Kwasy – podział, nazewnictwo, moc i właściwości

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

  1. Podaj nazwę kwasu HNO₃.
  2. Który z kwasów jest beztlenowy: H₂CO₃ czy H₂S?
  3. Jaką wartościowość ma fosfor w kwasie H₃PO₄?
  4. 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.