Oorganiska syror

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 26 november 2017; kontroller kräver 8 redigeringar .

Oorganiska (mineraliska) syror är oorganiska ämnen som har ett komplex av fysikalisk-kemiska egenskaper som är inneboende i syror . Substanser av sur natur är kända för de flesta kemiska grundämnen , med undantag för alkali- och jordalkalimetaller .

Egenskaper och klassificering av oorganiska syror

Existensformer och aggregationstillstånd

De flesta oorganiska syror under normala förhållanden finns i flytande tillstånd, några i fast tillstånd ( ortofosforsyra , borsyra , volfram , polykisel (SiO 2 hydrater ), etc.). Syror är också vattenlösningar av vissa gasformiga föreningar ( vätehalogenider , vätesulfid H 2 S, kvävedioxid NO 2 , koldioxid CO 2 , etc.). Vissa syror (till exempel kol H 2 CO 3 , svavelhaltig H 2 SO 3 , hypoklor HClO, etc.) kan inte isoleras som individuella föreningar, de existerar bara i lösning.

Enligt den kemiska sammansättningen särskiljs syrefria syror (HCl, H 2 S, HF, HCN) och syrehaltiga (oxo-syror) (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 ) [1] . Sammansättningen av syrefria syror kan beskrivas med formeln: H n X, där X är ett kemiskt grundämne som bildar en syra ( halogen , kalkogen ) eller en syrefri radikal: till exempel bromväte HBr, hydrocyanisk HCN, azidic HN 3 syror. Alla syrehaltiga syror har i sin tur en sammansättning som kan uttryckas med formeln: H n XO m , där X är det kemiska grundämnet som bildar syran.

Väteatomer i oxisyror är oftast bundna till syre genom en polär kovalent bindning . Syror med flera (vanligtvis två) tautomera eller isomera former är kända, som skiljer sig åt i väteatomens position:

Separata klasser av oorganiska syror bildar föreningar där atomerna i det syrabildande elementet bildar molekylära homo- och heterogena kedjestrukturer. Isopolysyror är syror där atomerna i det syrabildande elementet är sammanlänkade genom en syreatom ( syrebrygga ). Exempel är polysvavelsyra H2S2O7 och H2S3O10 och polykroma syror H2Cr2O7 och H2Cr3O10 . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Syror med flera atomer av olika syrabildande element sammankopplade genom en syreatom kallas heteropolysyror . Det finns syror vars molekylära struktur bildas av en kedja av identiska syrabildande atomer, till exempel i polytionsyror H 2 S n O 6 eller i sulfaner H 2 S n , där n≥2.

Separat isoleras peroxosyror - syror som innehåller peroxogrupper [–O–O–], till exempel peroxomonosvavelsyra H 2 SO 5 och peroxodisvavelsyra H 2 S 2 O 8 syror. Tiosyror är syror som innehåller svavelatomer istället för syreatomer, till exempel tiosvavelsyra H 2 SO 3 S. Det finns även komplexa syror, till exempel: H 2 [SiF 6 ], H [AuCl 4 ], H 4 [Fe (CN) 6 ] och andra

Jämviktsprocesser i vattenlösningar

Syrors kemiska egenskaper bestäms av deras molekylers förmåga att dissociera i ett vattenhaltigt medium med bildning av hydratiserade H + -joner och anjoner av syrarester A - :

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

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

(förenklad notation)

Beroende på värdet på den kemiska jämviktskonstanten , även kallad surhetskonstanten Ka [2] , särskiljs starka och svaga syror:

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

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

Av de vanliga syrorna inkluderar starka perklorsyra , salpetersyra , svavelsyra och saltsyra . Kvävehaltig HNO 2 , kolsyra H 2 CO 3 (CO 2 H 2 O), fluorvätesyra HF är exempel på svaga syror. En mer detaljerad klassificering används också enligt värdet av Ka i mycket svag (≤10 −7 ), svag (~10 −2 ), medelstark (~10 −1 ), stark (~10 3 ), mycket stark (≥108 ) .

För oorganiska syrehaltiga syror av typen H n XO m , är en empirisk regel känd enligt vilken värdet på den första konstanten associeras med värdet (m - n). Vid (m – n) = 0 är syran mycket svag, vid 1 är den svag, vid 2 är den stark, och slutligen vid 3 är syran mycket stark [3] :

Syra	Värde (m - n)	K a	pK a
HClO	0	10-8 _	7,497
H 3 AsO 3	0	10 −10	tio
H 2 SO 3	ett	10 −2	1,81
H 3 RO 4	ett	10 −2	2.12
HNO3 _	2	10 1	−1,64
H2SO4 _ _ _	2	10 3	-3
HClO4 _	3	10 10	−10

Detta mönster beror på en ökning av polariseringen av H-O-bindningen på grund av en förskjutning i elektrondensiteten från bindningen till den elektronegativa syreatomen längs de mobila π-bindningarna E=O och delokalisering av elektrondensiteten i anjonen .

Oorganiska syror har egenskaper som är gemensamma för alla syror, inklusive: färgning av indikatorer , upplösning av aktiva metaller med utveckling av väte (förutom HNO3 ) , förmågan att reagera med baser och basiska oxider för att bilda salter, till exempel:

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

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

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

Antalet väteatomer som delas av från en syramolekyl och som kan ersättas med en metall för att bilda ett salt kallas syrans basicitet . Syror kan delas in i en-, två- och tre-bas. Syror med högre basicitet är inte kända.

Många oorganiska syror är monobasiska: halogenväteämnen HHal, salpeter HNO 3 , klor HClO 4 , tiocyanat HSCN, etc. Svavelsyra H 2 SO 4 , krom H 2 CrO 4 , vätesulfid H 2 S är exempel på tvåbasiska syror, etc.

Flerbasiska syror dissocierar i steg, varje steg har sin egen surhetskonstant, och varje efterföljande Ka är alltid mindre än den föregående med ungefär fem storleksordningar. Dissociationsekvationerna för tribasisk fosforsyra visas nedan:

{\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^{- åtta}}}

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

Basicitet bestämmer antalet rader av medium och sura salter - syraderivat [4] .

Endast väteatomer som ingår i hydroxigrupperna −OH är kapabla att substituera, därför bildar till exempel ortofosforsyra H 3 PO 4 mediumsalter - fosfater av Na 3 PO 4 -typ och två serier av sura - hydrofosfater Na 2HPO4 och dihydrofosfater NaH2P04 . _ _ _ Medan fosforsyra H 2 (HPO 3 ) bara har två rader - fosfiter och hydrofosfiter, och hypofosforsyra H (H 2 PO 2 ) har endast en serie medelstora salter - hypofosfiter.

Undantaget är borsyra H 3 BO 3 , som finns i en vattenlösning i form av ett monobasiskt hydroxokomplex:

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

Moderna teorier om syror och baser utvidgar kraftigt begreppet sura egenskaper. Så, Lewissyra är ett ämne vars molekyler eller joner kan acceptera elektronpar, inklusive de som inte innehåller vätejoner: till exempel metallkatjoner (Ag + , Fe 3+ ), ett antal binära föreningar (AlCl 3 , BF3 , AI2O3 , SO3 , Si02 ) . _ _ Protiska syror anses av Lewis-teorin som ett specialfall av klassen syror.

Redoxegenskaper

Alla peroxosyror och många syrehaltiga syror ( salpetersyra HNO 3 , svavelsyra H 2 SO 4 , mangan HMnO 4 , krom H 2 CrO 4 , hypoklor HClO, etc.) är starka oxidationsmedel. Den oxidativa aktiviteten hos dessa syror i en vattenlösning är mer uttalad än den hos deras salter; medan de oxiderande egenskaperna försvagas kraftigt av utspädning av syror (till exempel egenskaperna hos utspädd och koncentrerad svavelsyra). Oorganiska syror är också alltid mindre termiskt stabila än deras salter. Dessa skillnader är förknippade med den destabiliserande effekten av den högpolariserade väteatomen i syramolekylen. Detta är mest uttalat i egenskaperna hos syrehaltiga oxiderande syror, till exempel perklorsyra och svavelsyra. Detta förklarar också omöjligheten av förekomsten av ett antal syror utanför lösningen med den relativa stabiliteten av deras salter. Undantaget är salpetersyra och dess salter, som uppvisar starkt uttalade oxiderande egenskaper, oavsett lösningens utspädning. Detta beteende är associerat med strukturella egenskaper hos HNO 3 - molekylen .

Nomenklatur

Nomenklaturen för oorganiska syror har kommit en lång väg i utvecklingen och utvecklats gradvis. Tillsammans med de systematiska namnen på syror används traditionella och triviala sådana i stor utsträckning . Vissa vanliga syror kan ha olika namn i olika källor: till exempel kan en vattenlösning av HCl betecknas som saltsyra, saltsyra, saltsyra.

De traditionella ryska namnen på syror bildas genom att lägga till morfemet -naya eller -ovaya (klor, svavelsyra, salpetersyra, mangan) till elementets namn. För olika syrehaltiga syror som bildas av ett grundämne används -isto för en lägre grad av oxidation (svavelhaltig, nitrös). I ett antal fall, för mellanliggande oxidationstillstånd, används dessutom morfem -novata och -novata (se nedan för namn på syrehaltiga klorsyror).

De traditionella namnen på vissa oorganiska syror och deras salter anges i tabellen:

Syra Formel	traditionellt namn	Trivialt namn	Salt namn
H 3 AsO 4	Arsenik		Arsenater
H 3 BO 3	Bornaya		Borates
H 2 CO 3 (CO 2 • H 2 O)	Kol		Karbonater
HCN	Vätecyanid	hydrocyanisk	cyanider
H2CrO4 _ _ _	Krom		Kromater
HMnO 4	mangan		Permanganater
HNO3 _	Kväve		Nitrater
HNO 2	kvävehaltig		Nitriter
H 3 RO 4	ortofosfor	Fosforsyra	Ortofosfater
H2SO4 _ _ _	svavel-		sulfater
H 2 SiO 3 (SiO 2 • H 2 O)	Metasilikon	Kisel	Metasilikater
H 4 SiO 4 (SiO 2 • 2H 2 O)	Ortokisel	Kisel	ortosilikater
H 2 S	Vätesulfid		Sulfider
HF	Fluorväte	Fluorsyra	Fluorider
HCl	Väteklorid	Salt	klorider
HBr	Hydrobromid		Bromider
HEJ	Hydrojod		jodider

För mindre kända syror som innehåller syrabildande grundämnen i varierande oxidationstillstånd används vanligtvis systematiska namn.

I de systematiska namnen på syror läggs suffixet -at till roten av det syrabildande elementets latinska namn , och namnen på de återstående elementen eller deras grupper i anjonen får den sammanbindande vokalen -o. Ange inom parentes oxidationstillståndet för det syrabildande elementet, om det har ett heltalsvärde. Annars inkluderar namnet antalet väteatomer [5] . Till exempel (traditionella namn inom parentes):

HClO 4 - väte-tetraoxoklorat (VII) (perklorsyra) HClO 3 - vätetrioxoklorat (V) (klorsyra) HClO 2 - vätedioxoklorat (III) (klorsyra) HClO - Väteoxoklorat(I) (hypoklorsyra) H 2 Cr 2 O 7 - heptaoxodikromat (VI) diväte (dikromsyra) H 2 S 4 O 6 - divätehexaoxotetrasulfat (tetrationsyra) H 2 B 4 O 6 - hexaoxotetraboratdiväte (tetrametaborsyra) HAuCl 4 - tetrakloroaurat (III) väte (aurinsyra) H [Sb (OH) 6 ] - vätehexahydroxoantibat (V)

Nedan är rötterna till de latinska namnen på syrabildande element som inte sammanfaller med rötterna till de ryska namnen på samma element: Ag - argent (at), As - arsene (at), Au - aur (at), Cu - cupre (at), Fe - ferr ( at), Hg, kvicksilver(at), Pb, lod(at), Sb, stib(at), Si, kiseldioxid(at), Sn, stann(at), S sulf(at).

I formlerna för tiosyror som bildas av hydroxisyror genom att ersätta syreatomer med svavelatomer, är de senare placerade i slutet: H 3 PO 3 S - tiofosforsyra , H 2 SO 3 S - tiosvavelsyra .

Allmänna metoder för att erhålla syror

Det finns många metoder för att erhålla syror, inklusive allmänna sådana, bland vilka följande kan särskiljas i industriell och laboratoriepraxis:

Reaktion av sura oxider ( anhydrider ) med vatten, till exempel:

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

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

Förskjutningen av en mer flyktig syra från dess salt med en mindre flyktig syra, till exempel:

{\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 }}

Hydrolys av halogenider eller salter, till exempel:

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

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

Syntes av syrefria syror från enkla ämnen:

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

Jonbytarreaktioner på ytan av jonbytarhartser : kemisorption av katjoner av lösta salter och deras ersättning med H + .

Applikation

Mineralsyror används i stor utsträckning inom metall- och träbearbetning, textil, färg, olja och gas och andra industrier och i vetenskaplig forskning. Bland de ämnen som produceras i den största volymen är svavelsyra , salpetersyra , fosforsyra , saltsyra . Den totala årliga produktionen av dessa syror i världen uppgår till hundratals miljoner ton per år.

Vid metallbearbetning används de ofta för att beta järn och stål och som rengöringsmedel före svetsning , plätering , målning eller galvanisering .

Svavelsyra , passande namnet " industribröd " av D. I. Mendeleev , används vid produktion av mineralgödsel , för produktion av andra mineralsyror och salter, vid framställning av kemiska fibrer , färgämnen , rökbildande och explosiva ämnen, i olja , metallbearbetning, textil, läder, livsmedel och andra industrier, inom industriell organisk syntes, etc.

Saltsyra används för syrabehandling, rening av tenn- och tantalmalmer, för framställning av melass från stärkelse , för avkalkning av pannor och värmeväxlarutrustning i värmekraftverk . Det används också som tannin i läderindustrin.

Salpetersyra används vid tillverkning av ammoniumnitrat , som används som gödningsmedel och vid tillverkning av sprängämnen . Dessutom används det i organiska syntesprocesser , i metallurgi, i malmflotation och vid bearbetning av använt kärnbränsle.

Ortofosforsyra används i stor utsträckning vid produktion av mineralgödsel. Det används vid lödning som flussmedel (på oxiderad koppar, på järnmetall, på rostfritt stål). Ingår i korrosionsinhibitorer . Det används också i sammansättningen av freoner i industriella frysar som bindemedel.

Peroxosyror , syrehaltiga syror av klor, mangan, krom används som starka oxidationsmedel.

Litteratur

Nekrasov B.V., Fundamentals of General Chemistry, 3:e upplagan, vol 1-2. M., 1973;
Campbell J., Modern General Chemistry, övers. från engelska, vol 1-3, Moscow, 1975;
Bell R., Proton in chemistry, trans. från English, M., 1977;
Hyun D., Inorganic Chemistry, övers. från English, M., 1987.

Se även

Anteckningar

↑ [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry/2052/%D0%9A%D0%98%D0%A1%D0%9B%D0%9E%D0%A2%D0%AB Oorganiska syror / Chemical Encyclopedia. — M.: Sovjetiskt uppslagsverk. Ed. I. L. Knunyants. 1988]
↑ Nedskrivningen a är härledd från engelska. syra - syra. Syraindikatorn pK 1 \u003d -lgK a (1) används också
↑ Jämviktsprocesser i vattenlösningar av elektrolyter / Korolkov D.V. Fundamentals of oorganisk kemi . - M.: Upplysningen, 1982. - 271 sid. (sid. 180)
↑ Glinka N. L. General Chemistry / Redigerad av Cand. chem. Sciences Rabinovich V.A. - tjugoandra. - Leningrad: Chemistry, 1982. - S. 42. - 720 sid. — (Lärobok för universitet). — 70 000 exemplar.
↑ Oorganisk kemi / B. D. Stepin, A. A. Tsvetkov; Ed. B.D. Stepina. - M .: Högre. skola, 1994. - S. 18-19

oorganiska syror

Kväve ( HN3 )
Hydrobromic (HBr)
Volfram (H 2 WO 4 )
Isocyanisk (CHNO)
Hydrojonisk (HI)
Hydrosilikon (H 2 SiF 6 )
Ortofosforsyra (H 3 PO 4 )
Fluor (HF)
Vätetiocyanat (HNCS)
Selen (H 2 Se)
Selensyra (H 2 SeO 4 )
Svavelsyra (H 2 SO 4 )
Svavelväte (H 2 S)
Hydrocyan (HCN)
Salt (HCl)
Metaantimon ( HSbO3 )
Vätetrakloraurat (HAuCl 4 )
Kol (H 2 CO 3 )
Krom (H 2 CrO 4 )
Hypoklor (HClO)
Klorid ( HClO2 )
Klorinat ( HClO3 )
Klor ( HClO4 )
Regavatten (HNO 3 + 3 HCl)

se även:

Binära föreningar av väte
kolväten