Budowa cząsteczek, rodzaje, nazewnictwo, zastosowanie kwasów tlenowych i beztlenowych.

1. KWASY BEZTLENOWE

Kwasy beztlenowe to ogólna nazwa związków zbudowanych z atomu wodoru i atomu niemetalu, choć niektóre charakteryzują się bardziej złożoną budową . Do prostych kwasów beztlenowych zaliczamy:

• kwas solny (HCl)

• kwas fluorowodorowy (HF)

• kwas bromowodorowy (HBr)

• kwas jodowodorowy (HI)

• siarkowodór rozpuszczony w wodzie - H₂S

• kwas selenowodorowy (H₂Se)

W praktyce kwasy beztlenowe otrzymuje się w wyniku bezpośredniej reakcji danego niemetalu z gazowym wodorem, a następnie rozpuszczeniu tak otrzymanego wodorku w wodzie. W przemyślę często kwasy beztlenowe otrzymuje się innymi metodami.

Cechą charakterystyczną kwasów beztlenowych jest fakt, iż są one zazwyczaj bardzo mocne, a ich moc rośnie proporcjonalnie do spadku elektroujemności niemetalu, który wchodzi w jego skład.

Oprócz prostych kwasów beztlenowych istnieją jeszcze związki o bardziej złożonej strukturze np. kwas cyjanowodorowy (HCN) czy tiocyjanowy (HSCN).

1. Przegląd najważniejszych kwasów beztlenowych

KWAS CHLOROWODOROWY

Kwas chlorowodorowy, znany bardziej jako kwas solny to wodny roztwór chlorowodoru.

• Sumaryczny wzór: HCl

• Strukturalny wzór: H-Cl

• Właściwości:

- jeden z najmocniejszych kwasów nieorganicznych, nie ma jednak właściwości utleniających, dlatego jego żrące właściwości są mniejsze niż kwasów tlenowych

- rozpuszczalność chlorowodoru w wodzie wynosi 36,7 % stąd nie można uzyskać kwasu o wyższym stężeniu

- bezbarwna ciecz, cięższa od wody, duszący zapach

-niszczy papier, tkaniny i skórę

• Otrzymywanie na skalę przemysłową: reakcja soli kamiennej z kwasem siarkowym (VI)

2 NaCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2 HCl

• Znaczenie biologiczne:

- występuje w żołądku ssaków, aktywuje nieczynny pepsynogen i stwarza kwaśne pH - optymalne do trawienia białek przez pepsynę

- działanie bakteriobójcze i bakteriostatyczne

-ułatwia wchłanianie wapni i żelaza z przewodu pokarmowego

• Zastosowanie:

- w przemyśle chemicznym, włókienniczym, przemyśle tworzyw sztucznych, w garbarstwie, cukrownictwie, w przemyśle farmaceutycznym oraz przy produkcji barwników

- oczyszczanie powierzchni metali

- analiza minerałów w geologii

-wraz z kwasem azotowym tworzy wodę królewską, która jest w stanie roztworzyć metale szlachetne w tym złoto.

KWAS FLUOROWODOROWY

Kwas fluorowodorowy jest roztworem fluorowodoru w wodzie.

• Sumaryczny wzór: HF

• Strukturalny wzór: H-F

• Właściwości:

- silnie żrący

- stężony kwas zawiera ok. 40 - 50% florowodoru, jednak handlowo dostępny jest też kwas o stężeniu nawet do 75%

- bezbarwna ciecz, duszący i ostry zapach

-niszczy papier, tkaniny i skórę

- atakuje szkło, emalie, metale i stal szlachetna; roztwarza większość metali (oprócz złota, srebra i platyny, osmu, wolframu, reni i ołowiu)

- silnie trujący, wywołuje trudno gojące się rany, łatwo przenika przez rękawiczki lateksowe i skórę

• Zastosowanie:

- działanie bakteriobójcze - wykorzystywany do dezynfekcji w przemyśle drożdżowym

- stosowany do trawienia szkła

- służy do produkcji freonów, używanych w aerozolach czy urządzeniach chłodniczych

- produkt wyjściowy do całej chemii fluoru

KWAS SIARKOWODOROWY

Jest wodnym roztworem siarkowodoru.

• Sumaryczny wzór: H₂S

• Strukturalny wzór: H-S-H

• Właściwości:

- substancja żrąca

- siarkowodór jest gazem silnie trującym

- rozpuszczony w wodzie siarkowodór to bezbarwna ciecz o silnym, charakterystycznym zapachu zgniłych jaj

- siarkowodór naturalnie występuje w przyrodzie w niektórych wodach mineralnych oraz w gazach wulkanicznych, towarzyszy także złożom ropy naftowej

- siarkowodór jest produktem beztlenowego rozkładu białek

• Zastosowanie:

- Kwas siarkowodorowy reaguje z metalami, może być użyty jako odczynnik grupowy w analizie chemicznej, ma zastosowanie w syntezie organicznej.

KWAS BROMOWODOROWY

Jest to wodny roztwór bormowodoru.

• Sumaryczny wzór: HBr

• Strukturalny wzór: H-Br

• Właściwości:

- substancja żrąca, silniej żrący niż HCl

- bromodór i kwas bromowodorowy mają duszący zapach, drażniący drogi oddechowe i oczy

- bromowodór jest gazem dymiącym na powietrzu

- kwas bromowodorowy oddziałuje korodująco na metale

• Zastosowanie:

- bromowodór stosowany jest do syntez organicznych - do produkcji bromopochodnych związków, jako czynnik redukujący, jako katalizator w kontrolowanych procesach oksydacyjno-alkilujących związków armatycznych oraz do izomeryzacji.

- kwas bromowodorowy znajduje zastosowanie także w lecznictwie weterynaryjnym.

KWAS JODOWODOROWY

• Sumaryczny wzór: HI

• Strukturalny wzór: H-I

• Właściwości:

- substancja żrąca, silniej żrący niż HCl czy HBr

- kwas jodowodorowy jest bardzo nietrwały, dlatego też nie da się go przechowywać, otrzymuje się go zwykle in situ w środowisku reakcji

-jodowodór to bezbarwny, nietrwały gaz, dymiący na powietrzu

-w formie gazowej ma silne właściwości korodujące, oddziałuje z metalami

• Zastosowanie:

- jako odczynnik chemiczny

KWAS CYJANOWODOROWY

• Nazwy zwyczajowe: kwas pruski, cyklon B

• Sumaryczny wzór: HCN

• Strukturalny wzór: H-C≡N

• Właściwości:

- stosunkowo słabo żrący kwas

- bezbarwna, łatwo parująca ciecz

-intensywny zapach gorzkich migdałów

- bardzo silnie toksyczna trucizna

• Zastosowanie:

- jako odczynnik chemiczny (analiza chemiczna, synteza organiczna)

- pestycyd

-gaz bojowy

-trucizna przy wykonywaniu wyroków śmierci (przy użyciu komory gazowej)

2. Kwasy tlenowe

Kwasy tlenowe zwane inaczej oksokwasami to nieorganiczne kwasy zawierające przynajmniej jeden atom tlenu połączony z atomem centralnym kwasu.

Moc kwasów tlenowych wzrasta wraz ze zwiększaniem się elektroujemności pierwiastka centralnego np. moc kwasów tlenowych z atomem centralnym pochodzącym z trzeciego okresu układu okresowego pierwiastków  wygląda następująco:

H₂SiO₃ < H₃PO₄ < H₂SO₄ < HClO₄

Przy tym samym atomie centralnym moc kwasów tlenowych rośnie wraz ze wzrostem  stopnia utleniania.

Do kwasów tlenowych należą:

-kwas siarkowy (VI), (IV)

-kwas azotowy (V)

-kwas azotawy (III)

-kwas fosforowy (V)

-kwas węglowy

2.1 Przegląd najważniejszych kwasów tlenowych

KWAS SIARKOWY (IV)

• Inne nazwy: kwas siarkawy, kwas trioksosiarkowy

• Wzór sumaryczny: H₂SO₃

• Wzór strukturalny:

• Właściwości:

- nietrwały

-silnie żrący

-silnie trujący

-ma właściwości wybielające

-bakteriobójczy i grzybobójczy

-jest elektrolitem

-w naturze występuje w zjawisku tzw. kwaśnych deszczy (rozpuszczony w kroplach deszczu tlenek siarki(IV), który niszczy rośliny, powoduje korozję metali itp.)

• Otrzymywanie: reakcja tlenku siarki z wodą

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

• Zastosowanie:

-znikome - w laboratorium jako czynnik redukujący

- w przemyśle włókienniczym do bielenia wełny

-wykorzystywany w przemyśle farmaceutycznym

KWAS SIARKOWY (VI)

• Inne nazwy: kwas siarkowy, witriol, kwas tetraoksosiarkowy

• Wzór sumaryczny: H₂SO₄

• Wzór strukturalny:

• Właściwości:

- bezbarwna, oleista ciecz, cięższa od wody

- ma właściwości silnie higroskopijne (pochłania wodę z powietrza);

-silnie żrący;

-ma zdolność do denaturacji białka;

-reaguje z metalami półszlachetnymi np. miedzią 

- zostawiony na powietrzu czernieje

• Otrzymywanie: reakcja tlenku siarki z wodą

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

• Zastosowanie:

- przemysł barwników

- przemysł włókienniczy (wyrób włókien sztucznych)

- przemysł papierniczy

- przemysł petrochemiczny

- przemysł chemiczny (głównie petrochemia, pirotechnika, produkcja tworzyw sztucznych i innych kwasów nieorganicznych)

- używany do oczyszczania olejów, nafty, parafiny

- używany do osuszania gazów

KWAS AZOTOWY (V)

• Inne nazwy: kwas azotowy

• Wzór sumaryczny: HNO₃

• Wzór strukturalny:

• Otrzymywanie: reakcja tlenku azotu (V) z wodą

N₂O₅ + H₂O → 2 HNO₃

• Właściwości:

- bezbarwna ciecz, która w czasie długiego przechowywania może ulęgać rozkładowi i zabarwiać się na żółtwo lub brązowo

- na powietrzu dymi

- silnie żrący

-ma silne działanie korodujące

-bardzo aktywny chemicznie

- w procesie rozcieńczania z wodą wydobywają się duże ilości ciepła

-silny utleniacz

-w połączeniu z HCl tworzy wodę królewską, która jest w stanie roztwarzać metale szlachetne

• Zastosowanie:

- z HNO₃ otrzymuje się azotany (sole), estry (np. nitrogliceryna) - służa do produkcji materiałów wybuchowych

- wykorzystywany w przemyśle farmaceutycznym

- wykorzystywany do otrzymywania barwników, lakierów, nawozów sztucznych, tworzyw sztucznych,

- wykorzystywany do oczyszczania powierzchni metali

- wykorzystywany w chemii analitycznej do wykrywania białek w reakcji ksantoproteinowej

KWAS ORTOFOSFOROWY (V)

• Inne nazwy: kwas fosforowy (V)

• Wzór sumaryczny: H₃PO₄

• Wzór strukturalny:

• Otrzymywanie: reakcja tlenku fosforu (V) z wodą

P₄O₁₀ + 6H₂O → 4 H₃PO₄

• Właściwości:

- 100% kwas ortofosforowy (V) w temperaturze pokojowej to białe, krystaliczne ciało stałe

-dobrze rozpuszczalny w wodzie

-bezwonny

-o stosunkowo niewielkich właściwościach utleniających

- mniejsze właściwości żrące niż wyżej wymienione kwasy tlenowe

• Zastosowanie:

- do produkcji nawozów sztucznych

- w przemyśle spożywczym jako składnik napojów (np.Coca-Cola),regulator kwasowości

-wytwarzanie powłok ochronnych na metalach

-w przemyśle farmaceutycznym

-do oczyszczania soków w cukrownictwie

- odkamieniania armatury,

-jako płyn do lutowania,

-używany w stomatologii,

-wykorzystywany w lecznictwie i laboratoriach analitycznych

-składnik fosolu - odrdzewiacza do stali

KWAS WĘGLOWY

• Wzór sumaryczny: H₂CO₃

• Wzór strukturalny:

• Otrzymywanie: reakcja dwutlenku węgla z wodą

H₂O + CO₂ → H₂CO₃

• Właściwości:

- bardzo nietrwały kwas

-w temperaturze pokojowej ulega rozkładowi, dlatego niemożna otrzymać silnie stężonego kwasu węglowego

• Zastosowanie:

- do produkcji napojów gazowanych

1

---