Какие физические и химические свойства кислоты

Кислотами называют химические соединения, в состав которых входят атомы водорода и кислотные остатки. Молекула кислоты может содержать один или несколько атомов водорода, которые способны замещаться на атомы металлов при взаимодействии с ними.

Важно

Кислотный остаток – это часть молекулы кислоты, в которой отсутствует водород.

Так, молекула серной кислоты H2SO4, как видно из ее формулы, содержит 2 атома водорода и кислотный остаток SO4.

С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты (или кислотные гидроксиды) – это сложные вещества, которые обладают свойством подвергаться диссоциации в растворах, в результате которой образуются ионы водорода.

Перейдем к рассмотрению свойств кислот.

Физические свойства кислот

По физическим свойствам разные кислоты сильно отличаются друг от друга. В нормальных условиях они могут находиться в трех состояниях: твердом, жидком или газообразном. К примеру, HNO3 (азотная кислота) и H2SO4 (серная кислота) представляют собой не имеющие цвета прозрачные жидкости, H3BO3 (борная кислота) и HPO3 (метафосфорная кислота) – твердые вещества, а H2S (сероводород) – газ, раствор которого обладает характерными свойствами слабой кислоты. Соляная кислота (HCl), если она не растворена, также находится в газообразном состоянии и известна как газ хлороводород.

Приведем пример одного из самых интересных опытов с кислотами, демонстрирующий последовательный переход бензойной кислоты (C6H5СООН) из одного агрегатного состояния в другое. Возьмем химический стакан на 500 мл, насыпем в него 5 г бензойной кислоты и положим небольшую сосновую или еловую ветку. Закроем его фарфоровой чашкой, наполненной холодной водой, и начнем нагревать на спиртовке. Кислота, расплавившись, перейдет в жидкое состояние, жидкость эта начнет испаряться, а пары, соприкасаясь с холодной чашкой, превратятся в белые кристаллы. Ветка покроется хлопьями «снега» из бензойной кислоты. Также для проведения опыта вместо бензойной кислоты можно использовать нафталин.

Почти все кислоты растворяются в воде, хотя степень их растворимости варьируется в широких пределах. Существуют и практически нерастворимые кислоты, например, H2SiO3 (кремниевая кислота).

Одни кислоты имеют цвет и запах, у других же их нет. Например, серная кислота ни цветом, ни запахом не обладает.
Сероводород тоже бесцветен, но отличается отвратительным запахом тухлых яиц. В больших концентрациях сероводород смертельно ядовит, а в незначительных количествах он безвреден. Главная его опасность заключается в том, что при высокой концентрации его запах перестает ощущаться. В природе он образуется в процессе вулканической деятельности и при разложении органических остатков растительного и животного происхождения (так, именно его наличием в значительной степени объясняется неприятный запах на болотах). С другой стороны, небольшая концентрация сероводородной кислоты присутствует в минеральных источниках, известных своими целебными свойствами.

Специфический резкий запах, который невозможно ни с чем спутать, имеет уксусная кислота (CH3COOH).

Синильная кислота (HCN) отличается характерным запахом, очень похожим на аромат горького миндаля.

Сернистая кислота (H2SO3) обладает запахом, напоминающим только что зажженную спичку.

Концентрированный раствор азотной кислоты (HNO3) окрашен в бурый цвет, а азотистой кислоты (HNO2) – в голубоватый.

Кислоты в растворенном виде имеют кислый вкус.

Внимание

Чтобы не получить тяжелый химический ожог или отравление, пробовать большинство кислот строго запрещено!

Это не относится к фруктовым кислотам. Они значительно влияют на вкусовые качества плодов и фруктов. Существуют фруктовые кислоты, которые получили свое название от плодов, в составе которых они содержатся: например, лимонная (HOOC-CH2-C(OH)COOH-CH2-COOH) или яблочная кислота (НООС-СН2СН(ОН)-СООН).

Химические свойства кислот

Кислоты обладают рядом общих химическх свойств. Опишем их подробнее.
Под действием кислот изменяется окраска индикаторов. Примеры изменения цвета вы можете увидеть в таблице:

Опыт

Возьмем стеклянную емкость с толстыми стенами (тонкостенный сосуд может лопнуть) объемом не менее 1 л, заполним ее хлороводородом и плотно закроем пробкой со вставленной в нее стеклянной трубкой. Конец трубки, находящийся внутри сосуда, должен быть несколько оттянут, а на противоположный конец следует надеть резиновую трубку с зажимом. Затем перевернем емкость вверх дном, конец трубки опустим в бутыль (примерно до половины), заполненную водой, которая подкрашена лакмусом, после чего уберем зажим. В склянке с хлороводородом возникнет разреженное пространство, вода начнет резко врываться в сосуд и из трубки забьет фонтан. Окраска воды при этом изменится на красную.

Кислоты взаимодействуют с металлами, которые в ряду активности расположены перед H2 (за исключением азотной кислоты). В результате образуется соль и высвобождается газообразный водород. Это так называемая реакция замещения.

Zn+2HCl→ZnCl2+H2↑

Для проведения этой реакции рекомендуется налить в пробирку 5 мл соляной кислоты и поместить туда пару гранул цинка. Чтобы образующийся водород сразу не улетучивался, можно заткнуть горло пробирки пальцем. Если через некоторое время резко убрать палец и поднести к пробирке горящую спичку, произойдет воспламенение водорода со свистом (осторожно, возгорание газа может быть очень резким!). Если будет накоплено достаточно большое количество водорода, а пробирка была предварительно закрыта пробкой с трубкой для отвода газа, после поднесения горящей спички к концу трубки начнется равномерное горение водорода. Горение продолжится до тех пор, пока цинк или кислота не будут полностью израсходованы.

Чтобы определить, вступит ли металл в реакцию с кислотой, нужно предварительно найти положение металла в электрохимическом ряду активности:

Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Cr→Zn→Fe→
→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→H2→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au.

Реакционная способность металлов в этом ряду снижается слева направо.

Кислоты участвуют в реакциях обмена с основными оксидами (оксидами металлов). Продуктами таких реакций являются соли и вода.

CuO+H2SO4→CuSO4+H2O

Кислоты вступают в обменные реакции с основаниями с образованием соли и воды. Такие реакции называются реакциями нейтрализации.

H3PO4+3NaOH→Na3PO4+3H2O

Кислоты могут взаимодействовать с солями. Реакция начнется при условии, что соль была образована более слабой или летучей кислотой.
CaCl2+H2SO4→CaSO4↓+2HCl (сульфат кальция выпадает в виде белого осадка)

Любители ставить химические опыты могут положить в слабый раствор соляной кислоты куриное яйцо. Его плотность больше плотности раствора, поэтому оно опустится на дно сосуда. Соляная кислота вступит в реакцию с карбонатом кальция (CaCO3), который находится в составе скорлупы яйца, что приведет к образованию углекислого газа, пузырьки которого закрепятся на скорлупе. Благодаря этим пузырькам яйцо всплывет вверх. После поднятия яйца на поверхность пузырьки исчезнут, так как углекислый газ перейдет в воздух, и яйцо снова утонет. Затем все повторится сначала. Яйцо будет то тонуть, то снова всплывать, пока полностью не разрушится скорлупа.

Опыт

Нам понадобится пустая бутылка (чтобы получилось эффектнее, лучше взять бутылку из-под шампанского), в которую нужно положить несколько кусков мела и залить разбавленной соляной кислотой, после чего закрыть пробкой (не очень туго). Для соблюдения предосторожности бутылку следует завернуть в полотенце. Здесь, как и в предыдущем опыте, произойдет реакция соляной кислоты с карбонатом кальция:

СаСО3+2НСl→CaCl2+CO2+H2O.

Через несколько минут после начала опыта под давлением образовавшегося углекислого газа бутылка «выстрелит», и пробка взлетит на 2,5-3 метра.

Под воздействием высоких температур кислоты, в составе которых присутствуют атомы кислорода, разлагаются на кислотный оксид и воду (за исключением серной и ортофосфорной кислот):
H2SiO3→H2O+SiO2

При разложении неустойчивых кислот образуются газообразное вещество и вода:
H2CO3↔H2O+CO2

Бескислородные кислоты также подвержены реакциям разложения:
H2S→H2+S

Тест по теме «Свойства кислот»

Кислотами называются сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы водорода, способные замещаться или обмениваться на атомы металла и кислотный остаток.

По наличию или отсутствию кислорода в молекуле кислоты делятся на кислородсодержащие (H2SO4 серная кислота, H2SO3 сернистая кислота, HNO3 азотная кислота, H3PO4 фосфорная кислота, H2CO3 угольная кислота, H2SiO3 кремниевая кислота) и бескислородные (HF фтороводородная кислота, HCl хлороводородная кислота (соляная кислота), HBr бромоводородная кислота, HI иодоводородная кислота, H2S сероводородная кислота).

В зависимости от числа атомов водорода в молекуле кислоты кислоты бывают одноосновные (с 1 атомом Н), двухосновные (с 2 атомами Н) и трехосновные (с 3 атомами Н). Например, азотная кислота HNO3 одноосновная, так как в молекуле её один атом водорода, серная кислота H2SO4 – двухосновная и т.д.

Неорганических соединений, содержащих четыре атома водорода, способных замещаться на металл, очень мало.

Часть молекулы кислоты без водорода называется кислотным остатком.

Кислотные остатки могут состоять из одного атома  (-Cl, -Br, -I) – это простые кислотные остатки, а могут – из группы атомов (-SO3, -PO4, -SiO3) – это сложные остатки.

В водных растворах при реакциях обмена и замещения кислотные остатки не разрушаются:

H2SO4 + CuCl2  → CuSO4 + 2 HCl↑

Слово ангидрид означает безводный, то есть кислота без воды. Например,

H2SO4 – H2O → SO3. Бескислородные кислоты ангидридов не имеют.

Своё название кислоты получают от названия образующего кислоту элемента (кислотообразователя) с прибавлением окончаний «ная» и реже «вая»: H2SO4 – серная; H2SO3 – угольная; H2SiO3 – кремниевая  и т.д.

Элемент может образовать несколько кислородных кислот. В таком случае указанные окончания в названии кислот будут тогда, когда элемент проявляет высшую валентность (в молекуле кислоты большое содержание атомов кислорода). Если элемент проявляет низшую валентность, окончание в названии кислоты будет «истая»: HNO3 –  азотная, HNO2 – азотистая.

Кислоты можно получать растворением ангидридов в воде. В случае, если ангидриды в воде не растворимы, кислоту можно получить действием другой более сильной кислоты на соль необходимой кислоты. Этот способ характерен как для кислородных так и бескислородных кислот. Бескислородные кислоты получают так же прямым синтезом из водорода и неметалла с последующим растворением полученного соединения в воде:

H2 + Cl2 → 2 HCl;

H2 + S → H2S.

Растворы полученных газообразных веществ HCl  и H2S и являются кислотами.

При обычных условиях кислоты бывают как в жидком, так и в твёрдом состоянии.

Химические свойства кислот

Растворыв кислот действуют на индикаторы. Все кислоты (кроме кремниевой) хорошо растворяются  в воде. Специальные вещества – индикаторы позволяют определить присутствие кислоты.

Индикаторы – это вещества сложного строения. Они меняют свою окраску в зависимоти от взаимодействия с разными химическими веществами. В нейтральных растворах — они имеют одну окраску, в растворах оснований – другую. При взаимодействии с кислотой они меняют свою окраску: индикатор метиловый оранжевый окрашивается в красный цвет, индикатор лакмус – тоже в красный цвет.

Взаимодействуют с основаниями с образованием воды и соли, в которой содержится неизменный кислотный остаток (реакция нейтрализации):

H2SO4 + Ca(OH)2  → CaSO4 + 2 H2O.

Взаимодействуют с основанными оксидами с образованием воды и соли (реакция нейтрализации). Соль содержит кислотный остаток той кислоты, которая использовалась в реакции нейтрализации:

H3PO4 + Fe2O3 → 2 FePO4 + 3 H2O.

Взаимодействуют с металлами. Для взаимодействия кислот с металлами должны выполнятся некоторые условия:

1. металл должен быть достаточно активным по отношению к кислотам (в ряду активности металлов он должен располагаться до водорода). Чем левее находится металл в ряду активности, тем интенсивнее он взаимодействует с кислотами;

2. кислота должна быть достаточно сильной (то есть способной отдавать ионы водорода H+).

При протекании химических реакций кислоты с металлами образуется соль и выделяется водород (кроме взаимодействия металлов с азотной и концентрированной серной кислотами,):

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑;

Cu + 4HNO3 → CuNO3 + 2 NO2  + 2 H2O.

Остались вопросы? Хотите знать больше о кислотах?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.