Кисло́ти, у класичному визначенні — електроліти, які при розчиненні в йонізуючому розчиннику (наприклад, у воді), дисоціюють з утворенням іонів водню (або протона Н+), таким чином знижуючи кислотність розчину до величини менше ніж pH 7,0.
Поняття кислоти є протилежністю поняття основи. Для вимірювання кислотності середовища використовується поняття pH. Хімічні речовини, що мають властивості кислоти, називаються кислотами.
Опис У сучасній хімії зазвичай використовується інше, хоча й подібне визначення Брьонстеда і Лоурі, за яким кислоти означаються як хімічні сполуки, що є донорами протонів і приймають електрони для утворення іонних зв'язків. Кислоти вступають у реакції з основами, утворюючи солі, а також діють як розчинники. Сильні кислоти корозійні, розбавлені кислоти мають кислий або гострий смак, хоча в деяких органічних кислотах цей смак частково схований за іншими смаковими характеристиками.
Прикладами дисоціації кислот у водному розчині з утворенням Н+ є такі: HCl H+ + Cl- HNO3 H+ + NO H2SO4 2H+ + SO
Атоми водню, що входять до складу молекул кислот і можуть відщеплюватись від молекул кислот при їх дисоціації у вигляді катіонів водню Н+, називаються кислотними атомами водню. Кислотні атоми водню в молекулах кислот можуть заміщатися атомами металів (або металоподібних груп, як NH4) з утворенням солей.
Атоми або групи атомів, що сполучені з кислотними атомами водню в молекулах кислот, називаються кислотними залишками. Так, атом хлору в хлоридній кислоті (точніше, аніон хлору Cl-) називається кислотним залишком хлоридної кислоти, група атомів NO3 в нітратній кислоті (точніше аніон NO) є кислотним залишком нітратної кислоти, а група атомів SO4 (точніше аніон SO) — в сульфатній кислоті.
Класифікація кислот Крім поділу на кислоти Льюїса та кислоти Брьонстеда, останні прийнято класифікувати за різними формальними ознаками:
За вмістом атомів кисню: безкисневі (HCl, H 2 S, HCN) - водні розчини галогенідів, псевдогалогенідів та нижчих халькогенідів; кисневмісні (HNO 3, H 2SO4, C 6H5COOH). Неорганічні кисневмісні кислоти є кислотними гідроксидами.
За кількістю кислих атомів водню: одноосновні (HNO3); двоосновні (H2SeO4 ; триосновні (H3PO4, H3BO3, H3PO3S) багатоосновні
За силою Сильні - дисоціюють практично повністю, константи дисоціації більше ніж 1 (HNO3); Слабкі — константа дисоціації менше ніж 1 (оцтова кислота K a = 1,7 ). За стійкістю Стійкі (H2SO4 ); Нестійкі (H2CO3). За належністю до класів хімічних сполук Неорганічні (HBr, H2SO4); Органічні (HCOOH, CH3COOH, C3H2O2); За летючістю Летючі (HNO3, H2S); Нелеткі (H2SO4); За розчинністю у воді Розчинні (H 2SO4); Нерозчинні (H2SiO3); За вмістом атомів металів Металовмісні (HMnO4, H2TiO3); Чи не металовмісні (HNO3, HCN).
Оксигеновмісні та безоксигенові кислоти
Залежно від того, входить кисень до складу кислотного залишку чи не входить, кислоти поділяються на кисневі і безкисневі.
До найбільш вживаних кисневих кислот належать сульфатна (сірчана) кислота H2SO4, нітратна (азотна) кислота HNO3 і фосфатна (фосфорна) кислота H3PO4.
Кисневі кислоти можна розглядати також як гідроксиди (найчастіше неповні, або оксиди-гідроксиди) кислотних оксидів, тобто як продукти приєднання води до кислотних оксидів (ангідридів). їх зображають такою загальною формулою: n RxOy • m Н2О, де x і y залежать від валентності кислотоутворюючого елементу, а n і m — від типу кислоти. Наприклад: SO3 + Н2О → SO3·Н2О, або SO2(ОН)2 (Сульфатна кислота Н2SO4) Р2О5 + Н2О → Р2О5·Н2О, або 2РО2(ОН) (Метафосфатна кислота НРО3) Р2О5 + 3Н2О → Р2О5·3Н2О, або 2РО(ОН)3 (Ортофосфатна кислота Н3РО4).
Однак гідроксидами (чи оксидами-гідроксидами) кислоти звичайно не називають, а терміном гідроксид користуються тільки для назв основ (гідроксидів металів) і амфотерних гідроксидів. Прикладом найбільш вживаних безкисневих кислот можуть бути хлоридна (хлороводнева, або соляна) кислота HCl, бромідна кислота HBr, сульфідна (сірководнева) Н2S і інші кислоти.
Основність кислот Залежно від кількості кислотних атомів водню молекули кислот поділяються на одноосновні, двоосновні, триосновні тощо. Наприклад, хлоридна кислота HCl — одноосновна, сульфатна кислота H2SO4 — двоосновна, фосфатна кислота H3PO4 — триосновна тощо.
Структурні формули При складанні структурних формул кислот слід мати на увазі, що кислотні атоми водню в молекулах кисневих кислот зв'язані не безпосередньо з атомом кислотоутворюючого елементу, а через кисень. Це треба пам'ятати, бо є чимало кислот, основність яких не збігається з кількістю атомів водню у складі їх молекул. Так, до складу ацетатної кислоти (оцтової кислоти) входять чотири атоми водню, хоч вона одноосновна. Останнє пояснюється тим, що в молекулі цієї кислоти тільки один атом водню сполучений з атомом вуглецю через кисень, а три атоми зв'язані безпосередньо з атомом вуглецю. Тому при дисоціації молекула ацетатної кислоти відщеплює лише один катіон водню, який може заміщатися катіоном металу з утворенням солі:
На відміну від кисневих, у молекулах безкисневих кислот кислотні атоми водню зв'язані безпосередньо з атомами кислотоутворюючого елементу. Зазвичай кислотоутворюючий елемент належить до галогенів чи халькогенів, але можливі галогензамінні групи (HCN — синильна кислота). Для прикладу наведемо структурні формули деяких кислот: Н2S Н2SO4 H3PO4 СН3СООН
Н—О О Н—О Н О H- S \ // \ | // | S Н—О—Р → О Н—С—С H / \\ / | \ H—O O H—O H O—H Сульфідна кислота Сульфатна кислота Фосфатна кислота Ацетатна кислота
Номенклатура Назви кислот найкраще виводити від міжнародних назв кислотних залишків. При цьому для кисневих кислот у випадку прояву кислотоутворюючим елементом найвищої можливої валентності назва кислоти має закінчення -атна, наприклад: HNO3 — нітратна кислота (азотна) Н2SO4 — сульфатна кислота (сірчана) Н3РО4 — ортофосфатна кислота (фосфорна) НРО3 — метафосфатна кислота Н2СО3 — карбонатна кислота (вугільна) Н3ВО3 — боратна кислота (борна)
Якщо ж кислотоутворюючий елемент проявляє в молекулі даної кислоти нижчу позитивну валентність, то назва кислоти має закінчення -итна або -ітна. Наприклад: HNO2 — нітритна кислота (азотиста): Н2SO3 — сульфітна кислота (сірчиста)
Назви безкисневих кислот у таких випадках мають закінчення -идна або -ідна. Наприклад: HCl — хлоридна кислота (хлороводнева, або соляна): HI — йодидна кислота (йодоводнева): HBr — бромідна кислота (бромоводнева): H2S — сульфідна кислота (сірководнева)
Властивості Деякі кислоти при звичайних умовах являють собою рідини, наприклад нітратна HNO3 і сульфатна Н2SO4 кислоти, а деякі — тверді речовини, як фосфатна кислота Н3РО4, боратна Н3ВО3 і ін. Більшість кислот добре розчиняється у воді, але деякі практично не розчиняються (наприклад, силікатна кислота H2SiO3). Водні розчини кислот відзначаються кислим смаком, руйнують рослинні та тваринні тканини й змінюють забарвлення індикаторів, зокрема забарвлюють лакмус у червоний колір. Ці спільні властивості усіх кислот обумовлюються наявністю в їх розчинах іонів водню.
Хімічні властивості кислот визначаються їх відношенням до основ і основних оксидів. Найхарактернішою властивістю їх є здатність вступати з основами в реакції нейтралізації.
Наприклад: HCl + NaOH → NaCl + H2O 3H2SO4 + 2Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + 6Н2О
З основними і амфотерними оксидами кислоти теж утворюють солі: 2HNO3 + MgO → Mg(NO3)2 + H2O 3H2SO4 + Al2O3 → Al2(SO4)3 + 3H2O
Крім того, кислоти взаємодіють і з активними металами (що стоять в електрохімічному ряду напружень лівіше від водню) з утворенням солі та виділенням водню (з нітратної кислоти водень не виділяється). Наприклад: 2HCl + Zn → ZnCl2 + H2 ↑ 3H2SO4(розбавлена) + 2Al → Al2(SO4)3 + 3H2 ↑
Одержання Кислоти, як і основи, можна добувати різними способами.
1. Безпосереднім сполученням ангідридів з водою: SO3 + Н2О → Н2SO4 N2O5 + Н2О → 2HNO3 Цим способом можна одержувати кислоти тільки в тому випадку, коли ангідрид безпосередньо взаємодіє з водою. При цьому слід мати на увазі, що при одержанні деяких кислот залежно від умов одна молекула ангідриду може реагувати з одною, двома і більше молекулами води. Внаслідок цього молекула утворюваної кислоти може містити різну кількість атомів водню і кисню, хоч валентність кислотоутворюючого елементу залишається тою ж самою. Якщо кислота утворюється внаслідок взаємодії одної молекули ангідриду з одною молекулою води, то до назви кислоти додається префікс мета-, а коли на одну молекулу ангідриду припадає дві або три молекули води, то додається префікс орто-.
Наприклад: Р2О5 + H2O → 2НРО3 метафосфатна кислота: Р2О5 + 3Н2О → 2Н3РО4 ортофосфатна кислота
2. Взаємодією кислот з солями. Цим способом можна користуватися тоді, коли одержувана кислота є леткою або нерозчинною. Наприклад: Н2SO4 + 2NaCl → Na2SO4 + 2HCl ↑ (при нагріванні): H2SO4 + Na2SiO3 → Na2SO4 + H2SiO3 ↓
3. Безкисневі кислоти можна одержувати як їх витісненням з солей іншими кислотами, так і безпосереднім сполученням елементів з наступним розчиненням одержуваних кислот у воді.
Наприклад: FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S ↑ Н2 + Cl2 → 2HCl В техніці для добування хлоридної кислоти користуються останнім способом.
Застосування кислот
У промисловості Кислоти є основними реагентами у майже всіх хімічних процесах сучасної промисловості. Сірчана кислота є найбільш широко використовуваною кислотою в промисловості, а також найбільш поширеним промисловим хімікатом у світі. Вона головно застосовується у виробництві добрив, мийних засобів, акумуляторів та барвників, а також в обробці багатьох продуктів, як-от видалення домішок. Згідно зі статистичними даними за 2011 рік, річне виробництво сірчаної кислоти у світі становило близько 200 мільйонів тонн. Наприклад, фосфатні мінерали вступають у реакцію з сірчаною кислотою з утворенням фосфорної кислоти для виробництва фосфатних добрив, а цинк отримують шляхом розчинення оксиду цинку в сірчаній кислоті, очищення розчину та електролізу.
У хімічній промисловості кислоти вступають у реакції нейтралізації, утворюючи солі. Наприклад, азотна кислота реагує з аміаком, утворюючи аміачну селітру, яка використовується як добриво. Крім того, карбонові кислоти можуть бути етерифікуватися зі спиртами, утворюючи ефіри.
Кислоти часто використовуються для видалення іржі та інших видів корозії з металів у процесі, відомому як травлення. Вони можуть використовуватися як електроліт у мокрих акумуляторних батареях, наприклад сірчана кислота в автомобільних акумуляторах.
У продуктах харчування
Винна кислота є важливим компонентом деяких широко вживаних продуктів, серед них недозрілі манго та тамаринд. Натуральні фрукти та овочі також містять кислоти. Лимонна кислота присутня в апельсинах, лимонах та інших цитрусових. Щавлева кислота міститься в помідорах, шпинаті, а особливо в карамболі та ревені; листя ревеню та недозрілі карамболи є токсичними через високу концентрацію щавелевої кислоти. Аскорбінова кислота (вітамін С) є важливим вітаміном для організму людини та міститься в таких продуктах, як амла (індійський аґрус), лимон, цитрусові та гуава.
Багато кислот містяться в різних видах харчових продуктів як добавки, оскільки вони змінюють їх смак і служать консервантами. Наприклад, фосфорна кислота, входить до складу напоїв типу кола. Оцтова кислота використовується в повсякденному житті як оцет. Лимонна кислота використовується як консервант у соусах і маринадах.
Вуглекисла кислота є однією з найпоширеніших кислотних добавок, які широко додаються до безалкогольних напоїв. Під час виробничого процесу CO2 зазвичай піддають тиску, щоб він розчинився в цих напоях і утворив вуглекислу кислоту. Вуглекисла кислота є дуже нестабільною і має тенденцію розкладатися на воду та CO2 при кімнатній температурі та тиску. Тому, коли відкривають пляшки або банки з такими безалкогольними напоями, вони шиплять і бурлять, оскільки з них виходять бульбашки CO2.
Деякі кислоти використовуються як ліки. Ацетилсаліцилова кислота (аспірин) використовується як знеболювальне та жарознижувальне.
В організмі людини