Сильні і слабкі кислоти: назви, описи, класифікація і властивості

Кислоти поряд з основами, солями і металами представляють один з найпоширеніших видів хімічних сполук. Фактично вони є одним з наріжних каменів сучасної хімії. Назву свою кислоти отримали з легкої руки середньовічних алхіміків, що мали вельми небезпечну звичку пробувати на смак отримані в результаті хімічних перетворень речовини. Кислоти володіли кислим смаком, тому і були названі кислотами. На сьогодні, хімікам відома велика кількість різноманітних кислот, які мають різні фізичні і хімічні властивості, про них ми поговоримо далі.

Загальні властивості

По-перше, слід пам’ятати, що всі кислоти є складними хімічними сполуками, що складаються з декількох хімічних елементів.

По-друге, характерною рисою практично всіх кислот є наявність атомів водню H. Крім водню, кислота складається з кислотного залишку. Наприклад, найпопулярніша сірчана кислота має формулу – H₂SO₄, тобто перша частина формули кислоти завжди складається з водню, потім йде кислотний залишок.

Але в цьому правилі є виняток, це так звані кислоти Льюїса, апротонні кислоти, без водню. Правда кислотами вони є також умовно. Справа в тому, що в хімії є декілька теорій кислот. Відповідно до однієї  із них (запропонована американським фізиком і хіміком Г. Н. Льюїсом), кислотою є всяка хімічна сполука, здатна прийняти пару електронів з’єднання- донору. Тому кислотами, згідно з твердженням Льюїса, можуть вважатися молекули з незаповненою восьми-електронною оболонкою, а також катіони металів -комплексоутворювачі, галогеніди перехідних металів, молекули з полярними подвійними зв’язками і карбокатіони.

Фізичні властивості

Всі кислоти мають кислий, а часом і металевий смак. Проте пробувати їх на смак категорично не рекомендується. А ось інші фізичні властивості кислот можуть відрізнятися. Вони володіють різним кольором, запахом (деякі зовсім не мають запаху, а деякі мають яскраво виражений аромат). Щодо агрегатного стану речовини, то кислоти можуть перебувати у всіх трьох станах: твердому, рідкому і газоподібному.

Хімічні властивості

Що ж стосується хімічних властивостей, то є цілий ряд загальних властивостей, характерних для всіх кислот:

• Всі кисневмісні кислоти (ті, що містять в собі кисень), при розкладанні утворюють воду і кислотний оксид.
• Безкисневі кислоти при розкладанні розпадаються на прості елементи. Характерний приклад, соляна кислота HCl складається з водню і хлору (Cl), тому розпадається на ці два елементи.
• Кислоти активно вступають в хімічні реакції з солями, що складаються з більш слабких сполук.

Концентрація речовини

Одним з нагальних завдань хіміків є визначення кількісного складу рідких хімічних речовин – їх концентрацію. Особливо важливо в практичній хімії правильно визначити концентрацію тієї чи іншої кислоти, що знаходиться в тому чи іншому розчині.

Як визначити концентрацію кислоти, наприклад для того, щоб зрозуміти яка кількість чистої сірчаної кислоти знаходиться в якомусь розчині? Для цього необхідно певну кількість розчину налити в спеціальний мірний стакан, зважити отриману масу і на підставі отриманих даних можна визначити концентрацію кислоти по таблиці щільності, так як щільність речовин нерозривно пов’язана з їх концентрацією.

Класифікація

У хімії є кілька класифікацій різних кислот, по-перше, всі кислоти діляться на кисневмісні і безкисневі. Тут все дуже просто, перші мають в своєму складі кисень, другі – ні.

По-друге, кислоти діляться за кількістю атомів кисню в молекулі на

• одноосновні, що мають лише один атом водню, приклад та ж соляна кислота HCl,
• двоосновні, коли атомів водню 2: наприклад вже згадана нами сірчана кислота H₂SO₄ – відноситься до двоосновних кислот, про це явно говорить індекс «2» після водню H в її хімічній формулі.
• триосновні, коли атомів водню цілих 3. Триосновна, наприклад, ортофосфорна кислота з формулою H₃PO_4.
• багатоосновні кислоти, в яких кількість атомів водню більша 3, такою є, наприклад знайома багатьом лимонна кислота, її хімічна формула – H₈C₆O₇.

Кислоти також поділяються за розчинністю у воді (розчинні та нерозчинні);  за летючістю (летючі, які здатні існувати в газоподібному стані і нелетучі); за вмістом атомів металу (металовмісні і не металовмісні); за приналежністю до класу хімічних сполук (органічні і неорганічні).

Окрім всіх названих способів класифікації, всі кислоти умовно поділяють на сильні і слабкі. Важливо зауважити, що сила або слабкість кислоти ніяк не пов’язана з її концентрацією, це її здатність вступати в хімічні реакції з іншими речовинами, віддаючи при цьому, свої іони. Чим легше і простіше проходить цей процес, тим сильніше вважається кислота. Також у водному розчині сильна кислота повністю розпадається на іони або, інакше кажучи, дисоціює. Ще однією відмінністю сильних кислот від слабких є їх здатність до провідності електрики. Сильні кислоти мають хорошу провідність електрики або, кажучи іншими словами, є відмінними електролітами. А ось зі слабких кислот електроліти так собі, так як їх провідність залишає бажати кращого.

У хімії давно є спеціальні таблиці з переліком сильних і слабких кислот. До сильних відносяться, наприклад:

• HCI соляна або хлороводнева,
• HBR бромоводнева,
• HNO₃ азотна,
• H₂SO₄ сірчана.

До слабких відносяться:

• CH₃COOH оцтова,
• HNO₂ азотиста,
• H₂SiO₃ кремнієва,
• H₂S сірководнева.

Хімічні реакції

Хімічна реакція за участю сильної кислоти і такої ж сильної основи призведе до утворення нейтрального розчину. Таку реакцію хіміки називають нейтралізацією. Якщо ж основа буде слабкою, а кислота сильною, то в такому випадку, кислота повністю розчиниться, відбудеться реакція дисоціації.

А ось слабка кислота з такою ж слабкою основою, майже не вступає в хімічну реакцію. А в результаті хімічної реакції слабкої кислоти і сильної основи, кислота розчиняється (дисоціює) лише частково.

Застосування, користь і шкода

Кислоти в наш час знаходять широке застосування в найрізноманітніших областях людської діяльності, вони є компонентами деяких ліків, а також сільськогосподарських добрив. Їх використовують для очищення нафтопродуктів, у виробництві барвників, миючих речовин, а також вибухівки.

До слова про вибухівку, її ж виробляють не тільки у військових цілях, але й у мирних. Наприклад Альфред Нобель, розробник динаміту, свій винахід спочатку робив із зовсім іншою метою. Його початкове призначення – допомагати будівельникам легше прокладати тунелі в горах. Це згодом військові знайшли йому руйнівне застосування. А в основі пристрою динаміту лежить вибухова речовина – нітрогліцерин, що складається з гліцерину і азотної кислоти.

Оцтова і лимонна кислоти активно використовуються в кулінарії, за допомогою щавлевої кислоти можна легко вивести плями від іржі, а розбавлена соляна кислота, в невеликій концентрації, корисна при лікуванні деяких захворювань шлунково-кишкового тракту.  Борна кислота буде незамінною, якщо необхідно позбутися тарганів чи будинкових мурах.

Одним словом, кислоти можуть бути дуже корисними для людини, але з іншого боку не варто забувати і про ту небезпеку, яку вони таять. Деякі кислоти, такі як сірчана і азотна при попаданні на шкіру людини можуть викликати хімічні опіки. Деякі, особливо сильні кислоти, що використовуються у виробництві (металургії), до прикладу, плавикова кислота, здатна розчинити навіть скло. Вона небезпечна для людини своїми отруйними парами. Тому при роботі з такими кислотами дуже важливо дотримуватися усіх необхідних правил безпеки.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора