Основные способы получения кислот

1. Бескислородные кислоты можно получить из простых веществ.

H₂ + Cl₂ 2HCl

H₂ + S H₂S

2. Кислородсодержащие кислоты можно получить гидратацией соответствующих кислотных оксидов.

N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

3. Получение кислот вытеснением слабых кислот сильными, летучих – нелетучими, растворимых – нерастворимыми. Например, сильная соляная кислота вытесняет слабую уксусную из растворов их солей.

СH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl

NaСl (тв.) + H₂SO₄= NaНSO₄ + HCl↑

4. Кислоты можно получить при гидролизе некоторых солей или галогенидов.

Al₂ S₃ +6 H₂O → 2Al (OH)₃↓+ 3H₂S↑

PCl₅ + H₂O → H₃PO₄ + 5HCl

4. Теории кислот и оснований

Рис. 4.

Существует большое количество теорий кислот и оснований. Одна из первых – это появившаяся в конце XVIII века благодаря Антуану Лавуазье (рис. 4), согласно которой кислотные свойства связывались с наличием в веществе кислорода. Именно благодаря этой теории появилось название элемента №8 (кислород – рождающий кислоты). Но эта гипотеза очень быстро доказала свою несостоятельность, когда стал известен целый ряд кислот, не содержащих кислород, например галогеноводородные кислоты.

Рис. 5.

Теория кислот и оснований Сванте Аррениуса (рис. 5). Она базируется на теории электролитической диссоциации. Согласно ей, кислоты – это вещества, образующие в водном растворе гидратированные ионы водорода и анионы кислотного остатка. А соответственно, основания – это вещества, диссоциирующие в водном растворе на катионы металла и анионы гидроксогруппы.

Теория Брёнстеда и Лоури. Согласно этой теории, кислоты – это молекулы или ионы, которые в данной реакции являются донорами протонов, а основания – это молекулы или ионы, которые принимают протоны, т. е. акцепторы.

В органической химии существует теория Льюиса (рис. 6). Кислота – это молекула или ион, имеющая вакантные валентные орбитали, вследствие чего они способны принимать электронные пары, например, ионы водорода, ионы металлов, некоторые оксиды, а также ряд солей. Кислоты Льюиса, не содержащие ионов водорода, называются апротонными. Протонсодержащие кислоты рассматриваются, как частный случай класса кислот.

Рис. 6.

Основание по теории Льюиса – это молекула или ион, способные быть донорами электронных пар: все анионы, аммиак, амины, вода, спирты, галогены.

Пример реакции между кислотами и основаниями Льюиса.

AlCl₃+ Cl^- → Cl₄^-

Это взаимодействие лежит в основе галогенирования ароматических соединений.

Теория Усановича (Рис. 7). В этой теории кислота – это частица, которая способна отщеплять катионы или присоединять анионы. Соответственно, основание наоборот. Этой теорией пользуются очень редко, потому что она получилась слишком общей. Согласно ей, любые взаимодействия с участием ионов можно свести к кислотно-основным. А это не очень удобно.

Рис. 7.

5. Константа диссоциации

Для количественной характеристики того, как кислота диссоциирует на ионы, кроме понятия степени электролитической диссоциации используют понятие константа диссоциации. Константа диссоциации – это вид константы равновесия, которая показывает склонность некоторого большого объекта (кислоты, соли или комплексного соединения) обратимо диссоциировать с образованием более маленьких объектов. Константа диссоциации определяется как произведение концентраций ионов в степени их стехиометрических коэффициентов, делённое на недиссоциированную форму.

В случае диссоциации вещества с многовалентными ионами, диссоциация происходит ступенчато. Для каждой ступени существует собственное значение константы диссоциации.

Пример диссоциации трехосновной борной кислоты H₃BO₃.

I ступень: Н₃ВО₃ ↔ Н⁺ + Н₂ВО₃^-

I ступень: Н₂ВО₃^- ↔ Н⁺ + НВО₃^2-

I ступень: НВО₃^2- ↔ Н⁺ + ВО₃^3-

Выражение констант диссоциации по каждой из этих ступеней будет выглядеть так:

Из значения констант диссоциации делаем вывод, что многоосновные вещества в основном диссоциируют по первой ступени.

6. Неорганические кислоты в организме человека

В организме человека большую роль играют три неорганических кислоты. Это – фосфорная кислота, угольная и соляная. Фосфорная кислота входит в состав буферных систем крови. Буферными называются такие растворы, которые при добавлении небольших количеств кислот или оснований изменяют свой водородный показатель рН. Эти системы нужны для того, чтобы поддерживать кислотность крови в определенном и довольно узком интервале. Остатки фосфорной кислоты входят в остатки многих биологически активных веществ, например нуклеиновых кислот и многих ферментов. Наши кости состоят из гидроксида фосфата кальция Сa₁₀(PO₄)₆(OH)₂ или гидроксиапатита кальция, а зубы включают в себя фторапатит кальция Сa₁₀(PO₄)₆F₂. Рис. 8.

Рис. 8.

Угольная кислота также входит в состав буферных систем крови. За счёт действия легких такие системы можно быстро и легко регулировать и можно варьировать количество углекислого газа в крови.

Соляная кислота содержится в желудочном соке. Она способствует денатурации и набуханию белков, что облегчает их последующее расщепление ферментами. Она создает кислую среду, необходимую для действия ферментов. Она ответственна за антибактериальную среду желудочного сока.