Kwasy beztlenowe

1. Co to są kwasy ?

Pojęcie kwasów nie jest takie proste jakby się mogło wydawać, ponieważ istnieje wiele różnych definicji (lub jak wolisz podejść do tematu) kwasów. Kwasy przerabialiśmy już wcześniej – zobacz : ,,Co to są kwasy i zasady ?

Kwasy będą miały wzór ogólny :

Wzór ogólny kwasu beztlenowego

Jak widzisz, wodór ma wartościowość +I, zatem zgodnie z regułą krzyżową będzie łatwo odczytać wartościowość anionu (o symbolu ogólnym A) patrząc na cyferkę oznaczoną jako x.

Teraz kiedy przerobiliśmy już wodorotlenki i poznaliśmy wzór ogólny kwasu, możesz zauważyć, że oba rodzaje związków można wyprowadzić jakby z reakcji dysocjacji wody.

Kwasy i wodorotlenki można wyprowadzić wychodząc z dysocjacji wody.

Teraz zajmiemy się chemią tych kwasów, a więc dowiemy się jak one reagują, jak je otrzymać, jakie maja właściwości, a także co wpływa na ich moc.

Kwasy możemy podzielić na beztlenowe (czyli te, które nie mają atomu tlenu) oraz na tlenowe (domyślasz się jakie to będą w takim razie?).

2. Kwasy beztlenowe

To jakie kwas beztlenowe są, albo formułując pytanie pod kątem bardziej nas interesującym – jakie musimy znać na maturę? Okazuje się, że żadnego, bo wszystkie macie na tacy podane w tablicach maturalnych :

Kwasy beztlenowe są wypisane w maturalnych tablicach.

Ok, czyli jak widzimy są to kwasy pierwiastków z 17. grupy (fluorowce : F, Cl, Br oraz I), a także leżącej obok po lewej stronie siarki, selenu i telluru. Wartościowość fluorowców wynosi I, natomiast dla siarki, selenu i telluru jest to dwa, stąd np. wzory odpowiednio HCl oraz H2S .

Mocnymi kwasami beztlenowymiHCl, HBr oraz HI. Pozostałe kwasy beztlenowe są słabe! Tego tak naprawdę też nie trzeba zapamiętywać, ale o tym za chwilkę. W każdym razie kwasy przezywaliśmy od mocnych, jeśli dysocjowały w stu procentach (około), czyli inaczej mówiąc − całkowicie.

Czy są jakieś inne kwasy beztlenowe, które warto znać? Generalnie tak :

Kwas beztlenowykwas
cyjanowodorowy
kwas
azydowodorowy
WzórHCNHN3
Cecha
charakterystyczna
Cyjanowodoró jest toksycznym
(trującym!) gazem o bardzo
charakterystycznym zapachu
gorzkich migdałów. Wodny roztwór
HCN jest słabym kwasem.
Silnie wybuchowy
Dwa kwasy beztlenowe, które warto znać jeśli jesteś chętnym uczniem.

Jest jeszcze ważne pytanie : czym się różni chlorowodór od kwasu chlorowodorowego? Albo cyjanowodór od kwasu cyjanowodorowego?

Chlorowodór to gazowy HCl, natomiast kwas chlorowodorowy to jego wodny roztwór, wykazujący właściwości kwasowe (ponieważ w wodzie uległ dysocjacji z utworzeniem jonów H+). Analogicznie będzie z cyjanowodorem i kwasem cyjanowodorowym. Powyższe właściwości

3. Dysocjacja kwasów beztlenowych

Tutaj się nic nie dzieje strasznego, wszystko już było w temacie dysocjacji związków nieorganicznych, teraz tylko szybkie przypomnienie. Czyli jeśli będziemy pisać dysocjację dla słabych kwasów to dajemy dwie strzałki, zaznaczając że jest to proces równowagowych (zachodzący w dwie strony i z wydajnością mniejszą niż 100%), a dla mocnych kwasów dajemy jedną strzałkę.

HF ⇄ H+ + F

HCl ⟶ H+ + Cl

HCN ⇄ H+ + CN

HBr ⟶ H+ + Br

HN3 ⇄ H+ + N3

HI ⟶ H+ + I

W przypadku kwasów wieloprotonowych, czyli takich, które posiadają więcej niż jeden atom wodoru dysocjację należy rozpisać etapowo, a więc grzecznie i spokojnie dysocjując po jednym jonie H+.

H2S ⇄ H+ + HS

HS ⇄ H+ + S2ー

H2Se ⇄ H+ + HSe

HSe ⇄ H+ + Se2ー

H2Te ⇄ H+ + HTe

HTe ⇄ H+ + Te2ー

Pamiętaj także, że dysocjację kwasów możesz zapisać alternatywnie (tak samo poprawnie) dodając wodę po lewej stronie i wtedy zmieniając jon H+ na jego uwodnioną wersję czyli jon H3O+ .

HF + H2O ⇄ H3O+ + F

4. Moc kwasów beztlenowych

Odwieczne pytanie brzmi : który kwas jest mocniejszy : HCl czy HBr. Nikt nigdy nie może tego zapamiętać. Co prawda pokładam w Tobie olbrzymie pokłady nadziei, że gdy będziemy omawiać czynniki, od których zależy moc kwasów to zrozumiesz to bez problemu, ale jednak na wszelki wypadek podam Ci świetną mnemotechnikę, a bardziej ściągawkę, dzięki której możesz to zapamiętać. A nawet dwie!

Zdecydowanie najłatwiej jest popatrzeć na układ okresowy, bo tuż obok, w 16. grupie masz taką wulgarną ściągawkę, że po prostu nie wolno się w tej kwestii nigdy pomylić!

Moc kwasów rośnie w dół grupy, tylko trzeba to sobie przypomnieć. W tym celu wystarczy popatrzeć na układ okresowy!

Chyba każdy wie, że woda jest słabszym kwasem niż kwas siarkowodorowy… W takim razie sami jesteśmy w stanie wyciągnąć wniosek, że moc kwasów będzie rosła w dół grupy. Czyli w grupie 17. najsłabszym kwasem będzie HF, najmocniejszym HI. Analogicznie jest e grupie 16, spodziewamy się, że H2Te jest mocniejszy niż H2S i faktycznie tak jest!

Druga mnemotechnika (właściwie to technika) polega na… popatrzeniu do tablic maturalnych z kwasami. Bo obok każdego kwasu masz podaną jego stałą dysocjacji (kwasową). Jak już wiemy, im wyższa wartość tej stałej, tym mocniejszy kwas. A jeśli wartość tej stałej jest mniejsza niż 1 , to kwas klasyfikujemy jako słaby, a jeśli jest większa niż 1 (najlepiej >1000) to jest to kwas mocny.

Moc kwasów beztlenowych możesz też ogarnąć z tablic maturalnych, które będziesz oczywiście mieć pod ręką na egzaminie. To takie proste!

5. Właściwości najważniejszych kwasów beztlenowych

Siarkowodór (H2S) jest gazem o charakterystycznym, nieprzyjemnym zapachu zgniłych jaj (przy okazji, H2Se oraz H2Te także są gazami o przykrym zapachu, wszystkie są toksyczne[1]). Siarkowodór wykrywa się poprzez strącanie bardzo trudno rozpuszczalnego czarnego siarczku ołowiu PbS. Siarkowodór łatwo się utlenia, np. przez chlor. 

FeS  +  2HCl  ⟶  FeCl2  +  H2S↑ otrzymywanie H2S

CaS  +  2H2O  ⟶  Ca(OH)2  +  H2S↑ otrzymywanie H2S

H2S  +  Cl2   ⟶  2HCl  +  S ➤ pokaz właść. redukujących H2S

Kwas fluorowodorowy (HF) to bezbarwna, dymiąca, bardzo higroskopijna ciecz. Ze względu na tworzenie wiązań wodorowych tworzą się zygzakowate asocjaty :

H ―F • • • H ―F • • • H ―F  

Można go otrzymać z fluorku wapnia działając na niego kwasem siarkowym. 

CaF2  +  H2SO4  ⟶  CaSO4  +  2HF  ➤ otrzymywanie HF

Ciekły, bezwodny HF jest świetnym rozpuszczalnikiem różnych substancji (organicznych oraz nieorganicznych). Podobnie jak woda, ulega autodysocjacji[2]

Kwas fluorowodorowy jest jedynym słabym kwasem w tej grupie (siedemnastej), co zostało wytłumaczone w temacie dotyczącym wiązań wodorowych (link). Charakterystyczne jest to, że trawi szkło − nie można go zatem przechowywać w szklanych naczyniach, schematyczny proces został przedstawiony w formie reakcji :  

SiO2  +  6HF   ⟶   H2SiF6  +  2H2

Kwas chlorowodorowy (HCl) to inaczej kwas solny. Jest to bezbarwna ciecz, stale wydzielająca gazowy HCl. Obecny w kwasie żołądkowym (rola m.in w trawieniu pokarmów i działanie bakteriobójcze). Sam chlorowodór (patrz następne pytanie) to bezbarwny, higroskopijny gaz o gryzącym zapachu, w wilgotnym powietrzu tworzy białe mgły. W wodzie rozpuszcza się natychmiast, tworząc kwas solny. 

➤ kwasy HBr oraz HI są mniej trwałe, są bardzo mocnymi kwasami (moc kwasów rośnie w dół : HF jest najsłabszym kwasem, natomiast HI najmocniejszym). Kwas HI najłatwiej ulega utlenieniu przez tlen[3] zawarty w powietrzu, zgodnie z reakcją  :

4HI  +  O2   ⟶   2I2  +  2H2O. 


[1] Co ciekawe, H2S powoduje znieczulenie receptorów oddechowych, przez co nie jesteśmy w stanie poprawnie ocenić jego stężenia, co właśnie dlatego czyni go niebezpiecznym

[2] Co ciekawe, iloczyn jonowy tej reakcji (pojęcie identyczne jak iloczyn jonowy wody) jest większy niż dla wody, co oznacza, że HF ulega w większym stopniu autodysocjacji niż woda.   

2HF  ⇄  H2F+  +  Fー   

[3] W chemii organicznej do alkenów (węglowodorów) dodaje się HCl, HBr czy HI. Tego ostatniego jednak nie dodaje się  jednak bezpośrednio, tylko tworzy się go ,,in situ” poprzez reakcję (KI + H3PO4 ), aby nie było ,,niepotrzebnej utraty”  HI ze względu na to właśnie utlenienie.  

Leave a Reply

%d bloggers like this: