Kwasy znane już były w starożytności. Jedynym kwasem, który był znany w tym okresie jest kwas octowy znany pod nazwą kwasu winnego - actum. Od tego słowa pochodzi łacińska nazwa tej grupy związków - acidum. Są to związki charakteryzujące się kwaśnym smakiem. W naszym codziennym otoczeniu często spotykamy kwasy. Tymi kwasami są:
• kwas octowy
• kwas cytrynowy
• kwas węglowy
• kwas masłowy
• kwas szczawiowy
• kwas siarkowy (akumulatory)
• kwas mrówkowy (jad mrówek, oparzenia pokrzywy)
• kwas stearynowy
Jak możemy kwasy odróżnić od innych substancji?
Sposoby odróżniania kwasów od innych substancji (wskazniki)
W celu stwierdzenia, czy mamy do czynienia z kwasem czy inną substancją wykorzystuje się różnego rodzaju wskazniki. Są to substancje, które w obecności kwasu zmienią swoje zabarwienie. Najprostszym wskaznikiem, który możemy zrobić w warunkach domowych jest wywar z czerwonej kapusty.
Podział kwasów
Przedstawicielami kwasów są następujące substancje chemiczne
kwas chlorowodorowy HCl
kwas bromowodorowy HBr
kwas jodowodorowy HI
kwas fluorowodorowy HF
kwas siarkowodorowy H2S
kwas siarkowy(IV) H2SO3
kwas siarkowy(VI) H2SO4
kwas węglowy H2CO3
kwas fosforowy(V) H3PO4
kwas azotowy(V) HNO3
kwas azotowy(III) HNO2
Wszystkie kwasy zebrane w tabeli mają częśc wspólną, występującą we wszystkich kwasach. Tą częścią wspólną dla wszystkich kwasów jest atom wodoru, który w zależności od rodzaju kwasu występuje w różnych ilościach (patrz indeksy dolne przy atomach wodoru). Prosta analiza wzorów kwasów pokazuje, że można im przypisac wzór ogólny.
HnR
gdzie: R - oznacza reszte kwasową a n- ilośc atomów wodoru, równa wartościowści reszty kwasowej
Kwasy beztlenowe
Kwas chlorowodorowy
Najważniejszym kwasem beztlenowym jest kwas chlorowodorowy HCl nazywany również kwasem solnym. Cząsteczka kwasu chlorowodorowego składa się z jednego atomu wodoru i jednego atomu chloru.
Kwas chlorowodorowy otrzymujemy w reakcji spalania wodoru w chlorze a następnie rozpuszczenie otrzymanego gazowego HCl w wodzie.
H2 + Cl2 ---> 2HCl
Kwasy beztlenowe są wodnymi roztworami wodorków kwasowych, dlatego dla odróżnienia od gazowego wodorku do wzoru kwasu beztlenowego dodaje sie symbol aq
Przykład - HClaq
Kwas chlorowodorowy występuje w soku żołądkowym człowieka i pozostałych ssaków, odgrywając ważną rolę w procesach trawiennych.
Na skalę przemysłową otrzymywany jest z soli kamiennej i stąd wywodzi się jego nazwa zwyczajowa - kwas solny. Jest to kwas, który reaguje z wieloma metalami, gdzie jednym z produktów reakcji jest gazowy wodór.
Zn + 2HCl ---> ZnCl2 + H2
Kwas siarkowodorowy - H2S
Kwas siarkowodorowy w postaci gazowej jest bezbarwnym gazem o nieprzyjemnym zapachu zgniłych jaj. Wchłaniany drogami oddechowymi jest bardzo niebezpieczny dla zdrowia.
Siarkowodór rozpuszczony w wodzie tworzy kwas siarkowodorowy H2Saq. Sam siarkowodór można otrzymać w reakcji spalnia wodoru w oparach siarki
H2 + S ---> H2S
Kwasy tlenowe
Kwasy tlenowe w odróżnieniu od kwasów beztlenowych powstają w wyniku rozpuszczenia w wodzie tlenków niemetali.
Tlenki niemetali, które z wodą tworzą kwasy, nazywamy bezwodnikami kwasowymi. Najbardziej znanymi bezwodnikami kwasowymi są: tlenek siarki(IV) - SO2, tlenek siarki(VI) - SO3, tlenek węgla(IV) - CO2, tlenek fosforu(V) - P2O5, tlenek azotu(V) - N2O5
Uwaga: w nazwie tlenku cyfra rzymska podaje wartościowość niemetalu
Kwasy tlenków siarki
Ponieważ mamy dwa tlenki siarki, tj. tlenek siarki(IV) i tlenek siarki(VI), dlatego też mamy odpowiadające im kwasy tlenowe, a mianowicie; kwas siarkowy(IV)-H2SO3 i kwas siarkowy(VI) - H2SO4.
Kwas siarkowy(VI) - H2SO4 - najbardziej znanym kwasem siarkowym jest kwas siarkowy(VI), który otrzymujemy w wyniku rozpuszczenia tlenku siarki(VI) w wodzie. W czasie rozpuszczania zachodzi reakcja chemiczna
SO3 + H2O ---> H2SO4
Poniżej model cząsteczki kwasu siarkowego(VI) i jego wzór strukturalny
Sam tlenek siarki(VI) otrzymujemy przez utlenienie tlenku siarki(IV) w obecności tlenku wanadu(V)
2SO2 + O2 ---> 2SO3
Kwas siarkowy(VI), jest jednym z najważniejszych chemikaliów; znajduje zastosowanie w całym przemyśle chemicznym i przemysłach z nim związanych. Jest on ciężką, oleistą cieczą, dymiącą lekko na powietrzu w wyniku wydzielania tlenku siarki(VI).
Stężony jest substancją wywołującą korozję. Ma on duże powinowactwo do wody; podczas mieszania z wodą wydziela się duża ilość ciepła. Przy czynności tej należy zachować nie tylko szczególną ostrożność, ale również przestrzegać właściwej kolejności mieszania.
Nie wolno nigdy wlewać wody do kwasu, gdyż wtedy woda może powodować wypryskiwanie kropel z naczynia
Kwas siarkowy(VI) ma zastosowanie w:
• produkcji papieru
• produkcji materiałow wybuchowych
• produkcji nawozów sztucznych
• produkcji barwników
• produkcji włókien sztucznych
• produkcji akumulatorów
Kwas siarkowy(IV) H2SO3. Istnieje jedynie w roztworze wodnym. Tworzy sole o nazwie siarczany(IV). Ogrzewany ulega rozkładowi zgodnie z reakcją.
H2SO3 <=> H2O + SO2
Kwas azotowy
Kwas azotowy(V) - HNO3 - otrzymujemy w reakcji tlenku azotu(V) z wodą.
N2O5 + H2O ---> 2HNO3
Poniżej wzór strukturalny i model cząsteczki kwasu azotowego(V)
Kwas azotowy HNO3, jest bezbarwną cieczą o silnych właściwościach utleniających. W zetknięciu ze skórą zabarwia ją na żółto.
Z uwagi na swoje właściwości utleniające, kwas azotowy a szczególnie jego związki chemiczne (saletra, nitrogliceryna, trotyl, nitroceluloza, itd.) jest wykorzystywany w produkcji materiałow wybuchowych. Ponadto kwas azotowy jest wykorzystywany w:
• produkcji leków
• nawozów mineralnych
• tworzyw sztucznych
• barwników
• farb i lakierów
Kwas fosforowy(V) - H3PO4
Kwas fosforowy(V) otrzymujemy w reakcji tlenku fosforu(V) z wodą
P2O5 + 3H2O ---> 2H3PO4
Kwas fosforowy jest w odróżnieniu od wcześniej opisanych kwasów jest kwasem znacznie słabszym. W warunkach normalnych jest substancją krystaliczną rozpływającą się na powietrzu.
Kwas fosforowy ma zastosowanie:
• do wyrobu proszków do pieczenia
• do wyrobu detergentów
• do ulepszania (zmiękczania) wody
• do produkcji nawozów sztucznych (superfosfat)
Kwas fosforowy ma duże znaczenie biologiczne, szczególnie w biologicznym rozmnażaniu żywych organizmów. Jest częścią kwasów nukleinowych DNA i RNA, które biorą udział w procesie dziedziczenia i funkcjonowania komórek. Pod postacią ATP dostarcza energii dla przeważającej części reakcji przebiegających w ciele ludzkim i innych organizmach żywych.
Kwas węglowy - H2CO3
Kiedy dwutlenek węgla rozpuszcza sie w wodzie, część jego reaguje z wytworzeniem kwasu węglowego.
CO2 + H2 ---> H2CO3
W taki sam sposób otrzymuje się wody gazowane dostępne w handlu, czyli możemy wnioskować, że woda gazowana jest kwasem węglowym, bo tak faktycznie jest.
W przyrodzie występuje wiele związków kwasu weglowego. Tymi związkami są:
• kamień wapienny
• marmur
• jest składnikiem pereł, korali i wielu muszli
Minerały kwasu węglowego wykorzystuje się:
• jako materiał budowlany
• do produkcji cementu
• produkcji wapna palonego
• produkcji sody krystalicznej i sody oczyszczonej
Właściwości kwasów
Kwasy to z reguły substancje aktywne chemicznie. Wiele kwasów reaguje z metalami i tlenkami metali a najbardziej charakterystyczną reakcją dla kwasów jest reakcja z wodorotlenkami. Wspólnym dla wszystkich kwasów jest zjawisko przewodzenia prądu elektrycznego. Jeżeli roztwory kwasów przewodzą prąd elektryczny, to dowodzi że w roztworze muszą znajdować się nośniki prądu elektrycznego.
Co jest nośnikiem prądu elektrycznego w roztworze kwasów?
Otóz okazuje się, że nośnikami prądu elektrycznego w roztworach kwasów są; kationy wodorowe (H+) i aniony reszt kwasowych (Cl-, CO32-, SO42-, PO43-,.....) . Jony które pojawiły się w roztworze są wynikiem oddziaływania cząsteczek wody z cząsteczkami kwasu a efektem jest rozpad na jony.
Proces w wyniku którego nastąpił rozpad substancji na jony nosi nazwę dysocjacji.
Przykład - kwas chlorowodorowy (kwas solny)
Cząsteczka kwasu chlorowodorowego jest dipolem, podobnie jak cząsteczka wody. W wyniku wzajemnego odziaływania dipoli kwasu chlorowodorowego i wody, dochodzi do zwiększenia odległości między jądrami atomów tworzących cząsteczkę chlorowodoru. Następstwem tego jest rozerwanie wiązania i powstanie swobodnych jonów.
HCl ---> H+ + Cl-
Według podobnego mechanizmu dysocjują pozostałe kwasy.
