3.5. Способы получения кислот

1. Бескислородные кислоты могут быть получены непосредственным синтезом из неметалла и водорода с последующим растворением соединения в воде:

H₂ + Cl₂ = 2HCl

H₂ + S = 2H₂S

2. Кислородсодержащие растворимые кислоты могут быть получены взаимодействием кислотных оксидов (ангидридов кислот) с водой:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃

3. Как бескислородные, так и кислородсодержащие кислоты можно получить реакциями обмена между солями и другими кислотами (вытеснение слабых, летучих или малорастворимых кислот из солей):

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂SiO₃

AgNO₃ + HCl = AgCl + HNO₃

FeS + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂S

3.6. Области применения кислот

Азотная кислота (HNO₃) широко применяется для производства удобрений, красителей, лаков, пластмасс, лекарственных и взрывчатых веществ, а также химических волокон.

Серная кислота (H₂SO₄) расходуется в больших количествах для производства минеральных удобрений, красителей, химических волокон, пластмасс, лекарственных веществ. Используется для извлечения металлов из руд, заполнения кислотных аккумуляторов. Находит применение в нефтяной промышленности для очистки нефтепродуктов.

Фосфорная кислота (H₃PO₄) используется в составах для обезжиривания металлических поверхностей перед нанесением защитных покрытий, входит в состав композиций для преобразования ржавчины перед покраской, применяется для защиты от коррозии трубопроводов, прокачивающих морскую воду.

Хлороводородная (соляная) кислота (HCl) широко применяется в нефтяной промышленности для обработки призабойных зон скважин с целью увеличения нефтеотдачи пластов, используется в составах травильных растворов для удаления ржавчины и отложений в трубопроводах и скважинах, а также как отвердитель фенолформальдегидных смол.

4. Соли

Солями называют вещества, в которых атомы металла связаны с кислотными остатками.

Исключением являются соли аммония, в которых с кислотными остатками связаны не атомы металла, а частицы NH₄⁺.

4.1. Классификация солей

Любую соль можно представить как продукт взаимодействия основания и кислоты, то есть как продукт замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атом металла или гидроксогрупп в молекуле основания на соответствующие кислотные остатки. В зависимости от состава катионов и анионов различают следующие типы солей:

Средние соли можно рассматривать как продукт полного замещения атомов водорода, определяющих основность кислоты, атомами металла или продукт полного замещения гидроксид-ионов в молекуле основания кислотными остатками:

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

^{основание кислота средняя соль}

В водных растворах средние соли диссоциируют на катионы металла и анионы кислотного остатка:

Na₂SO₄  2Na⁺ + SO₄^2–

Кислые соли представляют собой продукты неполного замещения атомов водорода, определяющих основность кислоты, атомами металла.

Кислые соли образуются только многоосновными кислотами. Одноосновные кислоты кислых солей не образуют.

От двухосновных кислот (H₂SO₄, H₂CO₃, H₂S и т.д.) производится только один тип кислых солей – однозамещенные (атом металла замещает только один атом водорода кислоты).

Например, серная кислота при неполной нейтрализации гидроксидом натрия образует только одну кислую соль – NaHSO₄:

NaOH + H₂SO₄ = NaHSO₄ + H₂O

^{основание двухосновная однозамещенная}

^{кислота кислая соль}

От трехосновных кислот можно получить уже два типа кислых солей: однозамещенные и двухзамещенные.

Например, при нейтрализации ортофосфорной кислоты гидроксидом натрия можно получить однозамещенную соль NaH₂PO₄:

H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O

^{трехосновная основание однозамещенная}

^{кислота кислая соль}

и двухзамещенную соль Na₂HPO₄:

H₃PO₄ + 2NaOH = Na₂HPO₄+ 2H₂O

^{трехосновная основание двухзамещенная}

^{кислота кислая соль}

Кислые соли при дальнейшей нейтрализации превращаются в средние соли:

NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + H₂O

^{кислая соль средняя соль}

Na₂HPO₄ + NaOH = Na₃PO₄ + H₂O

^{кислая соль средняя соль}

Диссоциацию кислой соли можно выразить уравнением:

NaHSO₃  Na⁺ + HSO

Гидроанион (HSO ) дальнейшей диссоциации подвергается в очень малой степени:

HSO  Н⁺ + SO

Основные соли можно рассматривать как продукт неполного замещения гидроксогрупп основания или амфотерного гидроксида на кислотные остатки.

Основные соли образуются только многокислотными основаниями, причем двухкислотные основания образуют только один тип основных солей, а трехкислотные – два, например:

Mg(OH)₂ – двухкислотное основание:

Mg(OH)₂ + HNO₃ = MgOHNO₃ + H₂O

^{основная соль}

при дальнейшей нейтрализации образуется средняя соль:

MgOHNO₃+ HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + H₂O

^{средняя соль}

Al(OH)₃ – трехкислотное основание:

Al(OH)₃ + HCl = Al(OH)₂Cl + H₂O

^{основная соль}

Al(OH)₂Cl + HCl = AlOHCl₂ + H₂O

^{основная соль}

при дальнейшей нейтрализации – средняя соль:

AlOHCl₂ + HCl = AlCl₃ + H₂O

^{средняя соль}

Диссоциация основной соли выражается уравнением:

AlOHCl₂  AlOH²⁺ + 2Cl^–

Гидроксокатион (AlOH²⁺) дальнейшей диссоциации подвергается очень незначительно:

AlOH²⁺  Al³⁺ + OH^

Двойные соли можно рассматривать как продукт замещения атомов водорода многоосновной кислоты атомами разных металлов, например: KAl(SO₄)₂, KCr(SO₄)₂, KNaCO₃.

В водных растворах двойные соли диссоциируют на катионы двух разных металлов и анион(-ы) кислотного остатка:

KAl(SO₄)₂  K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2–

Смешанные соли можно рассматривать как продукт замещения гидроксогрупп многокислотного основания на кислотные остатки разных кислот, например CaOClCl.

Смешанные соли диссоциируют на катионы металла и анионы двух разных кислотных остатков:

CaClOCl  Ca²⁺ + Cl^– + Ocl^–

Комплексные соли содержат сложные комплексные ионы. В строении каждой комплексной соли различают внутреннюю и внешнюю сферу. Внутренняя сфера (комплекс) состоит из центрального атома – комплексообразователя и координированных, т.е. связанных с ним, молекул или ионов, называемых лигандами. Внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки. Если в состав комплексной соли входят ионы, не связанные непосредственно с центральным атомом, то их выделяют во внешнюю сферу. Внешнесферными могут быть и катионы, например K⁺ в K₄Fe(CN)₆, и анионы, например SO₄^2– в Cu(NH₃)₄SO_4. При записи формулы комплексной соли внешнесферные ионы выносятся за квадратные скобки. Число ионов или молекул, непосредственно связанных с центральным атомом, называется его координационным числом (к.ч.).

Координационные числа у различных комплексообразователей различны. Их значения меняются в зависимости от размеров и химической природы центральных атомов и лигандов. Величина координационного числа обычно равна удвоенному заряду иона комплексообразователя.

K₄Fe(CN)₆, к.ч. = 6

Комплексо- Лиганды

образователь

Внешняя Внутренняя

сфера сфера

Ag (NH₃)₂ Cl, к.ч. = 2

Комплексо- Лиганды

образователь

Внутренняя Внешняя

сфера сфера

Диссоциация комплексных солей выражается уравнениями:

K₄Fe(CN)₆  4K⁺ + Fe(CN)₆^4–

Ag (NH₃)₂ Cl  Ag (NH₃)₂⁺ + Cl^–

При выделении некоторых солей из водных растворов вода может входить в состав образующихся кристаллов. Такие вещества называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода – кристаллизационной. Состав кристаллогидратов принято выражать формулами, показывающими, какое количество кристаллизационной воды содержит кристаллогидрат.

Например, кристаллогидрат сульфата натрия, содержащий на 1 моль Na₂SO₄ десять моль воды, изображается формулой Na₂SO₄ · 10 H₂O.

Называя кристаллогидраты, перед названием соответствующей соли с помощью числовых приставок и слова «гидрат» следует обозначить количество моль воды, содержащихся в моль кристаллогидрата, например:

CuSO₄ · 5H₂O – пентагидрат сульфата меди (II),

Na₂SO₄ · 10 H₂O – декагидрат сульфата натрия.