Wzory, nazwy i otrzymywanie kwasów - Chemia Nowej Ery 8

1.Kwasy

Związki chemiczne, których cząsteczki są zbudowane z atomu (lub atomów) wodoru i reszty kwasowej. Kwasy nadają kwaśny smak m.in. cytrusom, jabłkom, rabarbarowi, kiszonkom, serom, jogurtom i kefirom.

2.Wykrywanie kwasów w pracowni chemicznej

Obecność kwasu wykrywa się za pomocą wskaźników. W roztworze kwasu oranż metylowy zmienia barwę z żółtej na czerwoną, a uniwersalny papierek wskaźnikowy przyjmuje barwy od pomarańczowej do czerwonej. W pracowni nigdy nie bada się smaku substancji.

3.Reszta kwasowa

Atom lub grupa atomów znajdujące się w cząsteczce kwasu obok atomu (lub atomów) wodoru. W $\ce{HCl}$ resztą kwasową jest atom chloru, a w $\ce{H2SO4}$ - grupa atomów $\ce{SO4}$.

4.Wzór ogólny kwasów

$\ce{H_{m}R}$, gdzie H - wodór (zawsze jednowartościowy), m - liczba atomów wodoru, R - symbol reszty kwasowej. Wartościowość reszty kwasowej jest równa liczbie atomów wodoru w cząsteczce kwasu.

5.Podział kwasów

Kwasy dzielimy na nieorganiczne i organiczne. Kwasy nieorganiczne ze względu na budowę reszty kwasowej dzielą się na beztlenowe (reszta bez atomów tlenu, np. $\ce{HCl}$) i tlenowe (reszta zawiera atomy tlenu, np. $\ce{H2SO4}$).

6.Kwas beztlenowy

Kwas, w którego reszcie kwasowej nie występują atomy tlenu - resztę kwasową tworzą atomy niemetalu, np. $\ce{HCl}$, $\ce{H2S}$.

7.Kwas tlenowy

Kwas, w którego reszcie kwasowej występują atomy tlenu - resztę kwasową tworzy grupa atomów niemetalu (lub metalu) i atomów tlenu, np. $\ce{H2SO4}$, $\ce{HNO3}$, $\ce{H3PO4}$.

8.Tworzenie nazw kwasów beztlenowych

Do słowa „kwas” dodaje się nazwę niemetalu z reszty kwasowej, łącznik -o- i końcówkę -wodorowy, np. $\ce{HCl}$ - kwas chlorowodorowy, $\ce{H2S}$ - kwas siarkowodorowy.

9.Tworzenie nazw kwasów tlenowych

Do słowa „kwas” dodaje się nazwę niemetalu lub metalu z reszty kwasowej i końcówkę -owy, np. $\ce{H2CO3}$ - kwas węglowy. Gdy pierwiastek przyjmuje w związkach różne wartościowości, podaje się ją w nawiasie: $\ce{H2SO3}$ - kwas siarkowy(IV), $\ce{H2SO4}$ - kwas siarkowy(VI), $\ce{H2CrO4}$ - kwas chromowy(VI).

10.Ustalanie nazwy kwasu tlenowego na podstawie wzoru sumarycznego

1) Z liczby atomów wodoru odczytaj wartościowość reszty kwasowej. 2) Oblicz wartościowość niemetalu: liczba atomów tlenu razy II minus wartościowość reszty kwasowej. 3) Utwórz nazwę kwasu, a gdy niemetal przyjmuje różne wartościowości, dopisz ją w nawiasie.

11.Wzory i nazwy kwasów omawianych w dziale

Beztlenowe: $\ce{HCl}$ - kwas chlorowodorowy, $\ce{H2S}$ - kwas siarkowodorowy. Tlenowe: $\ce{H2SO3}$ - kwas siarkowy(IV), $\ce{H2SO4}$ - kwas siarkowy(VI), $\ce{HNO3}$ - kwas azotowy(V), $\ce{H2CO3}$ - kwas węglowy, $\ce{H3PO4}$ - kwas fosforowy(V).

12.Wartościowość reszt kwasowych

Reszta kwasowa jest jednowartościowa w $\ce{HCl}$ i $\ce{HNO3}$, dwuwartościowa w $\ce{H2S}$, $\ce{H2SO3}$, $\ce{H2SO4}$ i $\ce{H2CO3}$, a trójwartościowa w $\ce{H3PO4}$.

13.Kwas chlorowodorowy w organizmie

Jest składnikiem soku żołądkowego ssaków (roztwór o stężeniu ok. 0,4%). Pomaga w trawieniu i zabija bakterie chorobotwórcze oraz inne drobnoustroje z pokarmu. Nadmiar tego kwasu powoduje nadkwasotę, a niedobór - niedokwasotę.

14.Otrzymywanie kwasu chlorowodorowego

Gazowy chlorowodór rozpuszcza się w wodzie: $\ce{HCl(g) ->[H2O] HCl(aq)}$. Gdy do probówki z chlorowodorem wleje się wodę z oranżem metylowym i wstrząśnie, roztwór zmienia barwę z żółtej na czerwoną - powstał kwas.

15.Otrzymywanie chlorowodoru

W reakcji wodoru z chlorem: $\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}$ albo chlorku sodu ze stężonym roztworem kwasu siarkowego(VI): $\ce{2NaCl + H2SO4 -> 2HCl + Na2SO4}$. Od soli kamiennej ($\ce{NaCl}$) pochodzi potoczna nazwa kwasu chlorowodorowego - kwas solny.

16.Oznaczenia (g), (aq) i strzałka w górę w równaniach

(g) oznacza substancję w stanie gazowym, a (aq) - substancję rozpuszczoną w wodzie. Strzałka skierowana w górę przy wzorze produktu (↑) oznacza produkt gazowy.

17.Budowa cząsteczki kwasu chlorowodorowego

Wzór sumaryczny $\ce{HCl}$, wzór strukturalny $\ce{H-Cl}$. Cząsteczka zawiera 1 atom wodoru i resztę kwasową - 1 atom chloru, która jest jednowartościowa.

18.Właściwości kwasu chlorowodorowego

Bezbarwna ciecz - wodny roztwór chlorowodoru. Stężony roztwór jest żrący: niszczy tkaniny, papier i skórę; największe możliwe stężenie to 38%. Po otwarciu naczynia „dymi”, bo chlorowodór tworzy z parą wodną z powietrza mgłę drobnych kropelek kwasu.

19.Otrzymywanie kwasu siarkowodorowego

W wodzie rozpuszcza się gaz - siarkowodór: $\ce{H2S(g) ->[H2O] H2S(aq)}$. Siarkowodór otrzymuje się w reakcji siarczku żelaza(II) z kwasem chlorowodorowym: $\ce{FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S}$ albo wodoru z siarką: $\ce{H2 + S -> H2S}$. Doświadczenie wykonuje się pod wyciągiem.

20.Budowa cząsteczki kwasu siarkowodorowego

Wzór sumaryczny $\ce{H2S}$, wzór strukturalny $\ce{H-S-H}$ - oba atomy wodoru łączą się z atomem siarki. Reszta kwasowa to 1 atom siarki; jest dwuwartościowa.

21.Siarkowodór i kwas siarkowodorowy - właściwości

Siarkowodór to bezbarwny, silnie trujący gaz o zapachu zgniłych jaj. Powstaje podczas gnicia białek zawierających siarkę i występuje w gazach wulkanicznych. Ma większą gęstość od powietrza, więc zalega np. nad szambami. Kwas siarkowodorowy to bezbarwna, trująca ciecz o tym samym zapachu.

22.Tlenek kwasowy

Tlenek, który w reakcji z wodą tworzy kwas. Tak otrzymuje się kwasy tlenowe: tlenek kwasowy + woda → kwas tlenowy. Wartościowość niemetalu w tlenku kwasowym i w kwasie jest zawsze taka sama.

23.Tlenki kwasowe i odpowiadające im kwasy

$\ce{SO2}$ - tlenek siarki(IV) → kwas siarkowy(IV); $\ce{SO3}$ - tlenek siarki(VI) → kwas siarkowy(VI); $\ce{N2O5}$ - tlenek azotu(V) → kwas azotowy(V); $\ce{CO2}$ - tlenek węgla(IV) → kwas węglowy; $\ce{P4O10}$ - tlenek fosforu(V) → kwas fosforowy(V).

24.Otrzymywanie tlenku siarki(VI)

Tlenek siarki(VI) powstaje z tlenku siarki(IV) i tlenu tylko w obecności katalizatora (platyny lub tlenku wanadu(V)): $\ce{2SO2 + O2 ->[{katalizator}] 2SO3}$. Nie można go otrzymać, spalając siarkę w tlenie - wtedy powstaje tlenek siarki(IV).

25.Otrzymywanie kwasu siarkowego(IV)

Siarka spala się w tlenie, tworząc tlenek siarki(IV), który reaguje z wodą: $\ce{S + O2 -> SO2}$, $\ce{SO2 + H2O -> H2SO3}$. W doświadczeniu powstaje biały dym o ostrym zapachu, a woda z oranżem metylowym zmienia barwę z żółtej na czerwoną.

26.Budowa cząsteczki kwasu siarkowego(IV)

Wzór sumaryczny $\ce{H2SO3}$. Dwa atomy wodoru łączą się z dwoma atomami tlenu, a te z atomem siarki, który ma wiązanie podwójne z trzecim atomem tlenu: $\ce{H-O-S(=O)-O-H}$. Reszta kwasowa $\ce{SO3}$ jest dwuwartościowa.

27.Nietrwałość kwasu siarkowego(IV)

Kwas siarkowy(IV) jest nietrwały - rozkłada się na wodę i tlenek siarki(IV): $\ce{H2SO3 -> H2O + SO2}$. Podczas ogrzewania roztwór z oranżem metylowym zmienia barwę z czerwonej na żółtą i czuć drażniący zapach. Rozkład zachodzi nawet w temperaturze pokojowej, więc nie można otrzymać stężonego roztworu tego kwasu. Kwas i tlenek siarki(IV) mają właściwości wybielające.

28.Otrzymywanie kwasu siarkowego(VI)

Kwas siarkowy(VI) powstaje w reakcji tlenku siarki(VI) z wodą: $\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}$. Cała droga od siarki: spalanie siarki do tlenku siarki(IV), reakcja tego tlenku z tlenem w obecności katalizatora do tlenku siarki(VI) i reakcja z wodą.

29.Budowa cząsteczki kwasu siarkowego(VI)

Wzór sumaryczny $\ce{H2SO4}$. Dwa atomy wodoru łączą się z dwoma atomami tlenu, a te z atomem siarki, który jest połączony wiązaniami podwójnymi z dwoma kolejnymi atomami tlenu. Reszta kwasowa $\ce{SO4}$ jest dwuwartościowa, a siarka ma wartościowość VI.

30.Rozcieńczanie stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI)

Zawsze wlewa się kwas do wody - powoli, po bagietce, ciągle mieszając. Stężony kwas ma większą gęstość od wody, więc spływa na dno, a podczas mieszania wydziela się dużo ciepła. Gdy dolewa się wodę do kwasu, woda zaczyna wrzeć i pryska razem z kroplami kwasu - grozi to poparzeniem.

31.Zjawisko egzotermiczne

Zjawisko egzoenergetyczne, przebiegające z wydzielaniem się energii na sposób ciepła, np. rozcieńczanie stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI), podczas którego temperatura roztworu rośnie.

32.Działanie stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI)

Stężony (98-procentowy) roztwór to bezbarwna, oleista, bezwonna ciecz, żrąca i higroskopijna - pochłania wodę. Zwęgla substancje organiczne: cukier, bibuła i tkanina czernieją, a w tkaninie powstają dziury. Na wilgotnej skórze powoduje ciężkie poparzenia, dlatego pracuje się w rękawicach ochronnych.

33.Zasady bezpiecznej pracy z kwasami

Zapach bada się, kierując pary wachlującym ruchem dłoni w stronę nosa - nie zbliża się naczynia do twarzy. Objętość kwasu odmierza się pipetą z gumową ssawką, dokładniej niż cylindrem miarowym. Stężony kwas wlewa się do wody. Przy stężonych kwasach używa się rękawic i okularów ochronnych.

34.Kwas azotowy(V) - otrzymywanie i budowa

Powstaje w reakcji tlenku azotu(V) z wodą: $\ce{N2O5 + H2O -> 2HNO3}$. W cząsteczce atom wodoru łączy się z atomem tlenu, a ten z atomem azotu, który ma wiązania podwójne z dwoma atomami tlenu. Reszta kwasowa $\ce{NO3}$ jest jednowartościowa.

35.Reakcja ksantoproteinowa

Reakcja charakterystyczna białek ze stężonym roztworem kwasu azotowego(V): białko ścina się i barwi na intensywnie żółty kolor. Wykorzystuje się ją do wykrywania (identyfikacji) białek.

36.Właściwości stężonego roztworu kwasu azotowego(V)

Stężony (68-procentowy) roztwór to bezbarwna, żrąca ciecz o ostrym zapachu i gęstości większej od gęstości wody. Powoduje żółknięcie piór, wełny i skóry oraz bardzo bolesne oparzenia. Ma silne właściwości utleniające, dlatego reaguje m.in. z miedzią, srebrem i rtęcią.

37.Kwas węglowy - otrzymywanie i budowa

Powstaje przez rozpuszczenie tlenku węgla(IV) w wodzie: $\ce{CO2 + H2O -> H2CO3}$ (reaguje tylko ok. 1% tego gazu). W doświadczeniu tlenek węgla(IV) otrzymuje się z węglanu wapnia i kwasu chlorowodorowego. Wzór strukturalny: $\ce{H-O-C(=O)-O-H}$; reszta kwasowa $\ce{CO3}$ jest dwuwartościowa.

38.Nietrwałość kwasu węglowego

Kwas węglowy jest bardzo nietrwały - łatwo rozkłada się na wodę i tlenek węgla(IV): $\ce{H2CO3 -> H2O + CO2}$, dlatego nie można otrzymać jego stężonego roztworu. Woda gazowana (woda sodowa) to roztwór kwasu węglowego; po ogrzaniu wydziela pęcherzyki gazu, bo rozpuszczalność gazów w wodzie maleje ze wzrostem temperatury.

39.Otrzymywanie kwasu fosforowego(V)

Fosfor czerwony spala się żółtym płomieniem, tworząc biały dym - tlenek fosforu(V): $\ce{4P + 5O2 -> P4O10}$. Tlenek fosforu(V) reaguje z wodą: $\ce{P4O10 + 6H2O -> 4H3PO4}$, a woda z oranżem metylowym zmienia barwę z żółtej na czerwoną.

40.Kwas fosforowy(V) - budowa i właściwości

Wzór $\ce{H3PO4}$: trzy atomy wodoru łączą się z atomami tlenu, a te z atomem fosforu, który ma wiązanie podwójne z czwartym atomem tlenu; reszta kwasowa $\ce{PO4}$ jest trójwartościowa. Inna nazwa to kwas ortofosforowy. Jest bezbarwną, krystaliczną substancją stałą, dobrze rozpuszczalną w wodzie; jego stężony roztwór (85-procentowy) jest żrący.