1.2.4. Кислоти

Кислотами називають сполуки, до складу яких входять атоми Гідрогену, здатні заміщуватися атомами металу.

Згідно з теорією електролітичної дисоціації кислоти – це електроліти, які під час дисоціації утворюють тільки один вид позитивно заряджених іонів - катіони Гідрогену.

Номенклатура. Назву кислоти можна визначити за латинською назвою кислотного залишку. До основи назви кислотного залишку додають закінчення: для безоксигенових кислот -ідна чи -идна; для оксигеновмісних кислот -ітна чи -итна (кислотоутворювальний елемент проміжного ступеня окиснення); -атна (кислотоутворювальний елемент вищого ступеня окиснення). Наприклад: HCl – хлоридна, H₂S – сульфідна, HNO₂ – нітритна, HNO₃ – нітратна.

Кислоти класифікують за різними критеріями (рис. 2).

Рис. 2. Схема класифікації кислот

Оксигеновмісні кислоти є гідратами (продуктами сполучення з водою) оксидів неметалів, а також оксидів деяких металів вищих ступенів окиснення (+5, +6, +7). Наприклад, карбонатна кислота Н₂СО₃  продукт сполучення з водою СО₂, сульфатна кислота H₂SО₄  SO₃, хроматна кислота Н₂СrО₄  СrО₃.

Число атомів Гідрогену кислоти, здатних заміщуватися атомами металу з утворенням солі, визначає основність кислоти. Так, НСl, НВr, HNO₃, СН₃СООН  одноосновні кислоти; H₂S, H₂SO₄, Н₂СO₃, Н₃РO₃ — двохосновні; Н₃РО₄, H₃AsO₄  трьохосновні.

Негативні іони, які утворюються в результаті відриву від молекули кислоти одного або кількох іонів Гідрогену, називаються кислотними залишками. Значення негативного заряду іона кислотного залишку визначається числом іонів Гідрогену, що відірвалися.

Наявність атомів Гідрогену в кислотних залишках позначається словом гідроген-, якщо треба – з відповідним префіксом. Наприклад, HSO₄^ – гідрогенсульфат, H₂PO₄^ – дигідрогенфосфат.

Фізичні властивості. Кислоти можуть бути твердими (боратна Н₃ВО₃, силікатна H₂SiО₃) або рідкими (сульфатна H₂SO₄, нітратна HNО₃). Більшість із них добре розчиняються у воді. Кислотами є також водні розчини газоподібних водневих сполук деяких неметалів (НСl, НВr, H₂S, HCN, HCNS). У молекулах кислот атоми Гідрогену зв'язані з кислотними залишками ковалентним полярним зв'язком.

Хімічні властивості.

1. Кислоти у водних розчинах дисоціюють на іони, сильні кислоти  повністю, слабкі  мало:

НСl Н⁺ + Сl^;

H₂SO₄  Н⁺ + HSO₄^;

Н₃РО₄  Н⁺ + Н₂РO₄^.

Кислоти мають деякі загальні властивості, обумовлені наявністю іонів Гідрогену Н⁺. Так, вони змінюють забарвлення багатьох індикаторів (табл. 4).

Таблиця 4. Інтервали переходу індикаторів

Індикатор	Значення рН
	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Лакмус	Червоний		Інтервал переходу	Синій
Фенолфталеїн	Безбарвний			Інтервал переходу	Малиновий
Метиловий оранжевий	Рожевий	Інтервал переходу	Жовтий

2. Кислоти реагують з основами. Взаємодія кислоти з основою, в результаті якої утворюється сіль і вода, називається реакцією нейтралізації:

NaOH + HCl  NaCl + H₂O.

Реакції між нерозчинними основами та амфотерними гідроксидами й кислотою теж є реакціями нейтралізації. За цих умов амфотерний гідроксид виявляє основні властивості.

Якщо в реакції нейтралізації беруть участь багатокислотні основи або багатоосновні кислоти, можуть утворюватися середні, кислі та основні солі:

Fе(ОН)₃ + НС1  Fe(OH)₂Cl + H₂O;

Fe(OH)₃ + 3HCl  FeCl₃ + 3Н₂О;

NaOH + H₂SO₄  NaHSO₄ + H₂O.

3. Кислоти взаємодіють з основними та амфотерними оксидами з утворенням солі та води:

СаО + 2HNO₃  Ca(NO₃)₂ + Н₂О;

Fе₂O₃ + 6НNО₃  2Fe(NO₃)₃ + 3Н₃O.

4. Кислоти реагують з металами. У результаті реакції утворюється сіль і виділяється водень:

Zn + Н₂SO_4(розв)  ZnSO₄ + H₂.

Метали, які в ряді стандартних електродних потенціалів знаходяться ліворуч від водню, витісняють його з кислот, а розташовані праворуч (Cu, Hg, Ag, Аu, Pt) — не витісняють.

5. Кислоти взаємодіють із солями. При цьому можуть утворюватися такі сполуки:

а) нова кислота та сіль (середня або кисла):

2NaCl_(cyx) + Н₂SO_4(конц)  Na₂SO₄ + 2НС1;

2NaNO_3(cyx) + Н₂SO_4(конц)  Na₂SO₄ + 2HNO₃;

FeS + 2HCl  FeCl₂ + H₂S.

Якщо кислота, яка утворюється, є нестійка, вона може розкладатися з утворенням кислотних оксидів:

Na₂CO₃ + 2НСl  2NaCl + Н₂О + СO₂.

б) кисла сіль:

Na₂S + H₂S  2NaHS;

СаСО₃ + Н₂СО₃  Са(НСО₃)₂.

в) кілька солей і вода:

NaA1O₂ + 4НСl  NaCl + АlСl₃ + 2Н₂O;

2NaAl(OH)₄ + 4H₂SO₄  Na₂SO₄ + A1₂(SO₄)₃ + 8H₂O.

6. Під час нагрівання оксигеновмісні кислоти розкладаються на воду та кислотний оксид:

H₂SO₄ 4Н₂O + SO₃;

4НNO₃ 2Н₂O + 4NO₂ + O₂.

1.2.5. Солі

Солі  це продукти заміщення гідрогену кислоти металом або продуктами обміну гідроксогрупи гідроксидів металів на кислотні залишки:

H₂SO₄ + Zn = ZnSO₄ + Н₂;

Кислота Сіль

NaOH + НСl = NaCl + Н₂О.

Основа Сіль

З позиції теорії електролітичної дисоціації солі – це електроліти, які під час дисоціації утворюють катіони залишку основи та аніони кислотного залишку.

Номенклатура. Назва солі складається з назви металу в називному відмінку (римською цифрою зазначається валентність металу, якщо він проявляє їх декілька), та назви кислотного залишку. Наприклад, NaCl – натрій хлорид; розчин СaSO₄ – розчин кальцій сульфату; Fe(NO₃)₂ – ферум(ІІ) нітрат.

Фізичні властивості. Солі  це тверді кристалічні речовини. Залишки основ і кислот у солях зв'язані між собою, як правило, іонним зв'язком. Солі мають різний колір і характеризуються неоднаковою розчинністю у воді. Солі бувають середні, кислі, основні (рис. 3).

Рис. 3. Класифікація солей

Середні солі  це продукти повного заміщення Гідрогену кислоти металом або повного обміну гідроксогруп основи на кислотні залишки, наприклад:

2Na + H₂SO₄  Na₂SO₄ + Н₂;

Fe(OH)₃ + 3НClО₄  Fе(С1О₄)₃ + 3Н₂O.

Прості солі  це солі, до складу яких входить атоми одного металу. Наприклад, Na₂SO₄, Ca(NO₃)₂ тощо.

Якщо атоми Гідрогену в кислоті заміщуються атомами різних металів, такі солі називаються подвійними. Наприклад, KAl(SO₄)₂.

Коли гідроксогрупи основ обмінюються на різні кислотні залишки, то утворюються змішані солі (наприклад Са(ОСl)Сl).

Комплексні солі  це такі продукти, до складу яких входять комплексні іони: К₄[Fе(СN)₆], Na[Al(OH)₄], Na₃[Al(OH)₆].

Кислі солі  продукти неповного заміщення Гідрогену багатоосновної кислоти металом, наприклад, NaHSО₄, Са(НСО₃)₂.

Основні солі  це продукти неповного обміну гідроксогруп багатокислотної основи на кислотні залишки, наприклад:

Mg(OH)₂ + HCl  MgOHCl+ Н₂O;

А1(ОН)₃ + НС1  А1(ОН)₂С1 + Н₂O.

Хімічні властивості.

1. Солі реагують з лугами або амоній гідроксидом. Унаслідок цього утворюються нові солі (середні, кислі, основні) та гідроксид або основна сіль (залежно від молярних співвідношень реагентів):

MgCl₂ + NaOH  Mg(OH)Cl + NaCl;

MgCl₂ + 2NaOH  Mg(OH)₂+ 2NaCl;

NaH₂PO₄ + NaOH  Na₂HPO₄ + H₂O.

2. Солі реагують із кислотами. Такі реакції можливі, якщо утворюється осад чи слабкий електроліт. Продуктами цієї взаємодії можуть бути (залежно від молярних співвідношень реагентів) різні сполуки:

а) нова кислота і нова сіль:

FeS + 2HCl  FeCl₂ + H₂S;

б) кисла та середня солі:

Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄  Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄;

в) кисла сіль:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O  Ca(HCO₃)₂;

г) одна або дві середні солі, основна сіль:

Fe(OH)₂Cl + HCl  Fe(OH)C1₂ + H₂O.

3. Солі взаємодіють між собою. Така реакція можлива, якщо утворюється осад. Її продуктами будуть нові солі:

CaCl₂ + Na₂CO₃  CaCO₃ + 2NaCl.

Середня сіль може реагувати з кислою або основною сіллю одного й того ж металу, якщо між реагентами існує проміжна за складом кисла чи основна сіль, що й буде продуктом реакції:

Na₃PO₄ + NaH₂PO₄  2Na₂HPO₄;

FeCl₃ + Fe(OH)₂Cl  2FeOHCl₂.

4. Солі взаємодіють з металами з утворенням нової солі та металу:

CuSO₄ + Fе  FeSO₄ + Сu.

Кожен метал може витіснити з розчинів солей метали, які знаходяться в ряді стандартних електродних потенціалів після нього, і не витісняє метали, що стоять перед ним:

FeSO₄ + Сu (реакція не відбувається).

Метали, розташовані ліворуч від магнію (К, Ва, Са, Na та ін.), не використовують для витіснення металів із розчинів їх солей, оскільки вони реагують із водою з утворенням водню та лугу. Останній, у свою чергу, взаємодіє із сіллю з утворенням нерозчинного гідроксиду:

CuSO₄ + 2Na + 2Н₂O  Сu(ОН)₂ + Na₂SO₄ + H₂.

5. Солі взаємодіють з оксидами (кислотними або амфотерними) під час нагрівання з утворенням солі та кислотного оксиду, більш леткого, ніж вихідний:

Na₂CO₃ + SiO₂  Na₂SiO₃ +CO₂;

4LiNO₃ + 2А1₂О₃  4LiA1O₂ + 4NO₂ + О₂.

6. Солі розкладаються під час нагрівання. Залежно від природи металу та кислоти утворюються різні продукти:

СаСО₃ СаО + СO₂;

2NaNO₃ 2NaNO₂ + O₂.