Кислоты химических веществ

Неорганические кислоты делятся на кислородные и бескислородные. Кислородные кислоты, т. е. кислоты, молекулы которых содержат кислород, образуются при взаимодействии кислотного окисла с водой, например:

SO3 + Н2O = H2SO4; N2O5 + Н2O = 2HNO3

К бескислородным кислотам относятся водные растворы гало-теноводородов: хлористоводородная (соляная) НСl, бромистоводородная НВг, иодистоводородная HI, фтористоводородная (плавиковая) HF кислоты, кремнефтористоводородная кислота H2SiF6, синильная кислота HCN и др.

Как кислородные, так и бескислородные кислоты характеризуются следующими важнейшими свойствами: кислым вкусом водных растворов, способностью замещать водород металлом, изменять цвет многих индикаторов, при взаимодействии с основаниями давать соли.

Согласно теории электролитической диссоциации растворимые в воде кислоты диссоциируют на положительно заряженные ионы (катионы) водорода и отрицательно заряженные ионы (анионы) — кислотные остатки. Свойства, присущие кислотам, обусловливаются наличием в них положительно заряженных ионов водорода Н+.

В зависимости от числа атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться на металл, кислоты разделяются на одно-, двух-, трех- и четырехосновные.

К одноосновным относятся: гало-генводородные кислоты НСl, HBr, HI, HF, азотистая кислота HNO2, азотная HNO3, метафосфорная НРO3, хлорная НСlO4 и другие;

К двухосновным: сернистая H2SO3, серная H2SO4, пиросерная H2S2O7, угольная Н2СО3, кремневая H2Si03 и другие;

К трехосновным: ортофосфорная Н3РO4, ортомышьяковистая H3AsO3, ортомышьяковая H3AsO4, ортоборная Н3ВO3 и другие;

К четырехосновным: пирофосфорная Н4Р2О7, пиромышьяковая H4As2O7 и другие.

В нормальных условиях кислоты представляют собой легкоподвижные или маслянистые жидкости (серная, азотная, ортофосфорная), водные растворы (соляная, бромистоводородная, фтористоводородная, иод истоводородная) либо твердые вещества (метафосфорная, пирофосфорная, ортоборная).

Кислоты весьма реакционноспособны и взаимодействуют с многими простыми и сложными веществами. Азотная, хлорная, серная кислоты — сильные окислители; галогенводородные кислоты — сильные восстановители. Азотистая и сернистая кислоты проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

Применение. Из кислородсодержащих кислот наибольшее практическое значение имеют кислоты, указанные ниже.

Серная кислота H2SO4 — бесцветная маслянистая прозрачная жидкость плотностью 1,83 г/см3. Это одна из наиболее активных неорганических кислот. Химическая активность ее выражается как в свойствах, типичных для сильных кислот, так и в окислительном, водоотнимающем и сульфирующем действии. Серная кислота имеет большое значение в синтезе для сульфирования, конденсации и в качестве водоотнимающего средства при проведении различного рода реакций, например, в смеси с азотной кислотой при нитровании. В аналитической химии серную кислоту применяют для осаждения солей бария, стронция, свинца, удаления кремневой кислоты и летучих кислот; для перевода анализируемых веществ в растворимое состояние.

В технике применяется серная кислота с различным соотношением между серным ангидридом и водой. Если мольное отношение SO3 к Н2О равно единице, то такая кислота называется моногидратом, если это отношение меньше единицы, — водным раствором серной кислоты, а если больше единицы, — раствором серного ангидрида в серной кислоте или олеумом.

Олеум H2SO4*nSO3 — серная кислота, содержащая от 20 до 80% растворенного серного ангидрида, бесцветная маслянистая жидкость или кристаллическая масса. Применяется для сульфирования трудно сульфируемых продуктов, приготовления нитрующих смесей, а также для лабораторного получения серного ангидрида. В производстве обычно пользуются 20—25 или 65%-ным олеумом, так как при этих концентрациях он представляет собой жидкость, не затвердевающую при обычной температуре.

В зависимости от содержания нормируемых примесей для реактивной серной кислоты установлены три квалификации: ч, чда и хч.

Азотная кислота HNO3 — бесцветная прозрачная жидкость. Реактивная азотная кислота выпускается двух сортов: крепкая — плотностью 1,372—1,405 г/см3, содержащая 62—68% HNO3, и слабая— плотностью 1,337—1,367 г/см3, содержащая 54—60% HNO3. Применяется в органическом синтезе для нитрования и в неорганическом синтезе для получения солей азотной кислоты — нитратов. В аналитической химии используется в качестве сильного окислителя, для растворения металлов, создания минеральнокислой среды и др. Азотная кислота взаимодействует с соляной кислотой с выделением хлора, являющегося сильным окислителем. Смесь одной части азотной кислоты и трех частей соляной кислоты называется царской водкой. В царской водке растворяются золото, платина и другие благородные металлы.

В зависимости от содержания нормируемых примесей для азотной кислоты установлены три квалификации: ч, чда и хч.

Ортофосфорная кислота Н3РО4 выпускается в виде бесцветной прозрачной сиропообразной жидкости с содержанием 85% основного вещества и более концентрированная в виде бесцветных кристаллов, на воздухе жадно поглощающих влагу. Служит исходным сырьем для получения солей и других производных фосфорной кислоты, применяется также в пищевой промышленности, в производстве зубных цементов, активных углей и т. д. В аналитической химии ортофосфорная кислота служит реактивом на алка-

лоиды, применяется также при колориметрическом анализе ванадия и титриметрическом определении железа.

Из других фосфорсодержащих кислот известное значение имеют фосфорновйтистая кислота Н3РО2 — в качестве сильного восстановителя; метафосфорная кислота HPO3 — для осаждения белков; фосфористая кислота Н3Р03 — для отделения меди от кадмия и для гравиметрического определения серебра, золота, ртути, палладия, восстанавливаемых фосфористой кислотой до металлов; пирофосфорная кислота Н4Р2О7 — для маскировки ионов железа при различных определениях.

Хлорсульфоновая кислота HSO3Cl — бесцветная или слабо-желтая дымящая на воздухе жидкость с резким запахом. Применяется в органическом синтезе для сульфохлорирования, т. е. замещения водорода в органическом соединении на сульфохлоридную группу SO2Cl, а также в газовом анализе для поглощения ненасыщенных углеводородов.

Кроме описанных выше кислородсодержащих кислот, в аналитической химии находят применение борная кислота H3BO3 — для приготовления буферных растворов; хлорная кислота НСlO4 — для осаждения калия, рубидия, цезия в виде малорастворимых соединений и как сильный окислитель; селенистая кислота H2SeO3 — для отделения церия от алюминия и редких земель,для осаждения титана и церия; селеновая кислота H2SeO4 — как составная часть реактива Клейна для различения метилового и этилового спиртов и др.

Из бескислородных кислот наибольшее значение имеют следующие.

Соляная кислота, 35—38%-ный раствор хлористого водорода в воде — бесцветная прозрачная жидкость плотностью 1,17— 1,19 г/см3. Соляная кислота занимает первое место среди бескислородных кислот и одно из первых мест среди всего класса кислот. Значение ее в синтезе и анализе огромно. Укажем лишь на главнейшие области применения соляной кислоты в аналитической химии: осаждение серебра, свинца и двухвалентной ртути в виде хлоридов; перевод в раствор неорганических продуктов анализа; растворение осажденных гидроокисей, карбонатов, фосфатов и др., осаждение кремневой кислоты при анализе силикатов; экстракционное отделение железа от других элементов и т. д.

Соляная кислота выпускается четырех квалификаций: ч, чда, хч и осч для специальных разделов техники.

Бромистоводородная кислота, 40%-ный раствор бромистого водорода в воде -— прозрачная бесцветная или слегка желтоватая жидкость с резким запахом. Применяется в неорганическом анализе для определения серы и селена, для отделения олова от мышьяка и сурьмы; в органическом анализе — при определении серебра, для омыления сложных эфиров и других соединений. Используется также в органическом синтезе для получения бромор-ганических соединений.

Фтористоводородная кислота, 35—45%-ный раствор фтористого водорода в воде — прозрачная бесцветная жидкость, дымящая на воздухе. Легко разъедает стекло и другие вещества, содержащие кремний, поэтому ее хранят в сосудах из парафина, поливинилхлорида, бакелита или полиэтилена. Применяется в синтезе для получения неорганических солей и органических фтор-производных и в анализе для разложения силикатов и удаления кремневой кислоты. Большое значение имеет фтористоводородная кислота особой чистоты как один из основных химических продуктов для полупроводниковой техники.

Иодистоводородная кислота, 45%-ный раствор иодистого водорода в воде — бесцветная жидкость, быстро темнеющая на свету и на воздухе, плотностью 1,49 г/см3. Используется в органическом анализе для определения метокси- и этокси-групп и в синтезе для получения неорганических солей и иодорганических соединений.