Kwasy — budowa, właściwości i podział
Kwas to związek zbudowany z wodoru i reszty kwasowej, który w roztworze wodnym uwalnia jony wodorowe. Kwasy dzielą się na tlenowe i beztlenowe, a ich roztwory mają pH poniżej siedmiu.
Kwasy to jedna z czterech podstawowych grup związków nieorganicznych, obok zasad, tlenków i soli. Poniżej budowa, właściwości i sposoby otrzymywania.
Budowa i wzór ogólny
HnR, gdzie H to wodór, R reszta kwasowa, a n liczba atomów wodoru równa wartościowości reszty.
O charakterze kwasowym decyduje zdolność do uwalniania jonów wodorowych H⁺ w roztworze wodnym. Im chętniej kwas je oddaje, tym jest mocniejszy.
Podział
- Beztlenowe — bez tlenu w cząsteczce: HCl (chlorowodorowy), H₂S (siarkowodorowy)
- Tlenowe — zawierają tlen: H₂SO₄ (siarkowy VI), HNO₃ (azotowy V), H₂CO₃ (węglowy), H₃PO₄ (fosforowy V)
Osobny podział dotyczy mocy: mocne (HCl, H₂SO₄, HNO₃) dysocjują niemal całkowicie, słabe (H₂CO₃, CH₃COOH) tylko częściowo.
Właściwości
- Roztwory mają odczyn kwasowy, pH poniżej 7
- Barwią oranż metylowy na czerwono, a papierek uniwersalny na czerwono
- Reagują z metalami aktywnymi, wydzielając wodór
- Zobojętniają zasady, tworząc sól i wodę
- Reagują z tlenkami metali oraz z węglanami, uwalniając dwutlenek węgla
Otrzymywanie
- Tlenek niemetalu + woda — SO₃ + H₂O → H₂SO₄
- Wodór + niemetal, potem rozpuszczenie — dla kwasów beztlenowych
- Mocniejszy kwas wypiera słabszy z jego soli
Dlaczego kwasy niszczą
Działanie żrące wynika z reaktywności jonów wodorowych wobec białek i tkanek. Stężone kwasy dodatkowo silnie odwadniają — stężony kwas siarkowy potrafi zwęglić cukier albo drewno, odbierając im wodę.
Stąd bezwzględna zasada laboratoryjna przy rozcieńczaniu: kwas wlewamy do wody, nigdy odwrotnie. Reakcja z wodą wydziela dużo ciepła, a woda dolana do kwasu może gwałtownie zawrzeć i rozprysnąć żrącą ciecz.
Kwasy w codziennym życiu
- Solny — w soku żołądkowym, pH około 1,5
- Octowy — ocet, konserwant i przyprawa
- Cytrynowy — w owocach cytrusowych
- Węglowy — w wodzie gazowanej
- Siarkowy — w akumulatorach samochodowych
Dysocjacja — na czym polega
Kwas w roztworze wodnym rozpada się na jony: cząsteczka HCl daje jon wodorowy H⁺ oraz chlorkowy Cl⁻. Ten proces nazywa się dysocjacją elektrolityczną i tłumaczy, dlaczego roztwory kwasów przewodzą prąd elektryczny, podczas gdy czysty kwas w postaci bezwodnej zwykle go nie przewodzi.
Stopień dysocjacji decyduje o mocy kwasu. Kwas solny rozpada się na jony niemal całkowicie, dlatego jest mocny, a kwas węglowy tylko w niewielkim ułamku i dlatego zalicza się go do słabych. To wyjaśnia, dlaczego woda gazowana, zawierająca właśnie kwas węglowy, jest bezpieczna do picia, mimo że formalnie jest roztworem kwasu.
Kwaśne deszcze
Powstają, gdy tlenki siarki i azotu z emisji przemysłowych reagują z parą wodną w atmosferze, tworząc kwasy. Opady o obniżonym pH zakwaszają gleby i wody, niszczą lasy oraz korodują konstrukcje.
Szczególnie narażone są zabytki z wapienia i piaskowca — kwas reaguje z węglanem wapnia, rozpuszczając materiał. Ograniczenie emisji przez instalacje odsiarczające znacząco zmniejszyło skalę zjawiska w Europie w ostatnich dekadach.