Кислота

Предупреждающий знак
«Едкие и коррозионные вещества»

Кисло́ты — сложные вещества, в состав которых обычно входят атомы водорода, способные замещаться на атомы металлов, и кислотный остаток. Водные растворы кислот имеют кислый вкус, обладают раздражающим действием, способны менять окраску индикаторов, отличаются рядом общих химических свойств.

Определение кислоты

Определения кислот и оснований претерпели значительную эволюцию по мере расширения теоретических представлений о природе химической связи и механизмах химических реакций.

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 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,H₂SO₄).
• По основности — количество кислых атомов водорода
  • Одноосновные (HNO₃);
  • Двухосновные (H₂SeO₄, двухосновные предельные карбоновые кислоты);
  • Трёхосновные (H₃PO₄, H₃BO₃).
  • Полиосновные (практически не встречаются).
• 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,CH₃COOH);
• По летучести
  • Летучие (H₂S, HCl);
  • Нелетучие (H₂SO₄) ;
• По растворимости в воде
  • Растворимые (H₂SO₄);
  • Нерастворимые (H₂SiO₃);

Химические свойства кислот

Окрашивание индикаторной бумаги в растворе хлороводородной кислоты

• Взаимодействие с основными оксидами 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:

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

• 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:

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

См. статью Взаимодействие кислот с металлами.

• 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 (минеральные) кислоты

Борная кислота

• Азотистая кислота
• Азотная кислота
• Борная кислота
• Бромоводородная кислота
• Йодоводородная кислота
• Йодноватая кислота
• Иодная кислота
• Серная кислота
• Соляная кислота
• Селеновая кислота
• Ортофосфорная кислота
• Ортокарбоновая кислота
• Сернистая кислота
• Сероводородная кислота
• Фтороводородная кислота
• Хлорноватистая кислота
• Хлорноватая кислота
• Хлористая кислота
• Хлорная кислота
• Кремниевая кислота
• Марганцовая кислота
• Угольная кислота
• Синильная кислота
• Плавиковая кислота
• Роданистоводородная кислота
• Тиосерная кислота
• Мышьяковая кислота
• Молибденовая кислота
• Технециевая кислота (пертехнециевая кислота)
• Полониевая кислота
• Плутониевая кислота (H₂PuO₄)
• Метафосфорная кислота
• Хромовая кислота

Органические кислоты

Муравьиная кислота

• Адипиновая кислота
• Азелаиновая кислота
• Акриловая кислота
• Аконитовая кислота
• Аскорбиновая кислота (витамин C)
• Валериановая кислота
• Винная кислота
• Гиалуроновая кислота
• Дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК)
• Капроновая кислота
• Лауриновая кислота
• Лизергиновая кислота
• Лимонная кислота
• Масляная кислота
• Малоновая кислота
• Молочная кислота
• Мочевая кислота
• Муравьиная кислота
• Олеиновая кислота
• Пальмитиновая кислота
• Пировиноградная кислота
• Пропионовая кислота
• Салициловая кислота
• Стеариновая кислота
• Уксусная кислота
• Щавелевая кислота
• Яблочная кислота
• Янтарная кислота

Интересные факты

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

См. также

• Теории кислот и оснований
• Апротонная кислота
• Константа диссоциации
• Суперкислота
• Список кислот
• Все о кислотах
• Органические и неорганические кислоты
• Кислоты: бескислородные и кислородосодержащие, соли бескислородных и кислородсодержащих кислот, типы химических реакций

---