Оксикислоти

Будова та утворення оксикислот

Оксикислоти складаються з трьох ключових елементів: атома кисню, кислотоутворюючого елемента та принаймні одного атома водню, зв’язаного з киснем. Центральним атомом зазвичай є неметал, наприклад сірка, азот або фосфор. Ці елементи називаються «кислотоутворюючими елементами». До них також можна віднести певні метали з їх вищими ступенями окислення, наприклад марганець (VII). Назви оксикислот складаються з назви кислотоутворюючого елемента, із зазначенням його валентності в дужках і додаванням суфікса -ic , тобто фосфорна кислота, сірчана кислота, азотна кислота тощо. Якщо певний елемент присутній у кількох оксикислоти, її валентність обов’язково повинна бути вказана в назві кислоти. Оксикислоти в основному отримують шляхом реакції ангідридів кислот з водою. Ангідриди — це оксиди певних неметалів (або деяких металів). У цьому випадку оксикислоти можна отримати в дві стадії. На першому етапі кислотоутворюючий елемент спалюється в кисні. Прикладом такої реакції є горіння фосфору (при цьому утворюються чотириатомні молекули). Фосфор (V) оксид, або п’ятиокис фосфору, утворюється у вигляді білих парів. Отриманий ангідрид кислоти потім розчиняють у воді з утворенням фосфорної кислоти. Якщо в систему додати метиловий оранжевий (індикатор pH), розчин стане червоним, оскільки отримана кислота знизила pH розчину. Іншим способом отримання оксикислот є реакції (подвійного) заміщення. Коли ви дієте сильною кислотою на певну сіль, ви можете витіснити слабшу кислоту з її солі.

Характеристика оксикислот

Оксикислоти відносять до так званих електролітів , тобто сполук, здатних проводити електричний струм. Залежно від кислоти вони можуть піддаватися електролітичній дисоціації у воді різною мірою. У водних розчинах оксикислоти дисоціюють на позитивні іони (катіони) і негативні іони (аніони), які можуть нести електричний заряд. Кислоти поділяють на:

• сильні кислоти, які повністю дисоціюють на катіони водню та кислотні аніони-радикали. До сильних оксикислот належать сірчана (VI) кислота, азотна (V) кислота, хлорна (VII) кислота.
• Слабкі оксикислоти, які не піддаються повній електролітичній дисоціації. У водних розчинах більшість їхніх молекул залишаються недисоційованими. Як правило, кислоти на основі елементів нижчих ступенів окислення мають низьку міцність; до них відносяться сірчана (IV) або азотна (III) кислоти. Вугільна кислота H ₂ CO ₃ — найслабша оксикислота. Він дуже нестабільний. Часто витісняється з розчинів більш сильними кислотами.

Чим більша електронегативність центрального атома, який утворює кислотний радикал даної кислоти, тим сильніша сама кислота. Якщо один і той же елемент утворює кілька кислот, то його сила зростає зі збільшенням кількості атомів кисню в молекулі. Крім того, силу оксикислоти можна визначити за її здатністю дисоціювати іони водню (ступінь дисоціації) . Однопротонні кислоти (які мають один катіон водню) дисоціюють за одну стадію, тоді як багатопротонні кислоти (з більш ніж одним атомом водню в молекулі) дисоціюють за кілька стадій. Кожен з них має певне рівняння рівноваги. Перший етап завжди найшвидший. Дисоційовані атоми водню з’єднуються з молекулами води, утворюючи іони оксонію (H ₃ O ⁺ ). Вони зумовлюють кислий рН водних розчинів кислот. Оксикислоти реагують з основними оксидами та гідроксидами . У результаті цих реакцій утворюються відповідні солі і вода. Важливо, що оксикислоти не реагують з кислотними оксидами. Вони реагують з хімічно активними металами (такими як лужноземельні метали або лужні метали). Ці метали витісняють водень із молекул кислоти з утворенням солей. Благородні метали (які не дуже хімічно активні) не реагують з оксикислотами подібним чином, оскільки вони не заміщують свої атоми водню. Вони реагують лише з кислотами-окислювачами, тобто концентрованим розчином сірчаної або азотної кислоти.

Властивості та застосування виділених оксикислот

Сірчана кислота, H ₂ SO ₄ Це сильна кислота у вигляді маслянистої рідини. При 1,84 г/см ³ його густина майже вдвічі перевищує густину води. Він змішується з водою майже в усіх співвідношеннях, виділяючи багато тепла. Сірчана кислота має високу гігроскопічність. Розчин з концентрацією 98%сірчаної кислоти є у продажу. Олеум — розчин оксиду сірки SO ₃ у сірчаній кислоті. H ₂ SO ₄ є ключовим побічним продуктом у галузі. Його використовують для виробництва добрив (наприклад, суперфосфату ), інших кислот (наприклад, мурашиної кислоти ), пральних порошків, вибухових речовин, пестицидів, гуми, паперу та ін. Азотна кислота, HNO ₃ Азотна кислота — безбарвна рідина, легко розчинна у воді. Концентровані розчини (близько 68%) мають сильні окисні властивості. HNO ₃ викликає характерне пожовтіння білків (ксантопротеїнова реакція). Концентрована азотна кислота виділяє пари в результаті її розкладання з виділенням коричневого оксиду азоту. Основне застосування азотної кислоти в основному включає отримання інших хімічних речовин (таких як певні солі , складні ефіри або нітросполуки). Важливий попит на HNO ₃ виникає через процес виробництва нітрату амонію. Кислота також використовується для виготовлення вибухових речовин, барвників, для очищення металевих поверхонь і у фармацевтичній промисловості. Фосфорна кислота, H ₃ PO ₄ Водний розчин цієї кислоти (масляниста рідина) з концентрацією близько 85%найчастіше використовується в лабораторіях. Чистий H ₃ PO ₄ також доступний: він поставляється у формі білих кристалів (при кімнатній температурі). Фосфорна кислота сильно гігроскопічна. Утворює три ряди солей: фосфати (V), дигідрофосфати (V) і гідрофосфати (V). Фосфорна кислота є важливим продуктом у промисловості. Значні обсяги його споживаються в хімічних і фармацевтичних процесах, таких як виробництво мінеральних добрив, продуктів побутової хімії, кормових добавок або лікарських препаратів. Крім того, це один із субстратів, який використовується для виробництва препаратів для видалення вапняного нальоту та іржі.