Czym jest kwas
Kwasy to związki zbudowane z dwóch części: atomów wodoru i reszty kwasowej.
Ogólny wzór zapisujemy jako HₙR, gdzie H to wodór, R to reszta kwasowa, a mała litera n mówi, ile atomów wodoru jest w cząsteczce.
| Kwas | Atomy wodoru | Reszta kwasowa |
|---|---|---|
| HCl | 1 | Cl |
| H₂SO₄ | 2 | SO₄ |
| H₃PO₄ | 3 | PO₄ |
Zasada, która rządzi wszystkimi wzorami kwasów, jest prosta: liczba atomów wodoru jest równa wartościowości reszty kwasowej. Skoro w H₂SO₄ są dwa wodory, to reszta SO₄ jest dwuwartościowa.
Podział kwasów
Kwasy dzielimy według jednego kryterium — obecności tlenu.
Kwasy beztlenowe nie zawierają tlenu. Powstają przez rozpuszczenie gazu w wodzie. Należą do nich HCl, HBr, HI, HF i H₂S.
Kwasy tlenowe zawierają tlen. To większość kwasów, które spotkasz: H₂SO₄, H₂SO₃, HNO₃, H₂CO₃, H₃PO₄.
Nazewnictwo
To temat, na którym najłatwiej stracić punkty, choć reguły są krótkie.
Kwasy beztlenowe
Schemat: kwas + nazwa niemetalu + końcówka „-owodorowy”.
| Wzór | Nazwa |
|---|---|
| HCl | kwas chlorowodorowy (zwyczajowo: solny) |
| HBr | kwas bromowodorowy |
| HF | kwas fluorowodorowy |
| H₂S | kwas siarkowodorowy |
Kwasy tlenowe
Schemat: kwas + nazwa pierwiastka + jego wartościowość cyfrą rzymską w nawiasie.
| Wzór | Nazwa |
|---|---|
| H₂SO₄ | kwas siarkowy(VI) |
| H₂SO₃ | kwas siarkowy(IV) |
| HNO₃ | kwas azotowy(V) |
| HNO₂ | kwas azotowy(III) |
| H₃PO₄ | kwas fosforowy(V) |
| H₂CO₃ | kwas węglowy |
Zauważ, dlaczego wartościowość w nawiasie jest konieczna. H₂SO₄ i H₂SO₃ to dwa różne kwasy o różnych właściwościach — sama nazwa „kwas siarkowy” nie wystarczyłaby, by je odróżnić.
Jak obliczyć wartościowość do nawiasu
Korzystamy z zasady, którą znasz z klasy pierwszej: liczba wiązań musi się zgadzać po obu stronach. Tlen jest zawsze II-wartościowy, wodór zawsze I-wartościowy.
Przykład — H₂SO₄.
Tlen: 4 atomy × II = 8 wiązań. Wodór: 2 atomy × I = 2 wiązania. Na siarkę przypada zatem 8 − 2 = 6 wiązań, a siarka jest jedna. Wartościowość siarki: VI. Nazwa: kwas siarkowy(VI).
Przykład — HNO₃.
Tlen: 3 × II = 6. Wodór: 1 × I = 1. Azot: 6 − 1 = 5, czyli V. Nazwa: kwas azotowy(V).
Reszty kwasowe
Tę tabelę warto mieć opanowaną — wróci przy solach i przy równaniach reakcji.
| Kwas | Nazwa kwasu | Reszta | Wartościowość reszty | Nazwa reszty |
|---|---|---|---|---|
| HCl | chlorowodorowy | Cl | I | chlorek |
| H₂S | siarkowodorowy | S | II | siarczek |
| HNO₃ | azotowy(V) | NO₃ | I | azotan(V) |
| H₂SO₄ | siarkowy(VI) | SO₄ | II | siarczan(VI) |
| H₂SO₃ | siarkowy(IV) | SO₃ | II | siarczan(IV) |
| H₂CO₃ | węglowy | CO₃ | II | węglan |
| H₃PO₄ | fosforowy(V) | PO₄ | III | fosforan(V) |
Zwróć uwagę na końcówki nazw reszt: „-ek” pochodzi od kwasów beztlenowych, a „-an” od tlenowych.
Moc kwasów
Kwas rozpuszczony w wodzie rozpada się na jony — nazywamy to dysocjacją:
HCl → H⁺ + Cl⁻ H₂SO₄ → 2 H⁺ + SO₄²⁻
To właśnie jony wodoru H⁺ odpowiadają za wszystkie typowe cechy kwasów.
Moc kwasu mówi, jak duża część cząsteczek uległa rozpadowi.
Kwasy mocne dysocjują praktycznie w całości — w roztworze nie ma już całych cząsteczek, są same jony. Należą do nich HCl, HBr, HI, HNO₃ i H₂SO₄.
Kwasy słabe rozpadają się tylko częściowo — większość cząsteczek zostaje w całości. To H₂CO₃, H₂S, H₂SO₃, HF oraz kwas octowy z octu.
Kwas fosforowy(V) H₃PO₄ zalicza się do kwasów średniej mocy.
Nie myl mocy ze stężeniem. Mocny kwas może być bardzo rozcieńczony, a słaby — stężony. Moc to cecha samego kwasu, stężenie mówi tylko, ile go wlano do wody.
Właściwości kwasów
Fizyczne. Większość to ciecze lub substancje stałe dobrze rozpuszczalne w wodzie. Roztwory mają kwaśny smak (czego oczywiście nie sprawdzamy w pracowni). Stężone kwasy są żrące — niszczą skórę, tkaniny i wiele metali.
pH. Roztwory kwasów mają pH mniejsze niż 7. Im mocniejszy i bardziej stężony kwas, tym niższe pH.
Wskaźniki. To substancje, które zmieniają barwę w zależności od odczynu — najprostszy sposób wykrycia kwasu.
| Wskaźnik | Barwa w kwasie | Barwa w wodzie (odczyn obojętny) |
|---|---|---|
| lakmus | czerwona | fioletowa |
| oranż metylowy | czerwona | pomarańczowa |
| fenoloftaleina | bezbarwna | bezbarwna |
| papierek uniwersalny | czerwona / pomarańczowa | żółtozielona |
Zwróć uwagę na fenoloftaleinę: w kwasie nie zmienia barwy, pozostaje bezbarwna. Przyda się dopiero przy zasadach, gdzie robi się malinowa.
Chemiczne. Kwasy reagują z czterema grupami substancji:
| Z czym reaguje | Co powstaje | Przykład |
|---|---|---|
| z metalem aktywnym | sól + wodór | Mg + 2 HCl → MgCl₂ + H₂↑ |
| z tlenkiem metalu | sól + woda | CuO + 2 HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O |
| z wodorotlenkiem | sól + woda | NaOH + HCl → NaCl + H₂O |
| z węglanem | sól + woda + CO₂ | CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑ |
Ostatnia reakcja to najprostszy test na węglany: po dodaniu kwasu substancja „burzy się”, bo wydziela się dwutlenek węgla. Tak właśnie zachowuje się kamień wapienny albo skorupka jajka polana octem.
Przykłady rozwiązane krok po kroku
Przykład 1 — nazwa ze wzoru
Podaj nazwę kwasu H₂SO₃.
Kwas zawiera tlen, więc stosujemy schemat dla kwasów tlenowych. Tlen: 3 × II = 6. Wodór: 2 × I = 2. Siarka: 6 − 2 = 4, czyli IV. Nazwa: kwas siarkowy(IV).
Przykład 2 — wzór z nazwy
Zapisz wzór kwasu azotowego(III).
Wartościowość azotu to III, tlen jest II-wartościowy, wodór I-wartościowy. Szukamy wzoru HₓNOᵧ. Przy jednym atomie wodoru i dwóch tlenach: azot ma 2 × II − 1 = 3 wiązania. Zgadza się. Wzór: HNO₂.
Przykład 3 — rozpoznanie mocy
Który kwas jest mocniejszy: HCl czy H₂S?
HCl należy do kwasów mocnych — dysocjuje całkowicie. H₂S to kwas słaby. Zatem mocniejszy jest HCl.
Przykład 4 — wskaźnik
Do trzech probówek z roztworem kwasu dodano lakmus, oranż metylowy i fenoloftaleinę. Jakie barwy zaobserwujemy?
Lakmus — czerwony. Oranż metylowy — czerwony. Fenoloftaleina — bezbarwna, bez zmiany.
Trzy najczęstsze błędy
Pomijanie wartościowości w nazwie kwasu tlenowego. „Kwas siarkowy” to nazwa niepełna — trzeba napisać siarkowy(VI) albo siarkowy(IV).
Mylenie mocy ze stężeniem. Mocny kwas to taki, który dysocjuje całkowicie, a nie taki, którego jest dużo.
Zapominanie o fenoloftaleinie. W kwasie pozostaje bezbarwna — to nie jest brak wyniku, tylko wynik.
Sprawdź się
- Podaj nazwę kwasu HNO₃.
- Który z kwasów jest beztlenowy: H₂CO₃ czy H₂S?
- Jaką wartościowość ma fosfor w kwasie H₃PO₄?
- Jaką barwę przyjmie lakmus w roztworze kwasu solnego?
Rozwiązania. (1) Tlen 3 × II = 6, wodór 1, azot 6 − 1 = 5 → kwas azotowy(V). (2) H₂S — nie zawiera tlenu. (3) Tlen 4 × II = 8, wodór 3 × I = 3, fosfor 8 − 3 = 5, czyli V. (4) Czerwoną.
Do zapamiętania
- Kwas to wodór połączony z resztą kwasową; liczba atomów wodoru równa się wartościowości reszty.
- Kwasy dzielimy na beztlenowe (końcówka „-owodorowy”) i tlenowe (wartościowość w nawiasie).
- Reszty kwasów beztlenowych mają nazwy z końcówką „-ek”, tlenowych — „-an”.
- Moc kwasu to stopień jego rozpadu na jony, a nie jego stężenie. Mocne: HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄.
- W kwasie lakmus i oranż metylowy czerwienieją, a fenoloftaleina pozostaje bezbarwna; pH < 7.