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 :
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.
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 :
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 beztlenowymi są HCl, 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 beztlenowy | kwas cyjanowodorowy | kwas azydowodorowy |
| Wzór | HCN | HN3 |
| Cecha charakterystyczna | Cyjanowodoró jest toksycznym (trującym!) gazem o bardzo charakterystycznym zapachu gorzkich migdałów. Wodny roztwór HCN jest słabym kwasem. | Silnie wybuchowy |
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ー
HCl ⟶ H+ + Clー
HCN ⇄ H+ + CNー
HBr ⟶ H+ + Brー
HN3 ⇄ H+ + N3ー
HI ⟶ H+ + Iー
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ー
HSー ⇄ H+ + S2ー
H2Se ⇄ H+ + HSeー
HSeー ⇄ H+ + Se2ー
H2Te ⇄ H+ + HTeー
HTeー ⇄ 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ー
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!
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.
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 + 2H2O
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.
