Кислоты

Одним из наиболее характерных свойств кислоты является кислый вкус, но в лаборатории запрещено распознавать кислоты, пробуя их на вкус. Тем не менее, благодаря своему кислому вкусу кислоты и получили своё название. Плоды цитрусовых растений, например, лимон, лайм и апельсин, содержат лимонную кислоту. Кефир, сметана и йогурт – кисломолочные продукты и содержат молочную кислоту. В качестве приправы и консерванта применяется пищевой уксус, одним из компонентов которого является уксусная кислота. Кислоты – едкие вещества. Они обладают разъедающими свойствами и способны нанести вред здоровью.

Свойства вещества определяются его составом. Рассмотрим кислоты, в состав молекул которых входит хотя бы один атом водорода. Формулы и названия наиболее известных кислот приведены в таблице.

Молекулы кислоты в водном растворе распадаются на положительно заряженные ионы водорода и отрицательно заряженные анионы (см. параграф. 3.1). В зависимости от природы кислоты на ионы распадается определённая часть её молекул. Характерные свойства кислот обусловлены именно ионами водорода, которые образуются в растворах кислот.

Не все вещества, молекулы которых содержат водород, являются кислотами. Например, в молекуле метана СН₄ даже 4 атома водорода, но кислотой метан не является. Газообразный водород Н₂ также не является кислотой. Эти вещества в растворах не отдают ионы водорода.

Анион кислоты может состоять из одного или нескольких химических элементов. Заряд аниона соответствует числу ионов водорода. У аниона каждой кислоты есть собственное наименование. Например, анион содержащейся в газированных напитках угольной кислоты (H₂CO₃) имеет заряд –2 (что соответствует двум ионам водорода) и называется «карбонат».

${\mathrm{H}}_2{\mathrm{CO}}_3 \to 2 {\mathrm{H}}^{+} + {{\mathrm{CO}}_3}^{2-}$

${\mathrm{H}}_2{\mathrm{CO}}_3$ – угольная кислота,
​${{\mathrm{CO}}_3}^{2-}$ – анион кислоты (карбонат).

Область применения кислот напрямую зависит от их особенностей. Кроме вышеупомянутых свойств важным свойством кислоты является её сила. Сила кислоты тем выше, чем больше её молекул в растворе распадается на ионы. Например, соляная кислота является очень сильной кислотой, практически все её молекулы в растворе распадаются на ионы. Уксусная кислота является слабой кислотой и в растворе представлена по большей части в виде молекул, количество ионов этой кислоты в растворе очень мало.

В этом месте необходимо обратить внимание на различие между силой кислоты и её концентрацией. Концентрация показывает содержание кислоты в растворе. В концентрированном растворе кислоты содержится больше кислоты, чем в разбавленном растворе. Например, в концентрированной азотной кислоте содержание азотной кислоты может достигать до 70% по массе, в разбавленном же растворе кислоты её содержание может быть лишь 30%.

При работе с кислотами нужно соблюдать правила техники безопасности, так как кислóты с лёгкостью реагируют с другими веществами и обладают разъедающими свойствами. Особенную осторожность следует проявлять при работе с концентрированными кислотами. При необходимости следует проводить опыты в вытяжном шкафу и использовать защитные средства, такие как защитные очки, резиновые перчатки и лабораторный халат.

При разбавлении кислоты следует медленно приливать концентрированную кислоту к воде. Если приливать воду к концентрированной кислоте, то при образовании ионов кислоты может быстро выделиться такое количество теплоты, которого будет достаточно чтобы разогреть воду до кипения. Это вызовет разбрызгивание кислотного раствора.

При попадании кислоты на кожу следует сразу промыть поражённый участок кожи большим количеством проточной воды, а затем обработать этот участок кожи разбавленным раствором пищевой соды или раствором нашатырного спирта. Обязательно нужно сообщить о случившемся учителю.

Хлористоводородная кислота, или соляная кислота (HCl)

Соляная кислота представляет собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом, источником которого является выделяющийся из раствора газообразный хлорид водорода. Этот газ способен разъедать ткани дыхательных путей, поэтому его нельзя вдыхать. Соляная кислота является очень сильной кислотой, так как почти все её молекулы в растворе распадаются на ионы.

В промышленности соляная кислота производится в больших количествах и применяется для производства хлоридов различных металлов, для травления металлов, очистки поверхностей, в производстве красителей (например, фуксинового красного) и пластмасс (например, PVC).

В составе желудочного сока соляная кислота участвует в процессе пищеварения. Слишком сильная кислотность желудочного сока вызывает изъязвление слизистой оболочки желудка, недостаточная же кислотность является причиной проблем с пищеварением.

Азотная кислота (HNO₃)

Азотная кислота является одной из основных кислот, применяемых в химической промышленности. HNO₃ является очень сильной и едкой кислотой, способной реагировать со многими металлами. Органические вещества, такие как древесина, бумага и ткани, при контакте с азотной кислотой могут даже загореться.

Бóльшая часть производимой HNO₃ используется в производстве удобрений. Азотная кислота является основным сырьём для производства взрывчатых веществ (например, нитроглицерина), красителей (например, нитрокрасок) и ракетного топлива.

Концентрированная смесь соляной и азотной кислот в соотношении 3 : 1 называется царской водкой. Отличительной особенностью царской водки является её способность растворять благородные металлы (золото, платину и т. д.).

Серная кислота (H₂SO₄)

Серная кислота – маслянистая жидкость с большой плотностью и одна из наиболее сильных кислот. При растворении H₂SO₄ в воде выделяется большое количество теплоты. Серная кислота применяется для высушивания газов, так как она способна поглощать воду. Серная кислота обугливает многие органические соединения, например, сахар. H₂SO₄ применяется в производстве удобрений, красителей (таких как индигокармин), взрывчатых веществ, пластмасс и лекарственных средств. Концентрированная H₂SO₄ также может входить в состав автомобильных аккумуляторов.

Угольная кислота (H₂CO₃)

Диоксид углерода (CO₂) при растворении в воде частично реагирует с ней и образуется очень слабая угольная кислота.

${\mathrm{CO}}_2 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \to {\mathrm{H}}_2{\mathrm{CO}}_3$

Этот процесс протекает при приготовлении газированных напитков. H₂CO₃ – неустойчивое соединение, с лёгкостью распадающееся на углекислый газ и воду, благодаря чему при открывании бутылок с шипучими напитками выделяется газообразный CO₂.

${\mathrm{H}}_2{\mathrm{CO}}_3 \to {\mathrm{CO}}_2\mathrm{\uparrow } + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Фосфорная кислота (H₃PO₄)

Чистая фосфорная кислота при комнатной температуре представляет собой бесцветное твёрдое вещество. Фосфорная кислота является кислотой средней силы. Применяемый в лаборатории концентрированный водный раствор H₃PO₄ – маслянистая жидкость. Фосфорная кислота производится в большом количестве и широко используется, например, в производстве фосфорных удобрений. Фосфорная кислота входит состав стиральных порошков и применяется в качестве пищевой добавки. Например, фосфорную кислоту добавляют в прохладительные напитки для придания вкуса и предотвращения роста микроорганизмов.

Угольная и фосфорная кислоты входят также в состав крови – они позволяют поддерживать её кислотность на нужном уровне.