Acizi anorganici

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 26 noiembrie 2017; verificările necesită 8 modificări .

Acizii anorganici (minerale) sunt substanțe anorganice care au un complex de proprietăți fizico-chimice care sunt inerente acizilor . Substanțele de natură acidă sunt cunoscute pentru majoritatea elementelor chimice , cu excepția metalelor alcaline și alcalino -pământoase .

Proprietăți și clasificare a acizilor anorganici

Forme de existență și stare de agregare

Majoritatea acizilor anorganici în condiții normale există în stare lichidă, unii în stare solidă ( ortofosforic , boric , wolfram , polisiliciu ( SiO2 hidrat ), etc.). Acizii sunt, de asemenea, soluții apoase ale unor compuși gazoși ( halogenuri de hidrogen , hidrogen sulfurat H 2 S , dioxid de azot NO 2 , dioxid de carbon CO 2 etc.). Unii acizi (de exemplu, H 2 CO 3 carbonic , H 2 SO 3 sulfuros , HClO hipocloros etc.) nu pot fi izolați ca compuși individuali, ei există doar în soluție.

După compoziția chimică, se disting acizii fără oxigen (HCl, H 2 S, HF, HCN) și oxigenați (oxoacizi) (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 ) [1] . Compoziția acizilor fără oxigen poate fi descrisă prin formula: H n X, unde X este un element chimic care formează un acid ( halogen , calcogen ) sau un radical fără oxigen: de exemplu, HBr bromhidric , HCN cianhidric , azidic HN 3 acizi. La rândul lor, toți acizii care conțin oxigen au o compoziție care poate fi exprimată prin formula: H n XO m , unde X este elementul chimic care formează acidul.

Atomii de hidrogen din oxiacizi sunt cel mai frecvent legați de oxigen printr-o legătură covalentă polară . Sunt cunoscuți acizi cu mai multe (de obicei două) forme tautomerice sau izomerice , care diferă prin poziția atomului de hidrogen:

Clase separate de acizi anorganici formează compuși în care atomii elementului care formează acid formează structuri moleculare homogene și heterogene. Acizii izopoli sunt acizi în care atomii elementului care formează acid sunt legați printr-un atom de oxigen (punte de oxigen ). Exemple sunt H2S2O7 polisulfuric şi H2S3O10 şi acizi policromici H2Cr2O7 şi H2Cr3O10 . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Acizii cu mai mulți atomi de diferite elemente formatoare de acid conectați printr-un atom de oxigen se numesc heteropoliacizi . Există acizi a căror structură moleculară este formată dintr-un lanț de atomi formatori de acid identici, de exemplu, în acizii politionici H 2 S n O 6 sau în sulfanii H 2 S n , unde n≥2.

Separat, sunt izolați acizi peroxo - acizi care conțin grupări peroxo [–O–O–], de exemplu, acizi peroxomonosulfuric H 2 SO 5 și acizi peroxodisulfuric H 2 S 2 O 8 . Tioacizii sunt acizi care conțin atomi de sulf în loc de atomi de oxigen, de exemplu, acidul tiosulfuric H 2 SO 3 S. Există și acizi complecși, de exemplu: H 2 [SiF 6 ], H [AuCl 4 ], H 4 [Fe (CN) 6 ] și altele

Procese de echilibru în soluții apoase

Proprietățile chimice ale acizilor sunt determinate de capacitatea moleculelor lor de a se disocia într-un mediu apos cu formarea de ioni H + hidratați și anioni de reziduuri acide A - :

{\mathsf {HA+H_{2}O\rightleftarrows H_{3}O^{+}+A^{-)))

{\mathsf {HA\rightarrow H^{+}+A^{-))}

(notație simplificată)

În funcție de valoarea constantei de echilibru chimic , numită și constanta de aciditate K a [2] , se disting acizii tari și slabi:

{\mathsf {HCl\rightarrow H^{+}+Cl^{-}\ \ K_{a}~10^{7)))

{\displaystyle {\mathsf {HNO_{2}\rightarrow H^{+}+NO_{2}^{-}\ \ K_{a}~10^{-5))))

Dintre acizii obișnuiți, cei puternici includ percloric , nitric , sulfuric și clorhidric . HNO2 azotat , H2CO3 carbonic ( CO2H2O ) , HF fluorhidric sunt exemple de acizi slabi . O clasificare mai detaliată este, de asemenea, utilizată în funcție de valoarea lui Ka în foarte slab (≤10 −7 ), slab (~10 −2 ), rezistență medie (~10 −1 ), puternic (~10 3 ), foarte puternic (≥108 ) .

Pentru acizii anorganici care conțin oxigen de tip H n XO m , se cunoaște o regulă empirică conform căreia valoarea primei constante este asociată cu valoarea (m - n). La (m – n) = 0 acidul este foarte slab, la 1 este slab, la 2 este puternic, iar în final la 3 acidul este foarte puternic [3] :

Acid	Valoare (m - n)	K a	pK a
HCIO	0	10 -8	7.497
H3AsO3 _ _ _	0	10 −10	zece
H2S03 _ _ _	unu	10 −2	1,81
H 3 RO 4	unu	10 −2	2.12
HNO3 _	2	10 1	−1,64
H2SO4 _ _ _	2	10 3	-3
HCI04 _	3	10 10	−10

Acest model se datorează unei creșteri a polarizării legăturii H-O din cauza unei schimbări a densității electronilor de la legătura la atomul de oxigen electronegativ de-a lungul legăturilor π mobile E=O și delocalizării densității electronilor în anion .

Acizii anorganici au proprietăți comune tuturor acizilor, inclusiv: colorarea indicatorilor , dizolvarea metalelor active cu degajare de hidrogen (cu excepția HNO 3 ), capacitatea de a reacționa cu baze și oxizi bazici pentru a forma săruri, de exemplu:

{\mathsf {2HCl+Mg\rightarrow MgCl_{2}+H_{2}\uparrow }}

{\mathsf {HNO_{3}+NaOH\rightarrow NaNO_{3}+H_{2}O))

{\mathsf {2HCl+CaO\rightarrow CaCl_{2}+H_{2}O))

Numărul de atomi de hidrogen separați dintr-o moleculă de acid și capabili să fie înlocuiți cu un metal pentru a forma o sare se numește bazicitatea acidului. Acizii pot fi împărțiți în unul, doi și trei bazici. Acizii cu bazicitate mai mare nu sunt cunoscuți.

Mulți acizi anorganici sunt monobazici: speciile hidrohalice HHal, HNO3 azotic, HClO4 clor , tiocianatul HSCN etc. H2SO4 sulfuric, H2CrO4 cromic , hidrogenul sulfurat H2S sunt exemple de acizi dibazici etc.

Acizii polibazici se disociază în trepte, fiecare pas are propria sa constantă de aciditate, iar fiecare Ka ulterioară este întotdeauna mai mică decât cea anterioară cu aproximativ cinci ordine de mărime. Ecuațiile de disociere pentru acidul fosforic tribazic sunt prezentate mai jos:

{\mathsf {H_{3}PO_{4}\rightleftarrows H^{+}+H_{2}PO_{4}^{-}\ \ K_{a1}=7\cdot 10^{-3 }}}

{\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}\rightleftarrows H^{+}+HPO_{4}^{2-}\ \ K_{a2}=6\cdot 10^{- opt}}}

{\mathsf {HPO_{4}^{2-}\rightleftarrows H^{+}+PO_{4}^{3-}\ \ K_{a3}=1\cdot 10^{-12)} }

Bazicitatea determină numărul de rânduri de săruri medii și acide - derivați acizi [4] .

Numai atomii de hidrogen care fac parte din grupările hidroxi -OH sunt capabili de substituție, prin urmare, de exemplu, acidul ortofosforic H 3 PO 4 formează săruri medii - fosfați de tip Na 3 PO 4 și două serii de acizi - hidrofosfați Na 2HP04 şi dihidrofosfaţi NaH2P04 . _ _ _ În timp ce, acidul fosforic H 2 (HPO 3 ) are doar două rânduri - fosfiți și hidrofosfiți, iar acidul hipofosforic H (H 2 PO 2 ) are doar o serie de săruri medii - hipofosfiți.

Excepția este acidul boric H 3 BO 3 , care există într-o soluție apoasă sub formă de complex hidroxo monobazic:

{\mathsf {H_{3}BO_{3}+2H_{2}O\rightleftarrows H_{3}O^{+}[B(OH)_{4}]^{-)))

Teoriile moderne despre acizi și baze extind foarte mult conceptul de proprietăți acide. Deci, acidul Lewis este o substanță ale cărei molecule sau ioni sunt capabili să accepte perechi de electroni, inclusiv cei care nu conțin ioni de hidrogen: de exemplu, cationi metalici (Ag + , Fe 3+ ), o serie de compuși binari (AlCl 3 , BF3 , Al203 , S03 , Si02 ) . _ _ Acizii protici sunt considerați de teoria Lewis ca un caz special al clasei de acizi.

Proprietăți redox

Toți peroxoacizii și mulți acizi care conțin oxigen ( HNO3 azotic , H2SO4 sulfuric , HMnO4 mangan , H2CrO4 cromic , HClO hipocloros etc. ) sunt agenți oxidanți puternici . Activitatea oxidativă a acestor acizi într-o soluție apoasă este mai pronunțată decât cea a sărurilor lor; în timp ce proprietățile oxidante sunt mult slăbite de diluarea acizilor (de exemplu, proprietățile acidului sulfuric diluat și concentrat). De asemenea, acizii anorganici sunt întotdeauna mai puțin stabili din punct de vedere termic decât sărurile lor. Aceste diferențe sunt asociate cu efectul destabilizator al atomului de hidrogen foarte polarizat din molecula de acid. Acest lucru este cel mai pronunțat în proprietățile acizilor oxidanți care conțin oxigen, de exemplu, percloric și sulfuric. Astfel se explică și imposibilitatea existenței unui număr de acizi în afara soluției cu stabilitatea relativă a sărurilor acestora. Excepție este acidul azotic și sărurile sale, care prezintă proprietăți oxidante puternic pronunțate, indiferent de diluția soluției. Acest comportament este asociat cu caracteristicile structurale ale moleculei de HNO3 .

Nomenclatură

Nomenclatura acizilor anorganici a parcurs un drum lung de dezvoltare și a evoluat treptat. Alături de denumirile sistematice de acizi, cele tradiționale și banale sunt utilizate pe scară largă . Unii acizi obișnuiți pot avea denumiri diferite în surse diferite: de exemplu, o soluție apoasă de HCI poate fi denumită acid clorhidric, clorhidric, acid clorhidric.

Denumirile tradiționale rusești pentru acizi se formează prin adăugarea morfemului -naya sau -ovaya (clor, sulfuric, nitric, mangan) la numele elementului. Pentru diferiți acizi care conțin oxigen formați dintr-un element, -isto este utilizat pentru un grad mai scăzut de oxidare (sulfuros, azotos). Într-o serie de cazuri, pentru stările intermediare de oxidare, se folosesc suplimentar morfemele -novata și -novata (vezi mai jos pentru denumirile acizilor cloruri care conțin oxigen).

Denumirile tradiționale ale unor acizi anorganici și sărurile lor sunt date în tabel:

Formula acidă	nume tradițional	Nume banal	Numele de sare
H3AsO4 _ _ _	Arsenic		Arsenatii
H 3 BO 3	Bornaya		borati
H 2 CO 3 (CO 2 • H 2 O)	Cărbune		Carbonați
HCN	Acid cianhidric	cianhidric	cianuri
H2Cr04 _ _ _	Crom		Cromații
HMnO4 _	mangan		Permanganați
HNO3 _	Azot		Nitrați
HNO 2	azotat		Nitriți
H 3 RO 4	ortofosforic	Fosforic	Ortofosfați
H2SO4 _ _ _	sulfuric		sulfați
H 2 SiO 3 (SiO 2 • H 2 O)	Metasiliciul	Siliciu	Metasilicații
H4SiO4 ( SiO2 • 2H2O ) _ _ _	Ortosilicon	Siliciu	ortosilicati
H2S _ _	Sulfat de hidrogen		sulfuri
HF	Fluorhidric	Fluoric	Fluoruri
acid clorhidric	Clorura de hidrogen	Sare	cloruri
HBr	Bromhidric		Bromuri
BUNĂ	Hidroidul		ioduri

Pentru acizii mai puțin cunoscuți care conțin elemente formatoare de acid în stări variabile de oxidare, se folosesc de obicei denumiri sistematice.

În denumirile sistematice ale acizilor, sufixul -at este adăugat la rădăcina numelui latin al elementului formator de acid , iar numele elementelor rămase sau grupurile lor din anion dobândesc vocala de legătură -o. În paranteze se indică starea de oxidare a elementului acid, dacă are o valoare întreagă. În caz contrar, denumirea include numărul de atomi de hidrogen [5] . De exemplu (nume tradiționale între paranteze):

HClO 4 - tetraoxoclorat de hidrogen (VII) (acid percloric) HClO 3 - trioxoclorat de hidrogen (V) (acid cloric) HClO 2 - dioxoclorat de hidrogen (III) (acid cloros) HClO - oxoclorat de hidrogen (I) (acid hipocloros) H 2 Cr 2 O 7 - heptaoxodicromat (VI) dihidrogen (acid dicromic) H 2 S 4 O 6 - hexaoxotetrasulfat dihidrogen (acid tetrationic) H 2 B 4 O 6 - hexaoxotetraborat dihidrogen (acid tetrametaboric) HAuCl 4 - tetracloroaurat (III) hidrogen (acid auric) H [Sb (OH) 6 ] - hexahidroxoantibat hidrogen (V)

Mai jos sunt rădăcinile numelor latine ale elementelor formatoare de acid care nu coincid cu rădăcinile numelor rusești ale acelorași elemente: Ag - argent (at), As - arsene (at), Au - aur (at), Cu - cupre (at), Fe - ferr (at), Hg, mercur(at), Pb, plumb(at), Sb, stib(at), Si, silica(at), Sn, stann(at), S , sulf(at).

În formulele tioacizilor formați din hidroxiacizi prin înlocuirea atomilor de oxigen cu atomi de sulf, aceștia din urmă sunt plasați la sfârșit: H 3 PO 3 S - acid tiofosforic , H 2 SO 3 S - acid tiosulfuric .

Metode generale de obținere a acizilor

Există multe metode de obținere a acizilor, inclusiv cele generale, dintre care se pot distinge următoarele în practica industrială și de laborator:

Reacția oxizilor acizi ( anhidride ) cu apa, de exemplu:

{\mathsf {P_{2}O_{5}+3H_{2}O\rightarrow 2H_{3}PO_{4))}

{\mathsf {2CrO_{3}+H_{2}O\rightarrow H_{2}Cr_{2}O_{7))}

Înlocuirea unui acid mai volatil din sarea sa cu un acid mai puțin volatil, de exemplu:

{\mathsf {CaF_{2}+H_{2}SO_{4}\rightarrow CaSO_{4}+2HF\uparrow ))

{\mathsf {KNO_{3}+H_{2}SO_{4}\rightarrow KHSO_{4}+HNO_{3}\uparrow }}

Hidroliza halogenurilor sau a sărurilor, de exemplu:

{\mathsf {PCl_{5}+4H_{2}O\rightarrow H_{3}PO_{4}+5HCl))

{\mathsf {Al_{2}Se_{3}+6H_{2}O\rightarrow 2Al(OH)_{3}+3H_{2}Se))

Sinteza acizilor fără oxigen din substanțe simple:

{\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2HCl))

Reacții de schimb ionic pe suprafața rășinilor schimbătoare de ioni : chimisorbția cationilor sărurilor dizolvate și înlocuirea acestora cu H + .

Aplicație

Acizii minerali sunt utilizați pe scară largă în prelucrarea metalelor și a lemnului, textile, vopsele, petrol și gaze și alte industrii și în cercetarea științifică. Printre substanțele produse în cel mai mare volum se numără acizii sulfuric , nitric , fosforic , clorhidric . Producția totală anuală a acestor acizi în lume se ridică la sute de milioane de tone pe an.

În prelucrarea metalelor, ele sunt adesea folosite pentru a decapa fierul și oțelul și ca agenți de curățare înainte de sudare , placare , vopsire sau galvanizare .

Acidul sulfuric , denumit în mod adecvat „ pâinea industriei ” de către D. I. Mendeleev , este utilizat în producția de îngrășăminte minerale , pentru producerea altor acizi și săruri minerale, în producția de fibre chimice , coloranți , formatoare de fum și explozivi, în ulei. , prelucrarea metalelor, textile, piele, alimentară și alte industrii, în sinteza organică industrială etc.

Acidul clorhidric este utilizat pentru tratarea acidului, purificarea minereurilor de staniu și tantal, pentru producția de melasă din amidon , pentru detartrarea cazanelor și echipamentelor de schimb de căldură ale centralelor termice . De asemenea, este folosit ca tanin în industria pielii.

Acidul azotic este utilizat la producerea azotatului de amoniu , care este folosit ca îngrășământ și la fabricarea explozivilor . În plus, este utilizat în procesele de sinteză organică , în metalurgie, în flotarea minereului și în prelucrarea combustibilului nuclear uzat.

Acidul ortofosforic este utilizat pe scară largă în producția de îngrășăminte minerale. Se folosește la lipire ca flux (pe cupru oxidat, pe metal feros, pe oțel inoxidabil). Inclus în inhibitorii de coroziune . Se folosește și în compoziția freonilor din congelatoarele industriale ca liant.

Ca agenți oxidanți puternici se folosesc peroxoacizii , acizii de clor, mangan, crom care conțin oxigen.

Literatură

Nekrasov B.V., Fundamentele chimiei generale, ed. a III-a, vol. 1-2. M., 1973;
Campbell J., Modern General Chemistry, trad. din engleză, vol. 1-3, Moscova, 1975;
Bell R., Proton în chimie, trad. din engleză, M., 1977;
Hyun D., Chimie anorganică, trad. din engleză, M., 1987.

Vezi și

Note

↑ [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry/2052/%D0%9A%D0%98%D0%A1%D0%9B%D0%9E%D0%A2%D0%AB Acizi anorganici / Enciclopedia chimică. — M.: Enciclopedia sovietică. Ed. I. L. Knunyants. 1988]
↑ indicele a este derivat din engleză. acid – acid. Se folosește și indicatorul acid pK 1 \u003d -lgK a (1) .
↑ Procese de echilibru în soluții apoase de electroliți / Korolkov D.V. Fundamentele chimiei anorganice . - M.: Iluminismul, 1982. - 271 p. (pag. 180)
↑ Glinka N. L. General Chemistry / Editat de Cand. chimic. Științe Rabinovich V.A. - douăzeci și doi. - Leningrad: Chimie, 1982. - S. 42. - 720 p. — (Manual pentru universități). — 70.000 de exemplare.
↑ Chimie anorganică / B. D. Stepin, A. A. Tsvetkov; Ed. B. D. Stepina. - M .: Mai sus. scoala, 1994. - S. 18-19

acizi anorganici

Azot ( HN3 )
Bromhidric (HBr)
Tungsten ( H2WO4 ) _ _
izocianică (CHNO)
Hidroionică (HI)
Hidrosilicon ( H2SiF6 ) _ _
Ortofosforic ( H3PO4 ) _ _
Fluoric (HF)
Tiocianat de hidrogen (HNCS)
Seleniu (H 2 Se)
Selenic ( H2SeO4 ) _ _
sulfuric ( H2SO4 ) _ _
Hidrogen sulfurat ( H2S )
cianhidric (HCN)
Sare (HCl)
Metaantimoniu ( HSbO3 )
Tetracloroaurat de hidrogen ( HAuCl4 )
Cărbune ( H2CO3 ) _ _
Crom ( H2CrO4 ) _ _
hipocloros (HClO)
Clorura ( HClO2 )
clor ( HCIO3 )
Clor (HClO 4 )
Aqua regia (HNO 3 + 3 HCl)

Vezi si:

Compuși binari ai hidrogenului
hidrocarburi