Kwasy

Kwasy - ogólnie - to związki chemiczne, które w roztworach wodnych dysocjują na kation wodoru i anion reszty kwasowej. To związki chemiczne, których cząsteczki zbudowane są z atomów wodoru i reszty kwasowej.

Dysocjacja kwasów
W roztworach wodnych kwasy dysocjują na kation hydroniowy H3O (hydratowany kation wodorowy H ) i anion reszty kwasowej, np.
HNO3 H2O - H3O NO3- (anion azotanowy(V))

Kwasy wielowodorotlenowe dysocjują stopniowo
H3PO4 H2O - H2PO4- H3O
cząsteczka kwasu ortofosforowego(V) rozpada się na anion diwodoroortofosforanowy(V) i kation wodoru

H2PO4- H2O - HPO42- H3O
anion diwodoroortofosforanowy(V) rozpada się na dwuujemny anion wodoroortofosforanowy(V) i kation wodoru

HPO42- H2O - PO43- H3O
anion wodoroortofosforanowy(V) rozpada się na trójujemny anion ortofosforanowy(V) i kation wodoru

Do najbardziej znanych tlenowych kwasów nieorganicznych zaliczyć można:

1. Kwas azotowy(V) HNO3 - nieorganiczny związek chemiczny, jest jednym z kwasów tlenowych.

Otrzymywanie:
Kwas azotowy(V) można otrzymać, łącząc tlenek kwasowy z wodą:
N2O5 H2O - 2HNO3
Jest to jednak tylko teoretyczny proces, nie mający praktycznego sensu. Na skalę przemysłową kwas azotowy otrzymuje się w reakcji katalitycznego utleniania amoniaku (w temperaturze 900C w obecności platyny i rodu) według równania:

4NH3 5O2 - 4NO 6H2O
Tak uzyskany tlenek azotu(II) utlenia się do tlenku azotu(IV):

2NO O2 - 2NO2
Następnie tlenek azotu(IV) rozpuszczony w wodzie ulega dysproporcjowaniu wg równania:

2NO2 H2O - HNO3 HNO2
W reakcji powstaje kwas azotowy(V) i kwas azotowy(III). Ten ostatni jest nietrwały i ulega dalszemu dysproporcjowaniu według równania:

3HNO2 - HNO3 2NO H2O
Powstały tlenek azotu(II) jest ponownie utleniany i wykorzystywany w procesie. Tę metodę otrzymywania kwasu azotowego z tlenku azotu opracował Ignacy Mościcki.

Właściwości:
Stężony kwas azotowy dymi - można zaobserwować wydzielanie brunatnego tlenku azotu(IV) - rozkłada się zgodnie z równaniem:
4HNO3 - 4NO2 O2 2H2O;

Gęstość stężonego 65% kwasu azotowego wynosi 1,40 g/cm3, temperatura wrzenia ok. 120C, a temperatura topnienia ok. -32C. Jest mocnym kwasem - ulega całkowitej dysocjacji po dodaniu minimalnej ilości wody. Kwas azotowy(V) i jego sole są bardzo silnymi utleniaczami - dlatego gwałtownie reaguje nawet z metalami nniewypierającymiwodoru (np. miedź lub srebro). Utlenia także pewne niemetale:
S 2HNO3 - H2SO4 2NO
3C 4HNO3 - 3CO2 4NO 2H2O

Zaś niektóre, jak np. glin i żelazo ulegają pasywacji po zetknięciu z tym kwasem.

Przebieg reakcji miedzi z kwasem azotowym (V) przedstawiają równania:
(przy kwasie stężonym) Cu 4HNO3 - Cu(NO3)2 2NO2 2H2O
(przy kwasie rozcieńczonym) 3Cu 8HNO3 - 3Cu(NO3)2 2NO 4H2O

Powstający w reakcji ze stężonym kwasem tlenek azotu(IV) jest silnie trującym gazem, o bardzo intensywnym, nieprzyjemnym zapachu i brunatnym zabarwieniu.
W mieszaninie z kwasem chlorowodorowym (w stosunku 1:3 kwas azotowy(V) do chlorowodorowego) tworzy wodę królewską, roztwarzającą prawie wszystkie metale.

Zastosowanie:
W handlu najczęściej spotyka się 55% roztwór kwasu azotowego (azeotrop).
- z kwasu azotowego(V) otrzymuje się ważne, łatwo rozpuszczalne sole azotany, estry (np. nitrogliceryna), a także związki nitrowe (np. trinitrotoluen). Wszystkie te związki są utleniaczami i mają tendencję do gwałtownego, mniej lub bardziej wybuchowego rozkładu.
- kwas azotowy jest konieczny do reakcji ksantoproteinowej - czyli reakcji charakterystycznej białek.
- HNO3 jest wykorzystywany w przemyśle farmaceutycznym;
- do oczyszczania powierzchni metali
- można go użyć także do wytworzenia RDX
- w warunkach amatorskich nadaje się do wytrawiania obwodów drukowanych (nie pozostawia uciążliwych zanieczyszczeń, jakie powstają przy wytrawianiu chlorkiem żelazowym, poza tym trawiEnie kwasem azotowym jest dużo szybsze);
- składnik paliw rakietowych
Kwas azotowy stosuje się jako utleniacz paliw, również hipergolowych. Zwykle w postaci czerwonego dymiącego kwasu azotowego (otrzymanego po dodaniu 13-15% czterotlenku azotu do białego dymiącego kwasu azotowego) z dodatkiem, np. 0,6% fluorowodoru, w celu zmniejszenia działania korozyjnego; używane m.in. w rakietach radzieckich systemów przeciwlotniczych S-75 i S-200

2. Kwas azotowy(III), dawniej kwas azotawy to nieorganiczny związek chemiczny dość słaby i nietrwały kwas o wzorze HNO2.
Istnieje tylko w rozcieńczonych roztworach wodnych. Przy zatężaniu ulega dysproporcjonowaniu wg równania
3 HNO2 - HNO3 2 NO H2O
działając zarówno jako utleniacz, jak i reduktor. Trwalsze są jego sole i estry - azotany(III) (dawniej zwane azotynami), stosowane m.in. do diazowania i konserwacji żywności (azotany(III) potasu i sodu) oraz w lecznictwie (azotan(III) pentylu).
Oprócz estrów (R-ONO) w wyniku jego reakcji ze związkami organicznymi mogą powstawać także związki nitrowe (R-NO2).

Otrzymywanie:
Przemysłowo kwas azotowy(III) otrzymywany jest poprzez wprowadzanie do wody równocząsteczkowej mieszaniny tlenku azotu(II) (NO) i tlenku azotu(IV) (NO2). W takiej mieszaninie zawsze obecne są drobne ilości tritlenku diazotu (N2O3), który jest bezwodnikiem kwasu azotawego. W wyniku jego reakcji z wodą wg równania
N2O3 H2O - 2 HNO2
Zaburzona (przesunięta w prawo) zostaje równowaga reakcji tlenków
NO NO2 - N2O3
i tworzą się kolejne porcje N2O3, które następnie reagują z wodą i tak dalej.
W laboratorium kwas azotowy może być otrzymywany przez dodawanie do jego soli (np. azotanu (III) sodu) kwasów mineralnych, np.
2 NaNO2 H2SO4 - 2 HNO2 Na2SO4

3. Kwas siarkowy (kwas siarkowy(VI), H2SO4), nieorganiczny związek chemiczny, jeden z najmocniejszych kwasów - wszystkie układy o większej mocy od kwasu siarkowego(VI) 100% nazywa się superkwasami. Przez niektórych zwany krwią przemysłu chemicznego, ze względu na to, że używa się go w bardzo wielu kluczowych syntezach. Sole kwasu siarkowego to siarczany (siarczany(VI)).

Właściwości:
- Niszczy białko
- Reaguje z metalami półszlachetnymi np. miedzią (na gorąco temp. roztworu ok. 100C)
- Czernieje zostawiony na powietrzu (zwęglanie glukozy i aeroplanktonu)
- Higroskopijny
- Z wodą tworzy azeotrop przy stężeniu ok. 96% o gęstości 1,84 g/cm? i temperaturze wrzenia 330C
- Kwas siarkowy jest silnym środkiem pochłaniającym wodę. Ma szerokie zastosowanie w syntezie laboratoryjnej, produkcji papieru, do akumulatorów samochodowych, jako zakwaszacz.

Otrzymywanie kwasu siarkowego(VI)
Współcześnie kwas siarkowy(VI) otrzymuje się w przemyśle głównie metodą kontaktową. Metoda ta składa się z trzech etapów:
- spalanie siarki do SO2
- utlenianie SO2 do SO3
- absorpcja SO3 w oleum, stężonym kwasie siarkowym(VI) i wodzie.

Zastosowanie:
Kwas siarkowy(VI) ma bardzo duże znaczenie w różnych gałęziach przemysłu. Służy między innymi do produkcji innych kwasów, do wyrobu barwników, włókien sztucznych, środków wybuchowych, nawozów sztucznych. Używany jest też do oczyszczania olejów, nafty, parafiny i do osuszania gazów. Stosuje się go do produkcji środków piorących, leków oraz jako elektrolit w akumulatorach ołowiowych. Jest często używanym odczynnikiem w laboratoriach

4. Kwas siarkowy(IV), (kwas siarkawy, H2SO3) - nieorganiczny związek chemiczny, słaby, nietrwały kwas powstający przez reakcję tlenku siarki(IV) z wodą. Z metalami tworzy trwałe sole - siarczany(IV) (siarczyny).

Powstawanie kwasu siarkowego(IV) przedstawia reakcja:
SO2 H2O - H2SO3
Można go także otrzymać działając roztworem mocnego kwasu na siarczany(IV). Powstały wówczas kwas siarkowy(IV) ulega rozpadowi, wg równania:
SO32- 2H - [H2SO3] - SO2(?) H2O

Właściwości kwasu siarkowego(IV)
- nietrwały - rozkłada się podczas ogrzewania, bakteriobójczy, grzybobójczy, owadobójczy, ma właściwości bielące, niszczy rośliny, trujący, silnie drażniący, jest elektrolitem
Jego zastosowanie jest znikome. Znajduje ograniczone zastosowanie w syntezie laboratoryjnej. Stosuje się go do bielenia wełny oraz w przemyśle papierniczym. Jego zastosowanie wiąże się ze słabymi właściwościami redukującymi.
Kwaśny deszcz to silnie rozcieńczony kwas siarkowy(IV), który powstaje w wyniku rozpuszczania się w kroplach deszczu tlenku siarki(IV), pochodzącego głównie ze spalania zasiarczonych paliw kopalnianych: węgla, gazu ziemnego oraz paliw ropopochodnych.
W warunkach laboratoryjnych kwas siarkowy(IV) można otrzymać poprzez spalanie siarki i absorpcji powstających par w wodzie, w wwyniku, czegopowstaje niezbyt stężony roztwór tego kwasu.

5. Kwas węglowy (H2CO3, poprawniej H2O-CO2) to tlenowy kwas nieorganiczny. Występuje jedynie w wodnych roztworach dwutlenku węgla. Jest to kwas o małej mocy, a ze względu na to, że nie można uzyskać jego wysokiego stężenia, nie może on być wykorzystywany jak typowe nieorganiczne kwasy tlenowe.

Otrzymywanie
Kwas węglowy otrzymać można rozpuszczając dwutlenek węgla w wodzie:
H2O CO2 - H2CO3

W praktyce jednak rozpuszczenie nawet znacznej ilości dwutlenku węgla w wodzie prowadzi do otrzymania niewielkiego stężenia tego kwasu ze względu na to, że równowaga powyższej reakcji jest silnie przesunięta w stronę substratów. Właśnie to zjawisko jest odpowiedzialne za lekko kwaśny smak tzw. wody sodowej.
Nieco większe stężenie tego kwasu można uzyskać poprzez rozkład wodorowęglanu sodu w wodzie.

Właściwości i zastosowanie
Kwas ten jest kwasem bardzo nietrwałym, już w temperaturze pokojowej ulega reakcji rozkładu. W efekcie nie można otrzymać stężonego roztworu tego kwasu. Kwas węglowy służy do produkcji napojów gazowanych - przykładem może być woda sodowa. Oranż metylowy w jego roztworze zmienia barwę na czerwoną.

Najważniejsze beztlenowe kwasy nieorganiczne
- kwas chlorowodorowy
- kwas cyjanowodorowy
- kwas siarkowodorowy
- kwas fluorowodorowy
- kwas bromowodorowy
- kwas jodowodorowy
- Kwasy nieorganiczne mocne:
- kwas azotowy(V)
- kwas chlorowy(VII)
- kwas chlorowy(V)
- kwas siarkowy(VI)
- kwas chlorowodorowy
- kwas bromowodorowy
- kwas jodowodorowy

Inne kwasy
- kwas tiosiarkowy - H2S2O3
- kwas nadsiarkowy - H2S2O8
- kwas manganowy(VII) - HMnO4
- kwas dichromowy(VI) - H2Cr2O7
- kwas chromowy(VI) - H2CrO4

Kwasy utleniające
- kwas azotowy(V)(stężony i rozcieńczony)
- kwas chlorowy(VII)(stężony i rozcieńczony)
- kwas siarkowy(VI)(stężony)