Неорганические кислоты

Неоргани́ческие кисло́ты — неорганические вещества, молекулы которых при электролитической диссоциации в водной среде отщепляют протоны, в результате чего в растворе образуются гидроксоний-катионы Н3О+ и анионы кислотных остатков А:

НА + Н2O ↔ Н3О+ + А (1)

Исключение составляет борная кислота В(ОН)3, которая акцептирует ионы ОН-, в результате чего в водном растворе создается избыток гидроксоний-катионов:

В(ОН)3 + 2Н2O ↔ [B(OH)4]- + H3O+

Число отщепляемых от молекулы кислоты протонов называется основностью кислоты. Теории кислот и оснований (Брёнстеда, Льюиса и др.) кроме указанных выше относят к кислотам многие иные соединения. Общее свойство кислот — способность реагировать с основаниями и основными оксидами с образованием солей, например:

HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
2HCl + CaO → CaCl2 + H2O

Содержание

Классификация кислот

Кислоты неорганические подразделяют на кислородсодержащие (оксокислоты) общей формулы НnЭОm, где Э — кислотообразующий элемент, и бескислородные HnХ, где Х — галоген, халькоген или неорганический бескислородный радикал (CN, NCS, N3 и др.). Оксокислоты характерны для многих химических элементов, особенно для элементов в высоких (+3 и выше) степенях окисления.

Атомы Н в оксокислотах обычно связаны с кислородом. Если в оксокислоте имеются атомы Н, не связанные с кислородом (например, два атома Н, образующие связи Р-Н в Н3РО2), то они не отщепляются в водном растворе с образованием Н3O+ и не принимают участия в реакции кислот с основаниями. Некоторые кислоты известны в двух таутомерных формах, различающихся положением атома Н, например.:

Молекулы многих кислот содержат более одного атома кислотообразующего элемента Э. Очень многочисленны изополикислоты, содержащие атомы Э, связанные через атом кислорода, причем фрагменты -Э-О-Э- могут образовать как открытые цепи (например, в Н4Р2О7), так и циклические структуры [например, в (НРО3)n]. В некоторых кислотах содержатся цепи из одинаковых атомов, например, цепи -S-S- в политионовых кислотах H2SnO6 или сульфанах H2Sn. Известны гетерополикислоты, имеющие фрагменты -Э-О-Э'-, где Э и Э'-атомы двух разных элементов, например: H4[SiW12O40]×14H2O. Существует множество комплексных кислот, например: H2[SiF6], H[AuCl4], H4[Fe(CN)6]. Кислоты аналогичные оксокислотам, но содержащие вместо атома (атомов) кислорода серу, называются тиокислотами, например Н2S2O3, Н3АsS3. Пероксокислоты, например H2S2O8, имеют пероксогруппы -О-О-.

Константу равновесия реакции (1) называют константой кислотности Кa. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, каждой ступени отвечает своя Кa, причем всегда Ka(1)"Ka(2) ориентировочно каждая последующая Кa меньше предыдущей на 5 порядков. По значению рК1 = -lgKa(1) Неорганические кислоты подразделяют на очень слабые, слабые, средней силы, сильные, очень сильные. Согласно правилу Полинга, для очень слабых оксокислот НnЭOm разность m — n = 0, для слабых, сильных и очень сильных эта разность составляет соответственно 1, 2 и 3. Данная закономерность обусловлена сдвигом электронной плотности от связи Н-О к связям Э = O (содержащим атом О с большим значением электроотрицательности) и делокализацией электронной плотности в анионе.

Характеристики кислот

Для характеристики кислотности веществ в неводных средах используют функцию кислотности Гаммета Н0. Известны жидкости, для которых Н0 более отрицательна, чем для концентрированных водных растворов очень сильных кислот, таких, как НNO3, Н2SO4. Эти жидкости называются сверхкислотами. Примеры: 100%-ная H2SO4 (H0 = −12), безводная фторсульфоновая кислота HSO3F (H0 = −15), смесь HF и SbF5, (H0 = −17), 7%-ный раствор SbF5 в НSO3F (Н0 = −19,4). Эквимолярную смесь HSO3F и SbF5 называют «магической кислотой». Сверхкислотность обусловлена исключительной слабостью взаимодействия с протоном соответствующих анионов (HSO4-, SbF6- и др.). В среде сверхкислот протонируются вещества, обычно не проявляющие основных свойств, в частности углеводороды. Это явление используют на практике, преимущественно в органического синтезе (алкилирование по Фриделю — Крафтсу, гидрирование нефти и др.).

Многие оксокислоты (НNO3, НMnO4, Н2Сr2O7, НСlO и др.) — сильные окислители. Окислительная активность этих кислот в водном растворе выражена сильнее, чем у их солей. Все пероксокислоты — сильные окислители. Неорганические кислоты всегда менее термически устойчивы, чем их соли, образованные активными металлами (Na, К и др.). Некоторые кислоты (Н2СО3, Н2SO3, НClO и др.) невозможно выделить в виде индивидуальных соединений эти кислоты существуют только в растворе.

Общие методы получения кислот

1. взаимодействие оксидов (ангидридов) с водой, например:

Р2O5 + Н2O → Н3РO4

2. вытеснение более летучей кислоты из ее соли менее летучей кислотой, например:

CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HF

3. действие H2SO4 на раствор бариевой соли данной кислоты, например:

Ва(Н2РО2)2 + H2SO4 → BaSO4 + 2Н3РО2;

4. гидролиз галогенидов или солей, например:

PI3 + 3Н2O → Н3РО3 + 3HI
Аl2Se3 + 6H2O → 2Аl(ОН)3 + 3H2Se

замена катионов растворенных солей на Н+ с помощью катионита. Существует также множество др. методов получения кислот.

Применение

Кислоты применяют в промышленности и в научных исследованиях. В больших количествах производят серную кислоту, азотную кислоту, фосфорную кислоту, соляную кислоту и др.

Литература

  1. Некрасов Б. В., Основы обшей химии, 3 изд., т. 1—2. М., 1973;
  2. Кемпбел Дж., Современная общая химия, пер. с англ., т. 1—3, М., 1975;
  3. Белл Р., Протон в химии, пер. с англ., М., 1977;
  4. Хьюн Д., Неорганическая химия, пер. с англ., М., 1987.
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home