Wodorotlenki kwasowe to nieorganiczne związki grupy hydroksylowej –OH oraz metalu lub niemetalu o stopniu utlenienia +5, +6. Inna nazwa to kwasy nieorganiczne zawierające tlen. Ich cechą jest eliminacja protonu podczas dysocjacji.
Klasyfikacja wodorotlenków
Wodorotlenki są również nazywane wodorotlenkami i wodotlenkami. Posiadają je prawie wszystkie pierwiastki chemiczne, niektóre są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie, na przykład minerały hydrargillit i brucyt to odpowiednio wodorotlenki glinu i magnezu.
Wyróżnia się następujące rodzaje wodorotlenków:
- podstawowe;
- amfoteryczny;
- kwas.
Klasyfikacja opiera się na tym, czy tlenek tworzący wodorotlenek jest zasadowy, kwasowy czy amfoteryczny.
Właściwości ogólne
Najbardziej interesujące są właściwości kwasowo-zasadowe tlenków i wodorotlenków, ponieważ od nich zależy możliwość reakcji. To, czy wodorotlenek będzie wykazywał właściwości kwasowe, zasadowe czy amfoteryczne, zależy od siły wiązania między tlenem, wodorem i pierwiastkiem.
Wpływ na siłę jonówpotencjał, ze wzrostem, w którym słabną podstawowe właściwości wodorotlenków i wzrastają kwasowe właściwości wodorotlenków.
Wyższe wodorotlenki
Wyższe wodorotlenki to związki, w których pierwiastek tworzący jest w najwyższym stopniu utlenienia. Należą do wszystkich typów w klasie. Przykładem zasady jest wodorotlenek magnezu. Wodorotlenek glinu jest amfoteryczny, natomiast kwas nadchlorowy można sklasyfikować jako wodorotlenek kwasowy.
Zmianę właściwości tych substancji w zależności od pierwiastka tworzącego można prześledzić zgodnie z układem okresowym D. I. Mendelejewa. Kwasowe właściwości wyższych wodorotlenków wzrastają od lewej do prawej, podczas gdy właściwości metaliczne odpowiednio słabną w tym kierunku.
Podstawowe wodorotlenki
W wąskim sensie ten typ nazywa się zasadą, ponieważ anion OH jest odszczepiany podczas dysocjacji. Najbardziej znanym z tych związków są zasady, na przykład:
- Wapno gaszone Ca(OH)2 stosowane w bieleniach pomieszczeń, garbowaniu skór, przygotowywaniu płynów przeciwgrzybiczych, zaprawach i betonie, zmiękczaniu wody, produkcji cukru, wybielaczy i nawozów, kaustyzacji węglany sodu i potasu, neutralizacja roztworów kwaśnych, detekcja dwutlenku węgla, dezynfekcja, redukcja rezystywności gleby, jako dodatek do żywności.
- KOH kaustyczny potaż stosowany w fotografii, rafinacji ropy naftowej, przemyśle spożywczym, papierniczym i metalurgicznym, a także w bateriach alkalicznych, neutralizatorach kwasów, katalizatorach, oczyszczaczach gazu, regulatorach pH, elektrolitach,składnik detergentów, płynów wiertniczych, barwników, nawozów, potasowych substancji organicznych i nieorganicznych, pestycydów, preparatów farmaceutycznych do leczenia brodawek, mydeł, kauczuku syntetycznego.
- Soda kaustyczna NaOH, wymagana w przemyśle celulozowo-papierniczym, zmydlanie tłuszczów w produkcji detergentów, neutralizacja kwasów, produkcja biodiesla, rozpuszczanie blokad, odgazowywanie substancji toksycznych, przetwórstwo bawełny i wełny, mycie pleśni, produkcja żywności, kosmetologia, fotografia.
Zasadowe wodorotlenki powstają w wyniku oddziaływania z wodą odpowiednich tlenków metali, w zdecydowanej większości przypadków o stopniu utlenienia +1 lub +2. Należą do nich pierwiastki alkaliczne, ziem alkalicznych i przejściowe.
Ponadto bazy można zdobyć w następujący sposób:
- oddziaływanie zasady z solą metalu o niskiej aktywności;
- reakcja między pierwiastkiem alkalicznym lub ziem alkalicznych a wodą;
- przez elektrolizę wodnego roztworu soli.
Kwaśne i zasadowe wodorotlenki oddziałują ze sobą, tworząc sól i wodę. Ta reakcja nazywana jest neutralizacją i ma duże znaczenie dla analizy miareczkowej. Ponadto jest używany w życiu codziennym. W przypadku rozlania kwasu niebezpieczny odczynnik można zneutralizować sodą, a do alkaliów użyć octu.
Ponadto zasadowe wodorotlenki przesuwają równowagę jonową podczas dysocjacji w roztworze, co objawia się zmianą barwy wskaźników i wchodzą w reakcje wymiany.
Podczas ogrzewania nierozpuszczalne związki rozkładają się na tlenek i wodę, a zasady topią się. Zasadowy wodorotlenek i kwaśny tlenek tworzą sól.
Wodorotlenki amfoteryczne
Niektóre pierwiastki, w zależności od warunków, wykazują właściwości zasadowe lub kwasowe. Oparte na nich wodorotlenki nazywane są amfoterycznymi. Są łatwe do zidentyfikowania dzięki metalowi zawartemu w kompozycji, który ma stopień utlenienia +3, +4. Na przykład biała galaretowata substancja - wodorotlenek glinu Al(OH)3, stosowana w oczyszczaniu wody ze względu na jej wysoką zdolność adsorpcji, w produkcji szczepionek jako substancja wzmacniająca odpowiedź immunologiczną, w medycynie do leczenia chorób kwasozależnych przewodu pokarmowego. Jest również często dodawany do tworzyw sztucznych zmniejszających palność i działa jako nośnik katalizatorów.
Są jednak wyjątki, gdy wartość stopnia utlenienia pierwiastka wynosi +2. Jest to typowe dla berylu, cyny, ołowiu i cynku. Wodorotlenek ostatniego metalu Zn(OH)2 jest szeroko stosowany w przemyśle chemicznym, głównie do syntezy różnych związków.
Można uzyskać amfoteryczny wodorotlenek w reakcji roztworu soli metalu przejściowego z rozcieńczoną zasadą.
Amfoteryczny wodorotlenek i kwasowy tlenek, zasada lub kwas tworzą sól podczas interakcji. Podgrzewanie wodorotlenku prowadzi do jego rozkładu na wodę i metawodorotlenek, który po dalszym ogrzewaniu przekształca się w tlenek.
Amfoteryczny ikwaśne wodorotlenki zachowują się w ten sam sposób w środowisku alkalicznym. W interakcji z kwasami amfoteryczne wodorotlenki działają jak zasady.
Wodorotlenki kwasowe
Ten typ charakteryzuje się obecnością pierwiastka na stopniu utlenienia od +4 do +7. W roztworze są w stanie oddać kation wodorowy lub przyjąć parę elektronów i utworzyć wiązanie kowalencyjne. Najczęściej mają stan skupienia cieczy, ale są wśród nich także ciała stałe.
Tworzy kwaśny tlenek wodorotlenku zdolny do tworzenia soli i zawierający niemetal lub metal przejściowy. Tlenek powstaje w wyniku utleniania niemetalu, rozkładu kwasu lub soli.
Kwasowe właściwości wodorotlenków przejawiają się w ich zdolności do barwienia wskaźników, rozpuszczania aktywnych metali z wydzielaniem wodoru, reagowania z zasadami i zasadowymi tlenkami. Ich charakterystyczną cechą jest udział w reakcjach redoks. Podczas procesu chemicznego przyczepiają do siebie ujemnie naładowane cząstki elementarne. Zdolność do działania jako akceptor elektronów jest osłabiona przez rozcieńczenie i konwersję do soli.
W ten sposób można wyróżnić nie tylko właściwości kwasowo-zasadowe wodorotlenków, ale także utleniające.
Kwas azotowy
HNO3 jest uważany za silny kwas jednozasadowy. Jest bardzo trujący, pozostawia na skórze owrzodzenia z żółtym zabarwieniem powłoki, a jego opary błyskawicznie podrażniają błonę śluzową dróg oddechowych. Stara nazwa to mocna wódka. Odnosi się do wodorotlenków kwasowych w roztworach wodnychcałkowicie dysocjuje na jony. Na zewnątrz wygląda jak bezbarwna ciecz dymiąca w powietrzu. Za 60-70% substancji uważa się stężony roztwór wodny, a jeśli zawartość przekracza 95%, nazywa się to dymiącym kwasem azotowym.
Im wyższe stężenie, tym ciemniejsza ciecz. Może mieć nawet brązowy kolor w wyniku rozkładu na tlenek, tlen i wodę pod wpływem światła lub przy lekkim podgrzaniu, dlatego należy go przechowywać w pojemniku z ciemnego szkła w chłodnym miejscu.
Właściwości chemiczne wodorotlenku kwasowego są takie, że można go destylować bez rozkładu tylko pod zmniejszonym ciśnieniem. Reagują z nim wszystkie metale z wyjątkiem złota, niektórych przedstawicieli grupy platynowców i tantalu, ale ostateczny produkt zależy od stężenia kwasu.
Na przykład, 60% substancja w interakcji z cynkiem daje dwutlenek azotu jako główny produkt uboczny, 30% - tlenek, 20% - tlenek diazotu (gaz rozweselający). Jeszcze niższe stężenia 10% i 3% dają prostą substancję azot w postaci odpowiednio gazu i saletry amonowej. W ten sposób z kwasu można otrzymać różne związki nitrowe. Jak widać na przykładzie, im niższe stężenie, tym głębsza redukcja azotu. Wpływa na to również aktywność metalu.
Substancja może rozpuszczać złoto lub platynę tylko w składzie wody królewskiej - mieszanina trzech części kwasu solnego i jednego kwasu azotowego. Szkło i PTFE są na to odporne.
Oprócz metali substancja reaguje ztlenki zasadowe i amfoteryczne, zasady, słabe kwasy. We wszystkich przypadkach wynikiem są sole, z niemetalami - kwasy. Nie wszystkie reakcje przebiegają bezpiecznie, na przykład aminy i terpentyna samoczynnie zapalają się w kontakcie z wodorotlenkiem w stanie stężonym.
Sole nazywane są azotanami. Po podgrzaniu rozkładają się lub wykazują właściwości utleniające. W praktyce stosuje się je jako nawozy. Praktycznie nie występują w przyrodzie ze względu na wysoką rozpuszczalność, dlatego wszystkie sole z wyjątkiem potasu i sodu są pozyskiwane sztucznie.
Sam kwas jest otrzymywany ze zsyntetyzowanego amoniaku i, jeśli to konieczne, zagęszczany na kilka sposobów:
- przesunięcie równowagi poprzez zwiększenie ciśnienia;
- przez ogrzewanie w obecności kwasu siarkowego;
- destylacja.
Ponadto znajduje zastosowanie w produkcji nawozów mineralnych, barwników i leków, w przemyśle wojskowym, grafice sztalugowej, jubilerstwie, syntezie organicznej. Od czasu do czasu w fotografii do zakwaszania roztworów barwiących stosuje się rozcieńczony kwas.
Kwas siarkowy
Н2SO4 jest silnym kwasem dwuzasadowym. Wygląda jak bezbarwna, ciężka oleista ciecz, bezwonna. Przestarzała nazwa to witriol (roztwór wodny) lub olej witriolowy (mieszanina z dwutlenkiem siarki). Nazwę tę nadano ze względu na fakt, że na początku XIX wieku siarkę produkowano w zakładach witriolowych. W hołdzie tradycji do dziś hydraty siarczanów są nazywane witriolami.
Produkcja kwasu ma siedzibę na skalę przemysłową ito około 200 mln ton rocznie. Uzyskuje się go poprzez utlenianie dwutlenku siarki tlenem lub dwutlenkiem azotu w obecności wody lub w reakcji siarkowodoru z siarczanem miedzi, srebra, ołowiu lub rtęci. Powstała skoncentrowana substancja jest silnym środkiem utleniającym: wypiera halogeny z odpowiednich kwasów, zamienia węgiel i siarkę w tlenki kwasowe. Wodorotlenek jest następnie redukowany do dwutlenku siarki, siarkowodoru lub siarki. Rozcieńczony kwas zwykle nie wykazuje właściwości utleniających i tworzy średnie i kwaśne sole lub estry.
Substancję można wykryć i zidentyfikować poprzez reakcję z rozpuszczalnymi solami baru, w wyniku której wytrąca się biały osad siarczanu.
Kwas jest dalej wykorzystywany w przetwórstwie rud, produkcji nawozów mineralnych, włókien chemicznych, barwników, dymu i materiałów wybuchowych, różnych gałęziach przemysłu, syntezie organicznej, jako elektrolit, w celu uzyskania soli mineralnych.
Ale użycie jest obarczone pewnymi niebezpieczeństwami. Substancja żrąca powoduje oparzenia chemiczne w kontakcie ze skórą lub błonami śluzowymi. Po inhalacji najpierw pojawia się kaszel, a następnie - choroby zapalne krtani, tchawicy i oskrzeli. Przekroczenie maksymalnego dopuszczalnego stężenia 1 mg na metr sześcienny jest śmiertelne.
Opary kwasu siarkowego można spotkać nie tylko w wyspecjalizowanych gałęziach przemysłu, ale także w atmosferze miasta. Dzieje się tak, gdy chemia i metalurgiaprzedsiębiorstwa emitują tlenki siarki, które następnie opadają jako kwaśne deszcze.
Wszystkie te zagrożenia doprowadziły do tego, że krążenie kwasu siarkowego o stężeniu masowym powyżej 45% w Rosji jest ograniczone.
Kwas siarkawy
Н2SO3 - słabszy kwas niż kwas siarkowy. Jego formuła różni się tylko jednym atomem tlenu, ale to sprawia, że jest niestabilny. Nie został wyizolowany w stanie wolnym, istnieje tylko w rozcieńczonych roztworach wodnych. Można je rozpoznać po specyficznym ostrym zapachu, przypominającym przypaloną zapałkę. Oraz w celu potwierdzenia obecności jonu siarczynowego - poprzez reakcję z nadmanganianem potasu, w wyniku której czerwono-fioletowy roztwór staje się bezbarwny.
Substancja w różnych warunkach może działać jako środek redukujący i utleniający, tworząc kwaśne i średnie sole. Służy do konserwacji żywności, pozyskiwania celulozy z drewna, a także do delikatnego bielenia wełny, jedwabiu i innych materiałów.
Kwas ortofosforowy
H3PO4 to kwas o średniej mocy, który wygląda jak bezbarwne kryształy. Kwas ortofosforowy jest również nazywany 85% roztworem tych kryształów w wodzie. Wygląda jak bezwonna, syropowata ciecz podatna na hipotermię. Podgrzanie powyżej 210 stopni Celsjusza powoduje, że zamienia się on w kwas pirofosforowy.
Kwas fosforowy dobrze rozpuszcza się w wodzie, neutralizuje alkaliami i uwodnionym amoniakiem, reaguje z metalami,tworzy związki polimerowe.
Możesz pozyskać substancję na różne sposoby:
- rozpuszczanie czerwonego fosforu w wodzie pod ciśnieniem, w temperaturze 700-900 stopni, przy użyciu platyny, miedzi, tytanu lub cyrkonu;
- wrzący czerwony fosfor w stężonym kwasie azotowym;
- dodając gorący stężony kwas azotowy do fosfiny;
- utlenianie tlenu fosfinowego w temperaturze 150 stopni;
- wystawienie dekatlenku czterofosforu na działanie temperatury 0 stopni, a następnie stopniowe podwyższanie go do 20 stopni i płynne przejście do wrzenia (woda jest potrzebna na wszystkich etapach);
- rozpuszczanie tlenku pentachlorku lub trójchlorku fosforu w wodzie.
Zastosowanie produktu wynikowego jest szerokie. Za jego pomocą zmniejsza się napięcie powierzchniowe, usuwane są tlenki z powierzchni przygotowywanych do lutowania, metale są oczyszczane z rdzy, a na ich powierzchni tworzy się warstwa ochronna zapobiegająca dalszej korozji. Ponadto kwas ortofosforowy jest wykorzystywany w zamrażarkach przemysłowych oraz do badań w biologii molekularnej.
Mieszanka ta wchodzi również w skład lotniczych płynów hydraulicznych, dodatków do żywności i regulatorów kwasowości. Jest stosowany w hodowli zwierząt w celu zapobiegania kamicy moczowej u norek oraz w stomatologii do manipulacji przed wypełnieniem.
Kwas pirofosforowy
H4R2O7 - kwas charakteryzowany jako silny w pierwszym sceniczny i słaby w innych. Ona topi się bezrozkład, ponieważ proces ten wymaga ogrzewania w próżni lub obecności mocnych kwasów. Jest neutralizowany przez zasady i reaguje z nadtlenkiem wodoru. Zdobądź go w jeden z następujących sposobów:
- rozkładanie czterotlenku czterofosforu w wodzie o temperaturze zerowej, a następnie podgrzanie do 20 stopni;
- podgrzewając kwas fosforowy do 150 stopni;
- reakcja stężonego kwasu fosforowego z dekatlenkiem czterofosforu w temperaturze 80-100 stopni.
Używany głównie do produkcji nawozów.
Oprócz nich istnieje wielu innych przedstawicieli wodorotlenków kwasowych. Każdy z nich ma swoją własną charakterystykę i charakterystykę, ale ogólnie kwasowe właściwości tlenków i wodorotlenków polegają na ich zdolności do oddzielania wodoru, rozkładu, interakcji z zasadami, solami i metalami.
