Kwasy

Kwasy są to związki chemiczne, których cząsteczki zbudowane są z atomu(ów) wodoru oraz reszty kwasowej, i podczas rozpuszczania się w wodzie dysocjują na kationy wodoru i aniony reszty kwasowej.

Kwasy można podzielić na:
1. Kwasy tlenowe np: H2SO4 (kwas siarkowy VI) H3PO4 (kwas fosforowy V)
2. Kwasy beztlenowe np : HCl (kwas solny) HCN (kwas cyjanowodorowy)

Przykład równania dysocjacji (kwasu solnego): HCl <=> H+ + Cl-

Kwasy to związki chemiczne o wzorze ogólnym:
HnR

Gdzie:
H - Wodór (element stały)
n - Liczba atomów wodoru (element zmienny)
R - Reszta kwasowa (element zmienny)

Ogólny wzór sumaryczny kwasów tlenowych jest następujący:
HnEmOz

gdzie: E - atom niemetalu
EmOz - reszta kwasowa

PRZYKŁADY KWASÓW

Otrzymywanie kwasów

Większość kwasów można otrzymać w reakcji odpowiednieg bezwodnika kwaswgo z wodą
np: SO2 + H2O => H2SO3

Jeżeli bezwodnik nie reaguje z wodą np ( SiO2 ) to odpowiedni kwas można otzrymać z rozpuszczalnej soli tego kwasu, działając na jej wodny roztwór innym kwasem
np: Na2SiO3 + 2HCl => H2SiO3 + 2 NaCl

Kwasy beztlenowe otrzymuje się w reakcji odpowiedniego wodorku z wodą

Kwasy Nieorganiczne

Kwasy nieorganiczne - związki nieorganiczne spełniające jedną z definicji kwasów. Zgodnie z konwencją wzory sumaryczne kwasów nieorganicznych pisze się zaczynając je od atomów wodoru. Kwasy nieorganiczne dzielimy na tlenowe i beztlenowe. Kwasy tlenowe można otrzymać zazwyczaj w reakcji odpowiadających im bezwodników kwasowych z wodą.

Do najczęściej używanych kwasów nieorganicznych tlenowych należą: kwas azotowy, kwas siarkowy, kwas fosforowy, kwasy krzemowe (krzemiany), kwasy tlenowe chloru i kwas węglowy. Kwasami beztlenowymi nazywa się spełniające definicje kwasów wodorki niemetali (oraz ich pochodne) lub ich roztwory wodne (fluorowodór, kwas solny, siarkowodór, cyjanowodór).

Kwas azotowy(V) HNO3

Bezbarwna ciecz, temp. topnienia -41,1oC, temp. wrzenia 84oC, gęstość 1,52 g/cm3, silnie dymiąca na wilgotnym powietrzu. Występuje w znikomych ilościach w powietrzu (synteza tlenku azotu NO z pierwiastków podczas wyładowań elektrycznych), skąd przechodzi do gleby, tworząc azotany. Miesza się z wodą we wszystkich stosunkach, tworzy hydraty HNO3*H2O (temp. topnienia -38oC), HNO3*3H2O (temp. topnienia -18,5oC), z wodą tworzy azeotrop zawierający 69,2% HNO3o temp. wrzenia 121,8oC i gęstości 1,41 g/cm3 (postać handlowa, tzw. stężony k.a.), rozkłada się powoli (czynnikiem przyśpieszającym tą reakcję jest światło):
4HNO3 4NO2 + 2H2O + O2 dzięki czemu roztwory kwasu azotowego mają zabarwienie żółte. Jest mocnym utleniaczem, palne substancje (np. drewno, słoma, bibuła) zapalają się po zwilżeniu stęż. kwasem azotowym. Rozpuszcza większość metali (z wyjątkiem metali szlachetnych np. Au, Pt) z wydzieleniem tlenków azotu. Niektóre metale (np. Al, Cr, Fe) ulegają pasywacji w stężonym k.a. podczas gdy roztwarzają się w rozcieńczonym. Kwas azotowy utlenia niektóre niemetale (siarkę do kwasu siarkowego, fosfor do kwasu fosforowego). Zmieszany z kwasem siarkowym tworzy mieszaninę nitrującą, stosowaną do nitrowania związków organicznych. Mieszanina k.a. z kwasem solnym (w stosunku 1:3) nosi nazwę wody królewskiej. Woda królewska swą wyjątkową reaktywność zawdzięcza wolnemu chlorowi i chlorokompleksom, tworzącym się w niej: HNO3 + 3HCl NOCl + 2Cl + 2H2O .

Dawniej był otrzymywany przez działanie kwasem siarkowym na azotany, obecnie jest produkowany metodą katalitycznego utleniania amoniaku (metoda Ostwalda). Tlenek azotu powstający w tej reakcji utlenia się tlenem z powietrza 2NO + O2 NO2 a następnie rozpuszcza w wodzie NO2 + H2O HNO3 + HNO2 . Stosowany do wyrobu nawozów sztucznych, jedwabiu sztucznego, barwników, środków leczniczych, do nitrowania związków organicznych (m.in. przy produkcji materiałów wybuchowych), jako utleniacz w paliwach rakietowych.

Kwas borowy H3BO3

Ortoborowy kwas, borny kwas; bezbarwne krystaliczne ciało stałe, topi się w temp. 185oC. W wodzie jest słabo rozpuszczalny: w temp. 0oC 1,9g/100cm3, rozpuszczalność szybko rośnie ze wzrostem temperatury. W wodzie zachowuje się jak słaby kwas;
K1 = 7,3*10-10, K2 = 1,8*10-13, K3 = 2*10-14, jego moc znacznie zwiększa się w obecności glicerolu lub mannitolu – przyczyną tego jest powstanie związku chelatowego. Podczas ogrzewania traci stopniowo wodę przechodząc w kwas metaborowy HBO2, a następnie tlenek B2O3. Z alkoholami, np. CH3OH, tworzy łatwo lotne estry. Otrzymywany przez wyparcie mocnym kwasemz soli - boraksu. Znajduje zastosowanie w lecznictwie (posiada własności dezynfekujące), do wyrobu emalii, w kosmetyce, przemyśle tekstylnym, mydlarskim, garbarskim, do lutowania, (kwasy poliborowe) itd.

Kwas fosforowy(V) H3PO4

Ortofosforowy(V) kwas; białe, krystaliczne ciało stałe, temp. topnienia 42,3oC, dobrze rozpuszczalne w wodzie (670g / 100g H2Ow temp. 25oC). Jest kwasem trójprotonowym o średniej mocy (K1=1.1*10-2, K2=1.2*10-7, K3=1.8*10-12), tworzy trzy szeregi soli np.NaH2PO4, Na2HPO4, Na3PO4. W temp. pokojowej jest substancją trwałą, nie ma własności utleniających, podczas odwadnianiaulega kondensacji tworząc kwasy polifosforowe. Jest otrzymywany w wyniku: 1)działania rozc. kwasem siarkowym na fosforan(V)wapnia (ew. apatyt lub zmielone kości) Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 3CaSO4 + 2H3PO4 , 2)działania wodą na tlenek fosforu(V) :
P2O5 + 3H2O 2H3PO4 , 3)przez utlenianie fosforu czerwonego średnio stężonym kwasem azotowym:
3P + 5HNO3 + 2H2O 3H3PO4 + 5NO. W handlu są syropowate 85-90% roztwory kwasu fosforowego. Stosowany głównie do wyrobu nawozów sztucznych (np. superfosfatu podwójnego), do wyrobu fosforanów, w przemyśle spożywczym (jako dodatek do napojów gazowanych [antyutleniacz] - symbol E 338), do wytwarzania fosforanowych powłok ochronnych na metalach, do wytwarzania wielu środków farmaceutycznych. Kwas fosforowy jest również używany do oczyszczania soków w cukrownictwie, jako płyn do lutowania, w stomatologii, do wyrobu kitów porcelanowych, w lecznictwie i laboratoriach analitycznych.

Kwas siarkowy(VI) H2SO4

Kwas siarkowy jest bezbarwną, żrącą, oleistą cieczą; wrze w temp. 296oC, topi się w temp. 10,36oC. Jest jednym z najważniejszych produktów stosowanych w przemyśle chemicznym i innych (jest najtańszym mocnym kwasem), miesza się z wodą we wszystkich stosunkach. Stężony kwas siarkowy jest silnie higroskopijny (dlatego jest stosowany jako środek suszący i odciągający wodę), powoduje zwęglanie substancji organicznych zawierających tlen i wodór. Stężony kwas siarkowy działa utleniająco, zwłaszcza w podwyższonej temp., rozpuszcza metale półszlachetne np. Cu, Ag, z wydzieleniem dwutlenku siarki: Cu + 2H2SO4 CuSO4 + 2H2O + SO2 . Kwas siarkowy jest bardzo mocnym kwasem dwuprotonowym. Metale znajdujące się w szeregu napięciowym przed wodorem rozpuszczają się w rozcieńczonym kwasie siarkowym z wydzieleniem wodoru. Jako kwas trudno lotny k. siarkowy jest stosowany do wypierania kwasów lotniejszych np. HNO3, HCL, CH3COOH z ich soli np. NaCl + H2SO4 HCl + NaHSO4 . Tworzy sole: siarczany i wodorosiarczany. SO3 rozpuszcza się w kwasie s. tworząc oleum czyli dymiący kwas siarkowy, w którym występują kwasy polisiarkowe np. kwas dwusiarkowy(VI) H2S2O7. Dawniej otrzymywany był metodą komorową (utlenianie SO2 do SO3 tlenkami azotu), obecnie jest otrzymywany metodą kontaktową (utlenianie SO2 do SO3 tlenem z powietrza w obecności platyny lub tlenku wanadu(V) jako katalizatora). Stosowany w zależności od stężenia do: wyrobu rozpuszczalnych nawozów fosforowych, siarczanu amonu i innych nawozów sztucznych, do oczyszczania (trawienia) powierzchni metali (np. żelaza w celu usunięcia rdzy przed cynkowaniem, cynowaniem lub emaliowaniem), do suszenia gazów, produkcji papieru, rafinacji tłuszczów i olejów, do oczyszczania nafty i wosku ziemnego, do wyrobu włókien sztucznych i materiałów wybuchowych, otrzymywania innych chemikaliów, jako elektrolit w akumulatorach do sulfowania i nitrowania związków organicznych, w garbarstwie, drożdżownictwie, gorzelnictwie, farbiarstwie, itp. Postać handlowa: k.s. techniczny 76-78%, gęstość 1,7g/cm3, k.s. techniczny stężony 94-96%, gęst.1,84g/cm3, k.s. czysty stężony 95,6-98,8%, gęst.1,84g/cm3, k.s. akumulatorowy ok. 30% H2SO4.

Kwas solny HCl aq

Nazwa systematyczna: kwas chlorowodorowy; bardzo czynny chemicznie, mocny kwas, będący wodnym roztworem gazowego HCl.
Nasycony w temperaturze 15oC wodny roztwór kwasu solnego ma stężenie 42,7% i gęstość 1,21g/cm3. W handlu znajduje się około 38% roztwór o gęstości 1,19g/cm3. Rozpuszcza z wydzieleniem wodoru metale znajdujące się przed wodorem w szeregu napięciowym, np. Mg + 2HClaq H2 + MgCl2 , oraz tlenki, wodorotlenki i węglany metali, tworząc chlorki. Kwas chlorowodorowy znajduje się w soku żołądkowym (ok. 0,5%). Jest otrzymywany przez absorbcję chlorowodoru w wodzie. Chlorowodór do produkcji kwasu solnego wytwarza się syntetycznie z chloru i wodoru H2 + Cl2 2HCl (temp. procesu około 700-900oC), wykorzystuje się gazy odpadowe z chlorowania związków organicznych, na przykład syntezy chlorku benzylu: C6H6 + Cl2 C6H6Cl + HCl lub otrzymuje się przez działanie stężonym kwasem siarkowym na chlorek sodu H2SO4 + 2NaCl Na2SO4 + 2HCl (temp. Procesu około 400-500oC). Stosowany w przemyśle metalurgicznym, włókienniczym, cukrowniczym, oraz do produkcji mas plastycznych, barwników organicznych i innych. Znajduje również zastosowanie w lecznictwie i jako jeden z podstawowych odczynników laboratoryjnych. Jest składnikiem różnych środków czyszczących np. Cilitu (około 10% kwasu solnego) i innych.

Kwasy organiczne

Kwasami organicznymi nazywamy związki zawierające w swojej cząsteczce grupę karboksylową: -C=O
|
OH

Kwasy organiczne wykazują wszystkie właściwości kwasów nieorganicznych. Roztwory kwasów organicznych ulegają dysocjacji na jony i przewodzą prąd elektryczny, lecz w/w substancje są one na ogół kwasami słabymi. Wzór ogólny kwasów to R-COOH. Gdy w cząsteczce kwasu rodnik (R) jest resztą węglowodoru łańcuchowego nienasyconego lub nasyconego, to te kwasy nazywamy kwasami tłuszczowymi. Kwasy tłuszczowe w dużych ilościach występują na ziemi i bardzo często spotykamy je w życiu codziennym. W owocach kwasy cytrynowy i jabłkowy, w łodygach i liściach roślin szczawiowy, w korzeniach walerianowy oraz w organizmie człowieka np. w mięśniach.

Kwasy tłuszczowe powstają z dalszego utleniania alkoholi pierwszorzędnych. Bo jak wiemy produktem utleniania tych substancji są aldehydy, a następnie kwasy. Przy utlenianiu alkoholu metylowego powstaje kwas mrówkowy, a przy utlenianiu alkoholu etylowego powstaje kwas octowy. Obie reakcje zachodzą przy obecności tlenu i pewnych bakterii znajdujących się w nim.

Kwas mrówkowy

Jest to najprostszy kwas organiczny o wzorze H-COOH. Kwas ten powstaje w wydzielinach gruczołów niektórych gatunków mrówek. Oprócz tego występuje we włosach znajdujących się na liściach pokrzywy, w moczu, pocie i niedojrzałych owocach. Związek ten jest bezbarwną cieczą o ostrym i palącym zapachu. Stosowany jest w przemyśle spożywczym oraz medycznym (rozcięczone roztwory stosowane są do dezynfekcji.

Kwas octowy

Najdawniej stosowany kwas organiczny, znany w starożytności w postaci octu winnego. W stanie bezwodnym jest substancją krystaliczną topiąca się w 16,5oC. W wodzie rozpuszcza się bez umiaru. Kwas octowy jest produkowany na dużą skalę. przez utlenianie alkoholu lub z produktów rozkładowej destylacji drewna, lecz używaną dotychczas jest synteza acetylenu. Kwas octowy może być używany w celach spożywczych, gdyż jest kwasem słabym, a jego roztwory są ok. 10%. W przemyśle kwas ten stosuje do wyrobu mas plastycznych, sztucznego włókna, perfum i środków leczniczych.

Wyższe kwasy tłuszczowe

Powstają z grupy karboksylowej i dużych rodników. Spotykane są często w życiu codziennym. Wszystkie tłuszcze roślinne i zwierzęce są związkami powstałymi z gliceryny i tych oto kwasów, które również wchodzą w skład wosku.

Kwas szczawiowy

Jest to najprostszy przykład kwasu wielokarboksylowymi tzn.. kwasów które składają się z dwóch lub więcej grup karboksylowych. W cząsteczce kwasu szczawiowego występują dwie grupy karboksylowe. Wzór grupowy to:
COOH
|
COOH

Atomy wodoru mogą być zastąpione przez atomy metali, czyli kwas ten jest kwasem dwuzasadowym. Kwas szczawiowy zgodnie z regułą daje sole kwaśne jak i zasadowe. Kwas szczawiowy znany był już w okresie średniowiecza. Jest to substancja krystaliczna, często spotykana w świecie roślinnym i zwierzęcym zarówno w stanie wolnym, jak i w postaci soli wapniowych lub potasowych. Obficie występuje w szpinaku, rabarbarze i szczawiu, Szczawian wapniowy stale tworzy się w organizmie ludzkim i jest wydalany na zewnątrz jako produkt przemiany materii. Odkładanie się tej soli w stawach kostnych świadczy o ciężkich schorzeniach gośćcowych.

Hydroksykwasy.

Związki te posiadają w swoich cząsteczkach grupy karboksylowe i wodorotlenowe, więc posiadają właściwości alkoholi jak i kwasów organicznych. Jednym z najczęściej spotykanych hydroksykwasów jest kwas mlekowy.
CH3-CH-COOH
|
OH
Tworzy się on w kwaśnym mleku oraz podczas kiszenia kapusty. Oprócz tego kwasu możemy spotkać się z takimi jak kwas winowy czy cytrynowy.