Szervetlen savak

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2017. november 26-án áttekintett verziótól ; az ellenőrzések 8 szerkesztést igényelnek .

A szervetlen (ásványi) savak olyan szervetlen anyagok , amelyek a savakban rejlő fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek . A savas természetű anyagok a legtöbb kémiai elemről ismertek , az alkáli- és alkáliföldfémek kivételével .

A szervetlen savak tulajdonságai és osztályozása

Létformák és az aggregáció állapota

A legtöbb szervetlen sav normál körülmények között folyékony, néhány szilárd halmazállapotú ( ortofoszforsav , bórsav , volfrám , poliszilícium (SiO 2 hidrátok ) stb.). A savak egyes gáznemű vegyületek ( hidrogén-halogenidek , hidrogén-szulfid H 2 S, nitrogén-dioxid NO 2 , szén-dioxid CO 2 stb.) vizes oldatai is . Egyes savak (például szénsavas H 2 CO 3 , kénes H 2 SO 3 , hipoklóros HClO stb.) nem különíthetők el önálló vegyületként, csak oldatban léteznek.

A kémiai összetétel szerint megkülönböztetünk oxigénmentes savakat (HCl, H 2 S, HF, HCN) és oxigéntartalmú (oxosavakat) (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 ) [1] . Az oxigénmentes savak összetétele a következő képlettel írható le: H n X, ahol X egy kémiai elem, amely savat ( halogén , kalkogén ) vagy oxigénmentes szabad gyököt képez: például hidrogén- bromid HBr, hidrogén- cianid HCN, azidsav HN 3 savak. Viszont minden oxigéntartalmú sav összetétele a következő képlettel fejezhető ki: H n XO m , ahol X a savat alkotó kémiai elem.

Az oxisavakban található hidrogénatomok leggyakrabban poláris kovalens kötéssel kötődnek az oxigénhez . Több (általában két) tautomer vagy izomer formájú savak ismertek, amelyek a hidrogénatom helyzetében különböznek egymástól:

A szervetlen savak külön osztályai olyan vegyületeket alkotnak, amelyekben a savképző elem atomjai molekuláris homo- és heterogén láncszerkezeteket alkotnak. Az izopoli savak olyan savak, amelyekben a savképző elem atomjai oxigénatomon ( oxigénhídon ) keresztül kapcsolódnak össze. Ilyenek például a polikénsav H 2 S 2 O 7 és H 2 S 3 O 10 , valamint a H 2 Cr 2 O 7 és H 2 Cr 3 O 10 polikróm savak . Azokat a savakat, amelyekben egy oxigénatomon keresztül különböző savképző elemek több atomja kapcsolódik, heteropolisavaknak nevezzük . Vannak olyan savak, amelyek molekulaszerkezetét azonos savképző atomok lánca alkotja, például H 2 S n O 6 politionsavban vagy H 2 S n szulfánban , ahol n≥2.

Külön izolálják a peroxosavat - peroxocsoportokat [–O–O–] tartalmazó savakat, például peroxomono - kénsav H 2 SO 5 és peroxo - kénsav H 2 S 2 O 8 . A tiosavak olyan savak, amelyek oxigénatomok helyett kénatomokat tartalmaznak, például tiokénsav H 2 SO 3 S. Vannak összetett savak is, például: H 2 [SiF 6 ], H [AuCl 4 ], H 4 [Fe (CN) 6 ] és mások

Egyensúlyi folyamatok vizes oldatokban

A savak kémiai tulajdonságait molekuláik azon képessége határozza meg , hogy vizes közegben hidratált H + -ionok és A - savmaradékok anionjai képződnek :

{\displaystyle {\mathsf {HA+H_{2}O\rightleftarrows H_{3}O^{+}+A^{-))))

{\displaystyle {\mathsf {HA\rightarrow H^{+}+A^{-))))

(egyszerűsített jelölés)

A K a savassági állandónak is nevezett kémiai egyensúlyi állandó értékétől függően [2] erős és gyenge savakat különböztetünk meg:

{\displaystyle {\mathsf {HCl\rightarrow H^{+}+Cl^{-}\ \ K_{a}~10^{7))))

{\displaystyle {\mathsf {HNO_{2}\rightarrow H^{+}+NO_{2}^{-}\ \ K_{a}~10^{-5))))

A közönséges savak közül az erősek a perklór- , salétrom- , kén- és sósav . A gyenge savak példái a nitrogéntartalmú HNO 2 , a szénsavas H 2 CO 3 (CO 2 H 2 O), a hidrogén-fluorid. Részletesebb besorolást alkalmaznak a K a értéke szerint is : nagyon gyenge (≤10 -7 ), gyenge (~10 -2 ), közepes erősségű (~10 -1 ), erős (~10 3 ), nagyon erős. (≥10 8 ) .

A H n XO m típusú szervetlen oxigéntartalmú savakra ismert egy empirikus szabály, amely szerint az első állandó értékét az (m - n) értékkel társítják. (m – n) = 0-nál a sav nagyon gyenge, 1-nél gyenge, 2-nél erős, végül 3-nál a sav nagyon erős [3] :

Sav	Érték (m - n)	K a	pK a
HClO	0	10 -8	7.497
H 3 AsO 3	0	10-10 _	tíz
H 2 SO 3	egy	10 −2	1.81
H 3 RO 4	egy	10 −2	2.12
HNO3_ _	2	10 1	−1,64
H2SO4 _ _ _	2	10 3	-3
HClO 4	3	10 10	−10

Ez a mintázat a H-O kötés polarizációjának növekedésének köszönhető, amely az elektronsűrűség eltolódása miatt a kötésről az elektronegatív oxigénatomra vezethető vissza a mozgó E=O π-kötések mentén, valamint az elektronsűrűség delokalizációja az anionban .

A szervetlen savak minden savra jellemző tulajdonságokkal rendelkeznek, beleértve: az indikátorok színezését , az aktív fémek feloldódását hidrogénfejlődéssel (kivéve a HNO 3 -ot), bázisokkal és bázikus oxidokkal sókat képező reakcióképességet, például:

{\mathsf {2HCl+Mg\rightarrow MgCl_{2}+H_{2}\uparrow }}

{\mathsf {HNO_{3}+NaOH\rightarrow NaNO_{3}+H_{2}O))

{\mathsf {2HCl+CaO\jobbra nyíl CaCl_{2}+H_{2}O))

A savmolekuláról leszakadt hidrogénatomok számát, amelyeket fémmel helyettesítve sót képeznek , a sav bázikusságának nevezzük. A savakat egy-, két- és hárombázisosra oszthatjuk. A nagyobb bázikusságú savak nem ismertek.

Sok szervetlen sav egybázisú: hidrohalogenidek HHal, salétrom-HNO 3 , klór-HClO 4 , tiocianát HSCN stb. A kénsav H 2 SO 4 , króm H 2 CrO 4 , hidrogén-szulfid H 2 S a kétbázisú savak példái stb.

A többbázisú savak lépésenként disszociálnak, minden lépésnek megvan a maga savassági állandója, és minden további K a mindig körülbelül öt nagyságrenddel kisebb, mint az előző. A hárombázisú foszforsav disszociációs egyenlete az alábbiakban látható:

{\mathsf {H_{3}PO_{4}\rightleftarrows H^{+}+H_{2}PO_{4}^{-}\ \ K_{a1}=7\cdot 10^{-3 }}}

{\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}\rightleftarrows H^{+}+HPO_{4}^{2-}\ \ K_{a2}=6\cdot 10^{- nyolc}}}

{\mathsf {HPO_{4}^{2-}\rightleftarrows H^{+}+PO_{4}^{3-}\ \ K_{a3}=1\cdot 10^{-12)) }

A bázikusság határozza meg a közeg és a savas sók - savszármazékok sorainak számát [4] .

Csak az -OH hidroxicsoportok részét képező hidrogénatomok képesek szubsztitúcióra, ezért például a H 3 PO 4 ortofoszforsav közepes sókat képez - Na 3 PO 4 típusú foszfátokat , és két savas sorozatot - hidrofoszfátokat Na. 2 HPO 4 és dihidrofoszfátok NaH 2 PO 4 . Míg a H 2 foszforsavnak (HPO 3 ) csak két sora van - foszfitok és hidrofoszfitok, míg a H hipofoszforsav (H 2 PO 2 ) csak egy sor közepes sót - hipofoszfitot - tartalmaz.

Ez alól kivétel a H 3 BO 3 bórsav , amely vizes oldatban egybázisú hidroxo-komplex formájában létezik:

{\displaystyle {\mathsf {H_{3}BO_{3}+2H_{2}O\rightleftarrows H_{3}O^{+}[B(OH)_{4}]^{-))))

A savak és bázisok modern elméletei nagymértékben kibővítik a savas tulajdonságok fogalmát. Tehát a Lewis-sav olyan anyag, amelynek molekulái vagy ionjai képesek elektronpárokat fogadni, beleértve azokat is, amelyek nem tartalmaznak hidrogénionokat: például fémkationok (Ag + , Fe 3+ ), számos bináris vegyület (AlCl 3 , BF 3 , Al 2 O 3 , SO 3 , SiO 2 ). A protikus savakat a Lewis-elmélet a savak osztályának speciális esetének tekinti.

Redox tulajdonságok

Minden peroxosav és sok oxigéntartalmú sav ( salétromsav HNO 3 , kénsav H 2 SO 4 , mangán HMnO 4 , króm H 2 CrO 4 , hipoklóros HClO stb.) erős oxidálószer. E savak oxidatív aktivitása vizes oldatban kifejezettebb, mint sóiké; míg az oxidáló tulajdonságokat nagymértékben gyengíti a savak hígítása (például a híg és tömény kénsav tulajdonságait). A szervetlen savak termikusan mindig kevésbé stabilak, mint sóik. Ezek a különbségek a savmolekulában lévő erősen polarizált hidrogénatom destabilizáló hatásával kapcsolatosak. Ez a legkifejezettebb az oxigéntartalmú oxidáló savak, például a perklór- és a kénsav tulajdonságaiban. Ez magyarázza azt is, hogy az oldaton kívül sok sav nem létezhet sóik viszonylagos stabilitásával. Kivételt képez a salétromsav és sói, amelyek erősen kifejezett oxidáló tulajdonságokat mutatnak, függetlenül az oldat hígításától. Ez a viselkedés a HNO 3 molekula szerkezeti jellemzőihez kapcsolódik .

Nómenklatúra

A szervetlen savak nómenklatúrája hosszú utat járt be, és fokozatosan fejlődött. A savak szisztematikus elnevezései mellett széles körben használják a hagyományos és triviális savakat is . Egyes közönséges savaknak eltérő neveik lehetnek a különböző forrásokban: például a HCl vizes oldatát sósavnak, sósavnak, sósavnak nevezhetjük.

A savak hagyományos orosz nevei úgy jönnek létre, hogy az elem nevéhez a -naja vagy -ovaja ( klór, kénsav, salétromsav, mangán) morfémát adják. Egy elem által alkotott különböző oxigéntartalmú savak esetében az -isto -t alacsonyabb oxidációs fokra (kénes, salétromos) használjuk. Számos esetben a köztes oxidációs állapotokhoz a -novata és -novata morfémákat is használják (az oxigéntartalmú klórsavak neveit lásd alább).

Néhány szervetlen sav és sóik hagyományos neveit a táblázat tartalmazza:

Sav formula	hagyományos név	Triviális név	Só név
H 3 AsO 4	Arzén		Arzenátusok
H 3 BO 3	Bornaya		Borátok
H 2 CO 3 (CO 2 • H 2 O)	Szén		Karbonátok
HCN	Hidrogén cianid	hidrogén-cianid	cianidok
H 2 CrO 4	Króm		Kromátok
HMnO 4	mangán		Permanganátok
HNO3_ _	Nitrogén		Nitrátok
HNO 2	nitrogéntartalmú		Nitritek
H 3 RO 4	ortofoszforos	Foszforos	Ortofoszfátok
H2SO4 _ _ _	kénes		szulfátok
H 2 SiO 3 (SiO 2 • H 2 O)	Metasilicon	Szilícium	Metaszilikátok
H 4 SiO 4 (SiO 2 • 2H 2 O)	Ortoszilícium	Szilícium	ortoszilikátok
H 2 S	Hidrogén-szulfid		Szulfidok
HF	Hidrofluoric	Fluoros	Fluoridok
HCl	Hidrogén klorid	Só	kloridok
HBr	Hidrobróm		Bromidok
SZIA	Hidrojód		jodidok

A változó oxidációs állapotú savképző elemeket tartalmazó, kevésbé ismert savak esetében rendszerint szisztematikus elnevezéseket használnak.

A savak szisztematikus elnevezésében a savképző elem latin nevének tövébe az -at utótag kerül, az anionban megmaradt elemek vagy csoportjaik neve pedig az -o összekötő magánhangzót kapja. Zárójelben jelölje a savképző elem oxidációs állapotát, ha annak egész értéke van. Egyébként a név tartalmazza a hidrogénatomok számát [5] . Például (zárójelben a hagyományos nevek):

HClO 4 – hidrogén-tetraoxoklorát (VII) (perklórsav) HClO 3 - hidrogén-trioxoklorát (V) (klórsav) HClO 2 – hidrogén-dioxoklorát (III) (klórsav) HClO – Hidrogén-oxoklorát(I) (hipoklórsav) H 2 Cr 2 O 7 - heptaoxodikromát (VI) dihidrogén (dikrómsav) H 2 S 4 O 6 - dihidrogén-hexaoxotetraszulfát (tetrationsav) H 2 B 4 O 6 - hexaoxotetraborát-dihidrogén (tetrametabórsav) HAuCl 4 – tetraklór-aurát (III) hidrogén (aurasav) H [Sb (OH) 6 ] - hidrogén-hexahidroxoantibát (V)

Az alábbiakban a savképző elemek latin nevének gyökerei találhatók, amelyek nem esnek egybe ugyanazon elemek orosz nevének gyökereivel: Ag - argent (at), As - arsene (at), Au - aur (at), Cu - réz (at), Fe - vas (at), Hg, higany (at), Pb, plumb (at), Sb, stib (at), Si, szilícium-dioxid (at), Sn, stann (at), S , szulf(at).

A hidroxisavakból az oxigénatomok kénatomokkal való helyettesítésével képződő tiosavak képleteiben az utóbbiak a végére kerülnek: H 3 PO 3 S - tiofoszforsav , H 2 SO 3 S - tiokénsav .

Általános módszerek savak előállítására

A savak előállítására számos módszer létezik, beleértve az általánosakat is, amelyek közül az ipari és laboratóriumi gyakorlatban a következők különböztethetők meg:

Savas oxidok ( anhidridek ) reakciója vízzel, például:

{\mathsf {P_{2}O_{5}+3H_{2}O\jobbra 2H_{3}PO_{4}}}

{\mathsf {2CrO_{3}+H_{2}O\jobbra H_{2}Cr_{2}O_{7))}

Illékonyabb sav kiszorítása sójából kevésbé illékony savval, például:

{\mathsf {CaF_{2}+H_{2}SO_{4}\rightarrow CaSO_{4}+2HF\uparrow ))

{\mathsf {KNO_{3}+H_{2}SO_{4}\rightarrow KHSO_{4}+HNO_{3}\uparrow }}

Halogenidek vagy sók hidrolízise, például:

{\mathsf {PCl_{5}+4H_{2}O\jobbra H_{3}PO_{4}+5HCl))

{\mathsf {Al_{2}Se_{3}+6H_{2}O\rightarrow 2Al(OH)_{3}+3H_{2}Se))

Oxigénmentes savak szintézise egyszerű anyagokból:

{\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\jobbra 2HCl))

Ioncsere reakciók az ioncserélő gyanták felületén : oldott sók kationjainak kemiszorpciója és hidrogénnel való helyettesítése .

Alkalmazás

Az ásványi savakat széles körben használják a fém- és famegmunkálásban, a textil-, festő-, olaj- és gáziparban és más iparágakban, valamint a tudományos kutatásban. A legnagyobb mennyiségben előállított anyagok közül a kénsav , salétromsav , foszforsav , sósav . Ezeknek a savaknak a teljes éves termelése a világon évente több száz millió tonnát tesz ki.

A fémmegmunkálás során gyakran használják vas és acél pácolására, valamint tisztítószerként hegesztés , bevonat , festés vagy galvanizálás előtt .

A kénsavat , amelyet D. I. Mengyelejev találóan " ipar kenyerének " nevezett el, ásványi műtrágyák előállítására, egyéb ásványi savak és sók előállítására, vegyi szálak , festékek , füstképző és robbanóanyagok előállítására használják olajban. , fémmegmunkálás, textil, bőr, élelmiszeripar és egyéb iparágak, ipari szerves szintézisben stb.

A sósavat savkezelésre , ón- és tantálércek tisztítására, keményítőből melasz előállítására , hőerőművek kazánjainak és hőcserélő berendezéseinek vízkőmentesítésére használják . A bőriparban tanninként is használják .

A salétromsavat az ammónium - nitrát előállításához használják , amelyet műtrágyaként és robbanóanyagok gyártásához használnak . Ezenkívül szerves szintézis folyamatokban , kohászatban, ércflotációban és kiégett nukleáris fűtőelemek feldolgozásakor használják.

Az ortofoszforsavat széles körben használják ásványi műtrágyák gyártásában. Forrasztásnál folyasztószerként használják (oxidált rézre, vasfémre, rozsdamentes acélra). A korróziógátlók közé tartozik . Az ipari fagyasztók freonjainak összetételében is használják kötőanyagként.

Erős oxidálószerként peroxosavakat , oxigéntartalmú klór-, mangán-, krómsavakat használnak.

Irodalom

Nekrasov B.V., Az általános kémia alapjai, 3. kiadás, 1-2. M., 1973;
Campbell J., Modern General Chemistry, ford. angol nyelvből, 1-3. kötet, Moszkva, 1975;
Bell R., Proton in chemistry, ford. angolból, M., 1977;
Hyun D., Szervetlen kémia, ford. angolból, M., 1987.

Lásd még

Jegyzetek

↑ [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry/2052/%D0%9A%D0%98%D0%A1%D0%9B%D0%9E%D0%A2%D0%AB Szervetlen savak / Kémiai Enciklopédia. — M.: Szovjet Enciklopédia. Szerk. I. L. Knunyants. 1988]
↑ Az a alsó index az angolból származik . sav - sav. A pK 1 \u003d -lgK a (1) savindikátort is használjuk
↑ Egyensúlyi folyamatok elektrolitok vizes oldataiban / Korolkov D.V. A szervetlen kémia alapjai . - M.: Felvilágosodás, 1982. - 271 p. (180. o.)
↑ Glinka N. L. Általános kémia / Szerk.: Cand. chem. Tudományok Rabinovich V.A. - huszonkettedik. - Leningrád: Kémia, 1982. - S. 42. - 720 p. — (Tankönyv egyetemek számára). — 70.000 példány.
↑ Szervetlen kémia / B. D. Stepin, A. A. Cvetkov; Szerk. B. D. Stepina. - M .: Magasabb. iskola, 1994. - S. 18-19

szervetlen savak

Nitrogén (HN 3 )
Hidrobróm (HBr)
Volfrám (H 2 WO 4 )
Izocianát (CHNO)
Hidroionos (HI)
Hidroszilikon (H 2 SiF 6 )
Ortofoszforsav (H 3 PO 4 )
Fluorsav (HF)
Hidrogén-tiocianát (HNCS)
Szelén ( H2Se )
Szelén ( H 2 SeO 4 )
Kénsav (H 2 SO 4 )
Hidrogén-szulfid (H 2 S)
Hidrocián (HCN)
só (HCl)
Metaantimony (HSbO 3 )
Hidrogén-tetraklór -aurát (HAuCl 4 )
Szén (H 2 CO 3 )
Króm (H 2 CrO 4 )
Hipoklór (HClO)
Klorid (HClO 2 )
Klórsav (HClO 3 )
Klór (HClO 4 )
Aqua regia (HNO 3 + 3 HCl)

Lásd még:

A hidrogén bináris vegyületei
szénhidrogének