдем степень окисления серы, для этого составим уравнение, где х – это неизвестная степень окисления серы. (+1) · 2 + х + (-2) × 3 = 0. Ноль – суммарная степень окисления атомов всех элементов в соединении. Х = +4. Следовательно степень окисления серы в кислоте – (+4).

Зная степень окисления элемента-неметалла в кислоте, нетрудно определить, какой оксид ей соответствует. В нашей кислоте – это оксид SO₂, т.е. оксид серы (IV), потому что в этом оксиде степень окисления серы тоже (+4).

Все кислоты имеют соответствующее название и формулу, а также кислотный остаток, который тоже имеет свое название. В таблице приведены некоторые из кислот.