Oxykyseliny

Štruktúra a tvorba kyslíkových kyselín

Kyslíkové kyseliny pozostávajú z troch kľúčových prvkov: atóm kyslíka, kyselinotvorný prvok a aspoň jeden atóm vodíka viazaný na kyslík. Centrálny atóm je zvyčajne nekov, ako je síra, dusík alebo fosfor. Tieto prvky sa nazývajú „kyselinotvorné prvky“. Tie môžu zahŕňať aj určité kovy v ich vyšších oxidačných stupňoch, ako je mangán (VII). Názvy oxykyselín vznikajú z názvu kyselinotvorného prvku s jeho valenciou uvedenou v zátvorkách a pridaním prípony -ic , tj kyselina fosforečná, kyselina sírová, kyselina dusičná atď. Ak je konkrétny prvok prítomný vo viacerých oxykyseliny, jej valencia musí byť bezpodmienečne špecifikovaná v názve kyseliny. Oxykyseliny sa získavajú hlavne reakciou anhydridov kyselín s vodou. Anhydridy sú oxidy špecifických nekovov (alebo určitých kovov). V tomto prípade môžu byť kyslé kyseliny získané v dvoch stupňoch. V prvom stupni sa v kyslíku spaľuje kyselinotvorný prvok. Príkladom takejto reakcie je spaľovanie fosforu (ktorý tvorí štvoratómové molekuly). Oxid fosforečný (V) alebo oxid fosforečný vzniká vo forme bielych výparov. Výsledný anhydrid kyseliny sa potom rozpustí vo vode za vzniku kyseliny fosforečnej. Ak sa do systému pridá metylová pomaranč (indikátor pH), roztok sa zmení na červený, pretože získaná kyselina znížila pH roztoku. Ďalším spôsobom, ako získať kyslíkaté kyseliny, sú (dvojité) vytesňovacie reakcie. Keď na konkrétnu soľ pôsobíte silnou kyselinou, môžete z jej soli vytesniť slabšiu kyselinu.

Charakteristika oxykyselín

Oxykyseliny sú klasifikované ako takzvané elektrolyty , tj zlúčeniny, ktoré môžu viesť elektrický prúd. V závislosti od kyseliny môžu v rôznom rozsahu podliehať elektrolytickej disociácii vo vode. Vo vodných roztokoch sa kyslé kyseliny disociujú na kladné ióny (katióny) a záporné ióny (anióny), ktoré môžu niesť elektrický náboj. Kyseliny sa delia na:

• silné kyseliny, ktoré sa úplne disociujú na vodíkové katióny a kyslé radikálové anióny. Medzi silné oxykyseliny patrí kyselina sírová (VI), kyselina dusičná (V), kyselina chlórna (VII).
• Slabé oxykyseliny, ktoré nepodliehajú úplnej elektrolytickej disociácii. Vo vodných roztokoch zostáva väčšina ich molekúl nedisociovaná. Všeobecne platí, že kyseliny na báze prvkov nižších oxidačných stavov majú nízku pevnosť; tieto zahŕňajú kyselinu sírovú (IV) alebo dusičnú (III). Kyselina uhličitá, H ₂ CO ₃ , je najslabšia kyslá kyselina. Je veľmi nestabilný. Z roztokov je často vytláčaný silnejšími kyselinami.

Čím väčšia je elektronegativita centrálneho atómu tvoriaceho kyslý radikál danej kyseliny, tým silnejšia je samotná kyselina. Ak ten istý prvok tvorí niekoľko kyselín, jeho sila rastie s počtom atómov kyslíka v molekule. Okrem toho možno silu kyslej kyseliny určiť jej schopnosťou disociovať vodíkové ióny (stupeň disociácie) . Jednoprotónové kyseliny (ktoré majú jeden vodíkový katión) disociujú v jednom kroku, zatiaľ čo multiprotónové kyseliny (s viac ako jedným atómom vodíka v molekule) disociujú v niekoľkých krokoch. Každý z nich má špecifickú rovnicu rovnováhy. Prvá etapa je vždy najrýchlejšia. Disociované atómy vodíka sa spájajú s molekulami vody za vzniku oxóniových iónov (H ₃ O ⁺ ). Spôsobujú kyslé pH vodných roztokov kyselín. Oxykyseliny reagujú so zásaditými oxidmi a hydroxidmi . V dôsledku týchto reakcií sa tvoria zodpovedajúce soli a voda. Dôležité je, že kyslé kyseliny nereagujú s kyslými oxidmi. Reagujú s chemicky aktívnymi kovmi (ako sú kovy alkalických zemín alebo alkalické kovy). Tieto kovy vytláčajú vodík z molekúl kyseliny za vzniku solí. Ušľachtilé kovy (ktoré nie sú príliš chemicky aktívne) nereagujú s oxykyselinami podobným spôsobom, pretože nevytláčajú svoje atómy vodíka. Reagujú len s oxidačnými kyselinami, teda koncentrovaným roztokom kyseliny sírovej alebo kyseliny dusičnej.

Vlastnosti a aplikácie vybraných kyslých kyselín

Kyselina sírová, H ₂ SO ₄ Je to silná kyselina vo forme olejovitej kvapaliny. Pri 1,84 g/cm ³ je jeho hustota takmer dvakrát vyššia ako hustota vody. Mieša sa s vodou takmer v každom pomere, pričom uvoľňuje veľa tepla. Kyselina sírová je vysoko hygroskopická. Komerčne dostupný je roztok s koncentráciou 98 %kyseliny sírovej. Oleum je roztok oxidu sírového, SO ₃ , v kyseline sírovej. H ₂ SO ₄ je kľúčovým vedľajším produktom v priemysle. Používa sa na výrobu hnojív (napr. superfosfát ), iných kyselín (napr. kyselina mravčia ), pracích prostriedkov, výbušnín, pesticídov, gumy, papiera a iných vecí. Kyselina dusičná, HNO ₃ Kyselina dusičná je bezfarebná kvapalina, ktorá je ľahko rozpustná vo vode. Koncentrované roztoky (asi 68 %) majú silné oxidačné vlastnosti. HNO ₃ spôsobuje charakteristické žltnutie bielkovín (xantoproteická reakcia). Koncentrovaná kyselina dusičná uvoľňuje výpary v dôsledku svojho rozkladu s uvoľňovaním hnedého oxidu dusnatého. Primárne aplikácie kyseliny dusičnej zahŕňajú najmä prípravu iných chemických látok (ako sú určité soli , estery alebo nitrozlúčeniny). Dôležitý dopyt po HNO ₃ pochádza z procesu výroby dusičnanu amónneho. Kyselina sa používa aj na výrobu výbušnín, farbív, na čistenie kovových povrchov a vo farmaceutickom priemysle. Kyselina fosforečná, H ₃ PO ₄ Vodný roztok tejto kyseliny (olejovitá kvapalina) s koncentráciou okolo 85 %sa najčastejšie používa v laboratóriách. K dispozícii je aj čistý H ₃ PO ₄ : dodáva sa vo forme bielych kryštálov (pri izbovej teplote). Kyselina fosforečná je silne hygroskopická. Tvorí tri série solí: fosforečnany (V), dihydrogenfosforečnany (V) a hydrogenfosforečnany (V). Kyselina fosforečná je dôležitým produktom v priemysle. Značné množstvá sa spotrebúvajú pri chemických a farmaceutických procesoch, napríklad pri výrobe minerálnych hnojív, chemických produktov pre domácnosť, kŕmnych doplnkových látok alebo liečivých prípravkov. Okrem toho je to jeden zo substrátov používaných na výrobu prípravkov na odstraňovanie vodného kameňa a hrdze.