Kwasy, obok wodorotlenków czy soli, to kolejna duża grupa związków nieorganicznych. Obecne są w życiu każdego z nas. Znajdują się między innymi w soku żołądkowym ssaków, konserwantach czy dodatkach mających na celu poprawę smaku produktów spożywczych. Stanowią również ważny komponent w procesach przemysłu chemicznego.
Budowa i właściwości kwasów
Zasadniczo kwasy składają się z atomów wodoru oraz reszty kwasowej. Biorąc pod uwagę rodzaj reszty kwasowej, związki te dzielimy na kwasy tlenowe oraz beztlenowe. Odpowiednio tlenowe, to te, które posiadają w reszcie kwasowej atom lub atomy tlenu. Beztlenowe go nie zawierają. Aby dowiedzieć się więcej na temat pierwszej z tych grup, zachęcamy do zapoznania się z artykułem dotyczącym kwasów tlenowych.
Kwasy można także podzielić na jednoprotonowe (w cząsteczce posiadają jeden atom wodoru) oraz wieloprotonowe (mają więcej niż jeden wodór). Należy pamiętać, że kwasy wieloprotonowe ulegają w roztworach wodnych stopniowej dysocjacji elektrolitycznej. Proces ten prowadzi do otrzymania wodorosoli.
Jak nazwa wskazuje, kwasy beztlenowe w swojej budowie nie posiadają atomów tlenu. Najprostsze z tych związków, to połączenia atomów wodoru i niemetalu. Tworząc właściwy wzór sumaryczny należy uwzględnić wartościowość atomu wodoru, a także występującej reszty kwasowej.
Jak tworzy się nazwy poszczególnych kwasów? W pierwszej kolejności zawierają one słowo „kwas”, a następnie wymieniona jest reszta kwasowa, np.:
- Kwas chlorowodorowy, HCl;
- Kwas siarkowodorowy, H2S;
- Kwas bromowodorowy, HBr, itp.
Kwasy w roztworach wodnych ulegają dysocjacji elektrolitycznej, czyli rozpadają się na jony – kationy wodoru i aniony reszty kwasowej. Dzięki temu zdolne są do przenoszenia w roztworze ładunków elektrycznych, czyli do przewodzenia prądu.
W roztworach wodnych wykazują odczyn kwaśny, spowodowany obecnością jonów wodorowych. Ich zawartość można np. określić dokonując pomiaru pH lub oszacować wizualnie za pomocą papierków wskaźnikowych, które zmieniają barwę w zależności od wartości pH roztworu (w przypadku mocnego kwasu wystąpi barwa czerwona, a słabego kwasu – pomarańczowa).
Otrzymywanie kwasów beztlenowych polega na rozpuszczeniu w wodzie odpowiedniego gazu. Np. absorpcja w wodzie chlorowodoru (substancji gazowej) pozwala otrzymać kwas chlorowodorowy. Zatem najważniejsze kwasy beztlenowe są roztworami wodnymi właściwych wodorków. Wodorki z kolei otrzymuje się w wyniku bezpośredniej syntezy z pierwiastków lub wydziela się je z soli, na którą działa się mocnym kwasem. Rozpuszczalność tych gazów w wodzie jest stosunkowo duża, co pozwala otrzymać kwasy o dużym stężeniu.
Kwas chlorowodorowy
Najczęściej wykorzystywanym kwasem beztlenowym jest kwas chlorowodorowy o wzorze sumarycznym HCl, inaczej nazywany także kwasem solnym. Reszta kwasowa w tym przypadku jest jonem chloru. Kwas solny jest bezbarwną cieczą o gęstości większej od gęstości wody. Jest silnie żrący. Jego stężony roztwór (w handlu dostępny w maksymalnym stężeniu 38%) wydziela charakterystyczne, białe dymy. Są to drobne kropelki kwasu chlorowodorowego – wydobywający się z naczynia gazowy chlorowodór łączy się wraz z zawartą w powietrzu parą wodną i widoczny jest, jako „biały dym”. Kwas solny w kontakcie z tkaninami, skórą czy papierem, niszczy je. Wszystkie prace związane ze stosowaniem tego związku należy wykonywać w okularach ochronnych, odzieży ochronnej i rękawiczkach. Ponadto należy zachować szczególną ostrożność, gdyż poparzenie kwasem solnym jest niebezpieczne.
W warunkach laboratoryjnych, jak również w skali przemysłowej, kwas solny można otrzymać poprzez rozpuszczenie gazu, jakim jest chlorowodór, w wodzie. Przemysłowe otrzymywanie tego związku łączy się często z innymi procesami technologii chemicznej, np. tam gdzie, jako produkt uboczny powstaje chlorowodór. Znaczne ilości kwasu chlorowodorowego są otrzymywane podczas procesów elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu. Powstałe, jako produkty uboczne, chlor oraz wodór reagują ze sobą i jako gazowy HCl, mogą zostać następnie absorbowane w wodzie.
Rozcieńczony roztwór kwasu solnego znajduje się w soku żołądkowym człowieka i innych ssaków. Spełnia szereg istotnych funkcji w procesach trawiennych. Kwas solny jest ważnym komponentem wielu procesów przemysłowych. Wykorzystuje się go między innymi w procesach obróbki metali, przemyśle włókienniczym czy cukrownictwie. Również przemysł farmaceutyczny stosuje ten związek np. do produkcji preparatów na niedokwasotę. Barwniki, które powstają przy użyciu kwasu chlorowodorowego wchodzą w skład niektórych kosmetyków kolorowych.
Kwas siarkowodorowy
Kwas siarkowodorowy jest kolejnym przykładem nieorganicznego kwasu beztlenowego, o wzorze sumarycznym H2S. Cząsteczka tego kwasu jest zbudowana z dwóch atomów wodoru oraz jednego atomu siarki. Związek ten jest wodnym roztworem siarkowodoru (gaz ten trudno rozpuszcza się w wodzie). Stanowi bezbarwną ciecz o charakterystycznym zapachu.
Podobnie jak inne kwasy beztlenowe, również kwas siarkowodorowy jest otrzymywany w procesie absorpcji siarkowodoru w wodzie. Gaz ten otrzymywany jest natomiast poprzez bezpośrednią syntezę z pierwiastków lub w innych reakcjach, gdzie H2S stanowi jeden z produktów. Siarkowodór jest silnie trujący. Już niewielkie stężenie stanowi zagrożenie. Dlatego pracując z nim należy zachować szczególną ostrożność.
Kwas siarkowodorowy znajduje zastosowanie głównie w laboratoriach chemicznych. Służy do wykrywania niektórych metali. Ponadto, jako składnik można znaleźć go w wodach leczniczych wielu uzdrowisk oraz w preparatach do depilacji ciała.
Inne kwasy beztlenowe
Kwasy beztlenowe to całkiem spora grupa związków chemicznych o charakterystycznych właściwościach. Najpopularniejsze z nich to oczywiście kwas chlorowodorowy czy siarkowodorowy, które znajdują na co dzień zastosowanie w wielu branżach przemysłu oraz w praktyce laboratoryjnej.
Poniżej podano przykłady innych kwasów beztlenowych:
- Kwas fluorowodorowy, HF;
- Kwas bromowodorowy, HBr;
- Kwas jodowodorowy, HI;
- Kwas selenowodorowy, H2Se;
- Kwas cyjanowodorowy, HCN;
- Kwas rodanowodorowy, HSCN.