Кислоты

У этого термина существуют и другие значения: Кислота (наркотик)

Кисло́ты — один из основных классов химических соединений. Они получили своё название из-за кислого вкуса большинства кислот, таких, как азотная или серная. По определению кислота — это электролит (вещество, участвующее в реакциях с переходом электрона), отдающий электрон в реакции с основанием, то есть веществом, принимающим электрон. В свете теории электролитической диссоциации кислота — это электролит, при электролитической диссоциации из катионов образуются лишь катионы водорода.

Определение кислоты

Полная статья теории кислот и оснований.

В 1778 французский химик Антуан Лавуазье предположил, что кислотные свойства обусловлены наличием в молекуле атомов кислорода. Эта гипотеза быстро доказала свою несостоятельность, так как многие кислоты не имеют в своём составе кислорода, в то время как многие кислородсодержащие соединения не проявляют кислотных свойств. Тем не менее, именно эта гипотеза дала название кислороду как химическому элементу.

В 1839 немецкий химик Юстус Либих дал такое определение кислотам: кислота — это водородосодержащее соединение, водород которого может быть замещён на металл с образованием соли.

Первую попытку создать общую теорию кислот и оснований предпринял шведский физикохимик Сванте Аррениус. Согласно его теории, сформулированной в 1887, кислота — это соединение, диссоциирующее в водном растворе с образованием протонов (ионов водорода H⁺). Теория Аррениуса быстро показала свою ограниченность, она не могла объяснить многих экспериментальных фактов. В наше время она имеет главным образом историческое и педагогическое значение.

В настоящее время наиболее распространены три теории кислоты и оснований. Они не противоречат друг другу, а дополняют:

• по теории сольвосистем, начало которой положили работы американских химиков Кэди и Франклина, опубликованные в 1896—1905 гг., кислота — такое соединение, которое даёт в растворе те положительные ионы, которые образуются при собственной диссоциации растворителя (Н₃О⁺, NH₄⁺). Это определение хорошо тем, что не привязано к водным растворам;
• по протонной теории кислот и оснований, выдвинутой в 1923 г. независимо датским учёным Йоханнесом Брёнстедом и английским учёным Томасом Лоури, кислоты — водородсодержащие вещества, отдающие при реакциях положительные ионы водорода — протоны. Слабость этой теории в том, что она не включает в себя не содержащие водорода вещества, проявляющие кислотные свойства, так называемые апротонные кислоты;
• по электронной теории, предложенной в 1923 г. американским физикохимиком Гилбертом Льюисом, кислота — вещество, принимающее электронные пары, то есть акцептор электронных пар.. Таким образом, в теории Гилберта Льюиса кислотой могут быть как молекула, так и катион, обладающие низкой по энергии свободной молекулярной орбиталью;
• Пирсон модифицировал теорию Льюиса с учётом характеристик орбиталей-акцепторов, введя понятие жёстких и мягких кислот и оснований (принцип Пирсона или принцип ЖМКО). Жёсткие кислоты характеризуются высокой электроотрицательностью и низкой поляризуемостью атома, несущего свободную орбиталь, мягкие кислоты, соответственно, характеризуются низкой электроотрицательностью и высокой поляризуемостью атома, несущего свободную орбиталь.

Следует также отметить, что многие вещества проявляют амфотерные свойства, то есть ведут себя как кислоты в реакциях с основаниями и как основания — в реакциях с более сильной кислотой.

Классификация кислот

• По содержанию кислорода
  • бескислородные (HCl, H₂S);
  • кислородосодержащие (HNO₃).
• По основности — количество кислых атомов водорода
  • Одноосновные (HPO₃);
  • Двухосновные (H₂SeO₄, Азелаиновая кислота);
  • Трёхосновные (H₃PO₄).
• По силе
  • Сильные — диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1·10^-3 (HNO₃);
  • Слабые — константа диссоциации меньше 1·10^-3 (уксусная кислота K_д= 1,7·10^-5).
• По устойчивости
  • Устойчивые (H₂SO₄);
  • Неустойчивые (H₂CO₃).
• По принадлежности к классам химических соединений
  • Неорганические (HBr);
  • Органические (HCOOH);
• По летучести
  • Летучие (H₂S, HCl);
  • Нелетучие;
• По растворимости в воде
  • Растворимые (H₂SO₄);
  • Нерастворимые (H₂SiO₃);

Химические свойства кислот

• Взаимодействие с оксидами металлов с образованием соли и воды:

$\mathrm{CaO + 2 \ HCl \longrightarrow \ CaCl_2 + \ H_2O}$

• Взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли и воды:

$\mathrm{ZnO + 2 \ HNO_3 \longrightarrow \ Zn(NO_3)_2 + \ H_2O}$

• Взаимодействие со щелочами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

$\mathrm{NaOH + \ HCl \longrightarrow \ NaCl + \ H_2O}$

• Взаимодействие с нерастворимыми основаниями с образованием соли и воды, если полученная соль растворима:

$\mathrm{Cu(OH)_2 + 2 \ H_2SO_4 \longrightarrow \ CuSO_4 + 2 \ H_2O}$

• Взаимодействие с солями, если выпадает осадок или выделяется газ:

$\mathrm{BaCl_2 + \ H_2SO_4 \longrightarrow \ BaSO_4 \downarrow + 2 \ HCl \uparrow}$

• Сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей:

$\mathrm{K_3PO_4 + 3 \ HCl \longrightarrow 3 \ KCl + \ H_3PO_4}$

$\mathrm{Na_2CO_3 + 2 \ HCl \longrightarrow 2 \ NaCl + \ H_2O + \ CO_2 \uparrow}$

(в данном случае образуется непрочная угольная кислота $~H_2CO_3$, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ)

• Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют его из раствора кислоты (кроме азотной кислоты $~HNO_3$ любой концентрации и концентрированной серной кислоты $~H_2SO_4$), если образующаяся соль растворима:

$\mathrm{Mg + 2 \ HCl \longrightarrow \ MgCl_2 + \ H_2 \uparrow}$

• • С азотной кислотой и концентрированной серной кислотами реакция идёт иначе:

$\mathrm{Mg + 2 \ H_2SO_4 \longrightarrow \ MgSO_4 + \ SO_2 \uparrow + 2 \ H_2O}$

• Для органических кислот характерна реакция этерификации (взаимодействие со спиртами с образованием сложного эфира и воды):

$\mathrm{R_1-COOH + \ R_2-OH \longrightarrow \ R_1-COO-R_2 + \ H_2O}$

Например,

$\mathrm{CH_3COOH + \ C_2H_5OH \longrightarrow \ CH_3COOC_2H_5 + \ H_2O}$

Некоторые распространённые кислоты

Неорганические кислоты

• Серная кислота
• Соляная кислота
• Ортофосфорная кислота
• Ортокарбоновая кислота
• Азотная кислота
• Борная кислота
• Сернистая кислота
• Сероводородная кислота
• Фтороводородная кислота
• Йодоводородная кислота
• Хлористая кислота
• Азотистая кислота
• Бромоводородная кислота
• Кремниевая кислота
• Марганцовая кислота
• Угольная кислота

Органические кислоты

• Муравьиная кислота
• Уксусная кислота
• Лимонная кислота
• Молочная кислота
• Щавелевая кислота
• Масляная кислота
• Аскорбиновая кислота (витамин C)
• Нитрилотриуксусная кислота
• Салициловая кислота
• Лизергиновая кислота
• Дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК)
• Азелаиновая кислота

Интересные факты

• Подземное животное голый землекоп имеет нечувствительные к кислоте клетки кожи даже при pH менее 3,5. ^[1]
• У крокодила в желудке pH бывает меньше 0,5.

Примечания

1. ↑ А. Шиндер. Животное, не чувствующее боли. 2000-Аспекты-Проблемы № 26(420), 27 июня-3 июля 2008

См. также

• Теории кислот и оснований
• Константа диссоциации
• Суперкислота
• Список кислот