Kwasy i zasady

1. Wstęp

Większość kwasów ma kwaśny smak. Niektóre z nich są trujące, niektóre mogą wywołać poważne poparzenia skóry, inne natomiast są całkowicie nieszkodliwe. Są też takie, które można spożywać. Spożywamy kwas cytrynowy zawarty w cytrynach i pomarańczach. Natomiast nasz organizm wytwarza kwasy pomocne podczas trawienia.
Zasady są to substancje, które są przeciwieństwem kwasów, chociaż podobnie jak kwasy, niektóre zasady są bardzo aktywne i powodują korozję, np. wapno (wodorotlenek wapnia) i soda kaustyczna. Używane są one w wielu procesach technologicznych. Zasady, które możemy rozpuścić w wodzie, nazywa się alkaliami.
W przypadku zmieszania kwasu z zasadą w odpowiedniej proporcji neutralizują się one wzajemnie (znoszą się). Na przykład, kiedy kwas solny zmieszany zostaje z sodą kaustyczną powstanie zwykła sól i woda.
Pewne substancje zanurzone w kwasach lub zasadach zmieniają kolor. Substancje te zwane są wskaźnikami. Lakmus zmienia kolor z niebieskiego na czerwony w roztworze kwasu i z czerwonego na niebieski w roztworze alkalicznym.

2. Kwasy

HNO3 Kwas azotowy

Kwas azotowy jest dymiącą, bezbarwną i bardzo żrącą cieczą. Wżera się w materiał reagując z nim. Kwas azotowy jest związkiem wodoru, azotu i tlenu. Używany jest do produkcji nawozów sztucznych oraz materiałów wybuchowych, np. nitrogliceryny. Kwas azotowy znany jest od IX w. Aż do początków XX w. Wytwarzany był poprzez podgrzewanie kwasu siarkowego i azotanu sodowego, naturalnego materiału występującego w Ameryce Południowej. Po wybuchu I wojny światowej powstało duże zapotrzebowanie na kwas azotowy do wyrobu materiałów wybuchowych. Niemcy zostały odcięte od swoich dostawców azotanu sodowego, co doprowadziło do opracowania przez niemieckiego chemika Fritza Habera nowej technologii otrzymywania kwasu azotowego, polegającej na podgrzewaniu amoniaku i powietrza. W trakcie tego procesu wodór i azot zawarty w amoniaku i tlen zawarty w powietrzu łączą się tworząc kwas azotowy.

HCl Kwas chlorowowodorowy

Kwas chlorowowodorowy jest bardzo niebezpieczną, bezbarwną cieczą dymiącą w powietrzu, o duszącej woni. Jest bardzo żrący i może powodować poważne oparzenia. Stężony kwas chlorowowodorowy zawiera trzy części chlorowodoru na siedem części wody. Chlorowodór powstaje wtedy, gdy dwa gazy wodór i chlor łączą się lub, gdy chlorek sodu (zwykła sól) reaguje z innym kwasem, kwasem siarkowym.
Kwas chlorowowodorowy reaguje z zasadami dając sole, zwane chlorkami. Używany jest w przemyśle do produkcji innych chemikaliów oraz przy przetwarzaniu żywności. Żołądek ludzki wytwarza słaby kwas chlorowowodorowy pomocny w rozkładzie pożywienia w procesie trawienia. Kwas solny jest kwasem beztlenowym, gdyż nie posiada ani jednej cząstki tlenu.

H3PO4 Kwas fosforowy

Kwas fosforowy to białe, krystaliczne ciało stałe. Jego temperatura topnienia to 42,3oC. Dobrze rozpuszcza się w wodzie z wydzieleniem energii cieplnej (próbówka rozgrzewa się). W temperaturze pokojowej jest substancją trwałą, nie ma właściwości utleniających, podczas odwadniania. Roztwór kwasu barwi oranż metylowy na kolor czerwony.
Kwas fosforowy jest stosowany do wyrobu nawozów sztucznych (np. superfosfatu podwójnego), do wyrobu fosforanów, w przemyśle spożywczym (jako dodatek do napojów gazowanych - symbol E338), do wytwarzania fosforanowych powłok ochronnych na metalach, do wytwarzania wielu środków farmaceutycznych. Używany jest również do oczyszczania soków w cukrownictwie, jako płyn do lutowania, w stomatologii, do wyrobu kitów porcelanowych i w laboratoriach analitycznych.

H2SO4 Kwas siarkowy

Kwas siarkowy jest prawdopodobnie najważniejszym produkowanym związkiem chemicznym. Ma on dziesiątki zastosowań do nawozów i włókien sztucznych, do lekarstw i materiałów wybuchowych. Ten właśnie kwas znajduje się w akumulatorach, typie baterii powszechnie stosowanych w samochodach.
Kwas siarkowy produkowany jest metodą kontaktową. Rudy zawierające siarczki metali lub siarkę prażone są przy dostępie powietrza w celu otrzymania dwutlenku siarki. Gaz ten podgrzewany jest następnie w obecności katalizatora (tlenek wanadu), aby większa ilość powietrza weszła w reakcję z nim i powstał trójtlenek siarki. Trójtlenek rozpuszczany jest w stężonym kwasie siarkowym, w wyniku, czego powstaje tzw. kwas siarkowy dymiący (oleum), który ostrożnie rozpuszczany w wodzie daje większą ilość kwasu siarkowego.

H2CO3 Kwas węglowy

Kwas węglowy jest słabym kwasem powstającym w wyniku reakcji dwutlenku węgla z wodą. Dwutlenek węgla w środowisku wietrzeniowym pochodzi częściowo z atmosfery, a częściowo z reakcji biologicznego oddychania i rozkładu materii organicznej. Roztwór kwasu węglowego działa na minerały silniej niż czysta woda. Kwas ten jest bardzo nietrwały i łatwo ulega rozkładowi.
Woda mineralna oraz różne napoje i soki często są gazowane tlenkiem węgla(IV), który rozpuszcza się w wodzie z wytworzeniem niewielkich ilości tego kwasu.

H2S Kwas siarkowodorowy

Kwas siarkowodorowy powstaje przez rozpuszczenie w wodzie gazu zwanego siarkowodorem. Gaz ma ostrą, duszącą woń i jest silną trucizną, a może wytworzyć się np. w jajku, które uległo zepsuciu. Siarkowodór jest jednym z produktów gnicia białka, a więc powstaje między innymi, w rurach kanalizacyjnych. Czasem towarzyszy złożom gazu ziemnego. Może być także wyrzucany z wnętrza ziemi podczas erupcji wulkanów.

UWAGA: Pamiętaj chemiku młody zawsze wlewaj kwas do wody !!!

3. Budowa i podział kwasów

Kwasy dzielą się następująco:

KWASY
beztlenowe tlenowe
HCl H2S H2SO4 HNO3
H2CO3

Kwasy beztlenowe otrzymuje się m.in. w procesie rozpuszczania w wodzie związku chemicznego, który otrzymuje się w wyniku syntezy wodoru z odpowiednim niemetalem
Kwasy tlenowe można otrzymać w wyniku reakcji chemicznej odpowiedniego tlenku niemetalu z wodą


Wzór ogólny dla kwasów: HnR

4. Dysocjacja elektrolityczna kwasów

Kwasy pod wpływem wody rozpadają się z wytworzeniem dodatnich jonów wodorowych i ujemnych jonów reszty kwasowej. Jony o ładunku dodatnim to kationy, a jony o ładunku ujemnym to aniony.

H2O
HCl = H+ + Cl-


Kwas solny pod wpływem wody dysocjuje na kation wodorowy i anion chlorkowy.


Kwas Anion Nazwa anionu
HCl Cl- chlorkowy
H2S S2- siarczkowy
HNO3 NO3- azotanowy
H3PO4 PO43- fosforanowy
H2SO4 SO42- siarczanowy

Ogólny wzór dysocjacji elektrolitycznej kwasów:

HnR nH++ Rn-


5. Zasady (wodorotlenki)

Wodorotlenki są związkami pierwiastków (zwykle metali) i grupy wodorotlenowej. Używane są do wyrobu detergentów, lekarstw, papieru i tekstyliów. Wodorotlenek sodu (soda kaustyczna) i wodorotlenek potasu (potas żrący) są niebezpiecznymi związkami stosowanymi do neutralizacji smarów. Rozcieńczony wodorotlenek amonowy jest domową postacią amoniaku używaną do czyszczenia.
Grupa wodorotlenowa (symbol OH) występuje w alkaliach lub zasadach i w pewnych związkach organicznych. Wiele alkalii, np. wodorotlenek sodowy, tworzą roztwory jonowe przewodzące elektryczność. Roztwory te są gorzkie w smaku i pienią się, a silne roztwory wodorotlenowe mają właściwości żrące i mogą poparzyć skórę.


6. Zasada sodowa i potasowa

Zarówno stały wodorotlenek sodu, jak i potasu wilgotnieją na powietrzu chłonąc m.in. parę wodną, czyli są substancjami hydroskopijnymi. Oba wodorotlenki dobrze się rozpuszczają w wodzie, z wydzieleniem znacznych ilości energii na sposób ciepła. Stężone roztwory NaOH i KOH wykazują właściwości żrące, działają niszcząco na substancje białkowe, np. na jedwab naturalny i wełnę, powodują bolesne oparzenia. Stopione wodorotlenki sodu i potasu działają żrąco także na szkło, porcelanę, a nawet na platynę. KOH ma silniejsze właściwości żrące i zasadowe niż NaOH.


Przemysł włókienniczy


Produkcja jedwabiu
Produkcja
barwników Produkcja
papieru

Przemysł
mydlarski NaOH

W laboratoriach Rafineria nafty
badawczych i i olejów mineralnych
przemysłowych

7. Otrzymywanie wodorotlenków

Działając wodą na niektóre metale

np. zasada sodowa 2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2
zasada potasowa 2K + 2H2O -> 2KOH + H2
zasada wapniowa Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2

Działając wodą na tlenki niektórych metali

np. zasada magnezu MgO + H2O -> Mg(OH)2
zasada potasu K2O + H2O -> 2KOH
zasada sodowa Na2O + H2O -> 2NaOH

NaOH - wodorotlenki mają zawsze grupę OH,
która jako całość jest I wartościowa
(grupa wodorotlenowa).


Wzór ogólny zasad:

Mn(OH)n

8. Dysocjacja elektrolityczna zasad

Zasady, tak jak kwasy, przewodzą prąd elektryczny. Należą, więc do elektrolitów, a w roztworach wodnych dysocjują na jony.

H2O
NaOH = Na+ + OH-

Zasada sodowa pod wpływem wody dysocjuje na jednododatni kation sodowy Na+ oraz jednoujemny anion wodorotlenkowy OH-.


Ogólny wzór dysocjacji elektrolitycznej zasad:

H2O
M(OH)n = Mn+ + nOH-