Учебник Химическая азбука Конспект Практикум Тесты Справочник Приложения

ГЛАВА V. Типы химических соединений

предыдущий параграф предыдущий параграф следующий параграф следующий параграф

§3. Почему кислоты кислы?

Кислоты - это гидраты кислотных оксидов. Обычно кислотные оксиды образуют элементы-неметаллы, например, углерод, кремний, азот, фосфор, сера, хлор…

Диоксид углерода CO2 - кислотный оксид, ему соответствует угольная кислота. Чтобы получить угольную кислоту, углекислый газ (газообразный диоксид углерода) просто-напросто пропускают в воду:

CO2 + H2O = H2CO3

Раствор диоксида углерода в воде, содержащий угольную кислоту, хорошо известен: после добавления сладкого сиропа он превращается в лимонад, пепси-колу или другой освежающий напиток.

Когда-то людям была известна только одна кислота - уксусная. Кислый вкус, уксусная кислота и вообще всё кислое по-гречески - "оксос". Постепенно люди узнали и другие кислоты - серную, соляную, щавелевую, муравьиную, яблочную. А также фосфорную, азотную, янтарную, валериановую

Что же между ними общего? Посмотрим на формулы кислот и увидим, что здесь, как правило, на первом месте атом водорода.

Вот, например:

  • угольная кислота - H2CO3,
  • азотная кислота - HNO3,
  • серная кислота - H2SO4.

Такое расположение символов атомов в формуле молекул не случайность. Дело в том, что главное свойство кислот - это их способность в воде распадаться на ионы, причем один из ионов - обязательно катион водорода.

Катион водорода получается в растворе любых кислот, потому что в них атомы водорода связаны с остальной частью молекул довольно слабо. Как только кислота оказывается в растворе, атомы водорода превращаются в катионы H+, а остальная часть молекулы - в кислотный остаток (анион кислоты). Катионы водорода отправляются в окружающий их мир воды:

Кислота, когда здорова,
Угостить друзей готова
Тем, что ей дала природа, -
Катионом водорода!

Все кислоты в растворе отдают катионы водорода, но некоторые из них делают это охотно, а другие "жадничают". Те кислоты, которым не жалко подарить катионы H+, называются сильными, а уравнения их реакций диссоциации (распада на ионы) выглядят так:

  • HNO3 = H+ + NO3 (для азотной кислоты);
  • H2SO4 = 2H+ + SO42− (для серной кислоты);
  • HCl = H+ + Cl (для хлороводородной, или соляной кислоты);

Если кислота - "жадина", то она отдает не все свои катионы водорода; часть из них, притом значительную, оставляет при себе. Такие "скупые" кислоты называют слабыми, а реакции их диссоциации - обратимыми.

В обратимых реакциях исходные вещества превращаются в продукты не полностью, а лишь частично. Химики договорились, что вместо знака равенства в обратимых реакциях надо ставить две стрелочки, вот так:

, так или даже так:

Тогда уравнение реакции диссоциации слабой кислоты - фтороводородной (плавиковой) - будет таким:

HF H+ + F

А для других слабых кислот - угольной и фосфорной - диссоциация будет не только обратимой, но еще и многоступенчатой:

H2CO3 H+ + HCO3

HCO3 H+ + CO32−
H3PO4 H+ + H2PO4

H2PO4 H+ + HPO42−

HPO42− H+ + PO43−

Это значит, что слабая кислота "угощает" всех окружающих своими протонами чрезвычайно неохотно. Отщепит часть и подождет: может, больше не попросят?..

"Силу" и "слабость" любой кислоты можно измерить и рассчитать. Для этого служит степень диссоциации. Эту величину принято обозначать греческой буквой α (альфа), и она равна отношению числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул растворенной в воде кислоты.

яблоки

Точно так же определяют, руководствуясь здравым смыслом, степень протекания любого процесса (например, если на столе лежало десять яблок, а мальчик Петя съел три, то "степень употребления яблок в пищу" составит 3/10 = 0,3, или иначе - 30 % яблок).

Если кислота сильная, то степень ее диссоциации в водном растворе равна 100%, или 1,0: все молекулы, сколько бы их ни было вначале, распадаются на ионы водорода и кислотного остатка.

Слабая кислота имеет степень диссоциации меньше 100% (или меньше 1,0 - например, 0,3 или 0,1): распадаются на ионы далеко не все молекулы растворенной слабой кислоты, а только часть из них.

Что же происходит с катионами водорода, которыми любая кислота "угощает", скупо или щедро, своих соседей по раствору? Ведь катионы водорода - это частицы особенные, очень мелкие и юркие; практически это - протоны безо всякого электронного окружения. Неужели они так и плавают никем не замеченные в водном растворе, среди целого океана молекул воды?

На самом деле в водной среде несвязанные катионы водорода H+, конечно, не могут существовать. Их сразу же "съедают" молекулы воды, и в результате образуется катион оксония H3O+:

H++ H2O = H3O+


Протона нет и следа,
Его проглотила вода.
Мгновенно он превращен
В оксониевый катион
.

Ионы H+ (а если уж быть точными, катионы оксония H3O+) в растворе любой кислоты действуют на язык человека, вызывая ощущение кислого.

уксус и пряности Поэтому химики средневековья, проводя химические опыты с участием кислот, время от времени пробовали раствор на вкус, чтобы установить, полностью ли прошла реакция. Однако мало кто из них доживал до преклонного возраста - ведь среди химических веществ не так уж много полезных для еды, наоборот, многие весьма ядовиты.

Очень многие кислоты пришли в химию прямиком с кухни. Лимонная, яблочная, масляная, молочная, винная - источник, откуда химики извлекли эти кислоты, ясен из названия: это органические вещества, продукты живой природы.

Другое дело - неорганические кислоты, например, серная или азотная. Чтобы их получить, обычно бывает достаточно добавить к кислотному оксиду воду. Например, триоксид серы SO3 в воде превращается в серную кислоту, а оксид азота состава N2O5 - в азотную:

SO3 + H2O = H2SO4
N2O5 + H2O = 2HNO3

Правда, некоторые кислоты нерастворимы в воде. Тогда для их получения химику приходится обходить множество препятствий.

Например, получить кремниевую кислоту, добавляя воду к диоксиду кремния SiO2 (обычному кварцевому песку), не удается. Потребуются особые приемы. Например, можно сначала растворить диоксид кремния в щелочи - гидроксиде натрия NaOH , а потом провести обменную реакцию полученного силиката натрия Na4SiO4 с соляной кислотой HCl:

SiO2 + 4NaOH = Na4SiO4 + 2H2O;
Na4SiO4 + 4HCl = H4SiO4↓ + 4NaCl


Задание Задание 41. Кислоты



Задание Творческое задание. Говорящие кислоты.





предыдущий параграф предыдущий параграф следующий параграф следующий параграф
Введение
ГЛАВА I.
Что изучает химия?
ГЛАВА II.
Строение атомов и Периодический закон
ГЛАВА III.
Химическая связь и строение молекул
ГЛАВА IV.
Простые и сложные вещества. Водород и кислород

ГЛАВА V.
Типы химических соединений

  1. Вещества в классе
  2. Оксиды - дети "оксигена"
  3. Почему кислоты кислы?
  4. А это - основания
  5. Зачем нужны индикаторы?
  6. Соли - соленые, горькие, сладкие и прочие
  7. Хоровод ионов
  8. Те, у кого два лица
ГЛАВА VI.
Растворы и растворимость

Учебник Химическая азбукаКонспект
ПрактикумТесты СправочникПриложения
©2003 Copyright by alhimik.ru