Uorganiske syrer

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 26. november 2017; checks kræver 8 redigeringer .

Uorganiske (mineralske) syrer er uorganiske stoffer , der har et kompleks af fysisk-kemiske egenskaber, der er iboende i syrer . Stoffer af sur natur er kendt for de fleste kemiske grundstoffer , med undtagelse af alkali- og jordalkalimetaller .

Egenskaber og klassificering af uorganiske syrer

Eksistensformer og aggregeringstilstand

De fleste uorganiske syrer under normale forhold eksisterer i flydende tilstand, nogle i fast tilstand ( orthophosphorsyre , borsyre , wolfram , polysilicium (SiO 2 hydrater ) osv.). Syrer er også vandige opløsninger af nogle gasformige forbindelser ( hydrogenhalogenider , hydrogensulfid H 2 S, nitrogendioxid NO 2 , carbondioxid CO 2 osv.). Nogle syrer (f.eks. kulsyre H 2 CO 3 , svovlholdig H 2 SO 3 , hypochlorholdig HClO osv.) kan ikke isoleres som individuelle forbindelser, de findes kun i opløsning.

I henhold til den kemiske sammensætning skelnes der mellem iltfrie syrer (HCl, H 2 S, HF, HCN) og iltholdige (oxosyrer) (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 ) [1] . Sammensætningen af iltfrie syrer kan beskrives med formlen: H n X, hvor X er et kemisk grundstof, der danner en syre ( halogen , chalcogen ) eller et iltfrit radikal: for eksempel hydrogenbromid HBr, hydrocyanisk HCN, azidic HN 3 syrer. Til gengæld har alle oxygenholdige syrer en sammensætning, der kan udtrykkes med formlen: H n XO m , hvor X er det kemiske grundstof, der danner syren.

Hydrogenatomer i oxysyrer er oftest bundet til oxygen ved en polær kovalent binding . Der kendes syrer med flere (normalt to) tautomere eller isomere former, som adskiller sig i brintatomets position:

Separate klasser af uorganiske syrer danner forbindelser, hvor atomerne i det syredannende grundstof danner molekylære homo- og heterogene kædestrukturer. Isopolysyrer er syrer, hvori det syredannende grundstofs atomer er forbundet gennem et oxygenatom ( iltbro ). Eksempler er polysvovlsyre H 2 S 2 O 7 og H 2 S 3 O 10 og polykrome syrer H 2 Cr 2 O 7 og H 2 Cr 3 O 10 . Syrer med flere atomer af forskellige syredannende grundstoffer forbundet gennem et oxygenatom kaldes heteropolysyrer . Der er syrer, hvis molekylære struktur er dannet af en kæde af identiske syredannende atomer, for eksempel i polythionsyrer H 2 S n O 6 eller i sulfaner H 2 S n , hvor n≥2.

Separat isoleres peroxosyrer - syrer indeholdende peroxogrupper [–O–O–], for eksempel peroxomonosulfuric H 2 SO 5 og peroxodisulfuric H 2 S 2 O 8 syrer. Thiosyrer er syrer, der indeholder svovlatomer i stedet for oxygenatomer, for eksempel thiosvovlsyre H 2 SO 3 S. Der er også komplekse syrer, for eksempel: H 2 [SiF 6 ], H [AuCl 4 ], H 4 [Fe (CN) 6 ] og andre

Ligevægtsprocesser i vandige opløsninger

De kemiske egenskaber af syrer bestemmes af deres molekylers evne til at dissociere i et vandigt medium med dannelse af hydratiserede H + ioner og anioner af syrerester A - :

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

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

(forenklet notation)

Afhængig af værdien af den kemiske ligevægtskonstant , også kaldet surhedskonstanten K a [2] , skelnes mellem stærke og svage syrer:

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

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

Af de almindelige syrer omfatter stærke perchlorsyre , salpetersyre , svovlsyre og saltsyre . Nitrogenholdig HNO 2 , kulsyre H 2 CO 3 (CO 2 H 2 O), flussyre HF er eksempler på svage syrer. En mere detaljeret klassificering anvendes også efter værdien af Ka i meget svag (≤10 −7 ), svag (~10 −2 ), medium styrke (~10 −1 ), stærk (~10 3 ), meget stærk (≥108 ) .

For uorganiske oxygenholdige syrer af typen H n XO m kendes en empirisk regel, hvorefter værdien af den første konstant er knyttet til værdien (m - n). Ved (m – n) = 0 er syren meget svag, ved 1 er den svag, ved 2 er den stærk, og endelig ved 3 er syren meget stærk [3] :

Syre	Værdi (m - n)	K a	pK a
HClO	0	10-8 _	7.497
H 3 AsO 3	0	10-10 _	ti
H 2 SO 3	en	10-2 _	1,81
H 3 RO 4	en	10-2 _	2.12
HNO3 _	2	10 1	−1,64
H2SO4 _ _ _	2	10 3	-3
HClO 4	3	10 10	−10

Dette mønster skyldes en stigning i polariseringen af H-O-bindingen på grund af et skift i elektrontætheden fra bindingen til det elektronegative oxygenatom langs de mobile π-bindinger E=O og delokalisering af elektrontætheden i anionen .

Uorganiske syrer har egenskaber, der er fælles for alle syrer, herunder: farvning af indikatorer , opløsning af aktive metaller med udvikling af hydrogen (undtagen HNO 3 ), evnen til at reagere med baser og basiske oxider for at danne salte, for eksempel:

{\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))

Antallet af brintatomer spaltet fra et syremolekyle og i stand til at blive erstattet af et metal til at danne et salt kaldes syrens basicitet . Syrer kan opdeles i en-, to- og tre-basiske. Syrer med højere basicitet kendes ikke.

Mange uorganiske syrer er monobasiske: hydrohalogeniske arter HHal, salpeter HNO 3 , chlor HClO 4 , thiocyanat HSCN, etc. Svovlsyre H 2 SO 4 , chrom H 2 CrO 4 , hydrogensulfid H 2 S er eksempler på dibasiske syrer mv.

Polybasiske syrer dissocierer i trin, hvert trin har sin egen surhedskonstant, og hver efterfølgende Ka er altid mindre end den foregående med omkring fem størrelsesordener. Dissociationsligningerne for tribasisk phosphorsyre er vist nedenfor:

{\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^{- otte}}}

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

Basicitet bestemmer antallet af rækker af medium og sure salte - syrederivater [4] .

Kun hydrogenatomer, der er en del af hydroxygrupperne −OH, er i stand til at substituere, derfor danner f.eks. orthophosphorsyre H 3 PO 4 mellemstore salte - fosfater af Na 3 PO 4 -typen og to serier af sure - hydrophosphater Na 2HP04 og dihydrophosphater NaH2P04 . _ _ _ Hvorimod phosphorsyre H 2 (HPO 3 ) kun har to rækker - phosphiter og hydrophosphites, og hypophosphorsyre H (H 2 PO 2 ) kun har en række mellemstore salte - hypophosphites.

Undtagelsen er borsyre H 3 BO 3 , som findes i en vandig opløsning i form af et monobasisk hydroxokompleks:

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

Moderne teorier om syrer og baser udvider i høj grad begrebet sure egenskaber. Så Lewis-syre er et stof, hvis molekyler eller ioner er i stand til at acceptere elektronpar, inklusive dem, der ikke indeholder hydrogenioner: for eksempel metalkationer (Ag + , Fe 3+ ), en række binære forbindelser (AlCl 3 , BF3 , Al2O3 , S03 , Si02 ) . _ _ Protiske syrer betragtes af Lewis-teorien som et særligt tilfælde af klassen af syrer.

Redox-egenskaber

Alle peroxosyrer og mange oxygenholdige syrer ( salpetersyre HNO 3 , svovlsyre H 2 SO 4 , mangan HMnO 4 , krom H 2 CrO 4 , hypoklor HClO osv.) er stærke oxidationsmidler. Den oxidative aktivitet af disse syrer i en vandig opløsning er mere udtalt end deres salte; mens de oxiderende egenskaber svækkes kraftigt ved fortynding af syrer (f.eks. egenskaberne for fortyndet og koncentreret svovlsyre). Uorganiske syrer er også altid mindre termisk stabile end deres salte. Disse forskelle er forbundet med den destabiliserende virkning af det stærkt polariserede brintatom i syremolekylet. Dette er mest udtalt i egenskaberne af oxygenholdige oxiderende syrer, for eksempel perchlorsyre og svovlsyre. Dette forklarer også umuligheden af eksistensen af et antal syrer uden for opløsningen med den relative stabilitet af deres salte. Undtagelsen er salpetersyre og dens salte, som udviser stærkt udtalte oxiderende egenskaber, uanset opløsningens fortynding. Denne adfærd er forbundet med strukturelle træk ved HNO 3 - molekylet .

Nomenklatur

Nomenklaturen af uorganiske syrer er kommet langt i udviklingen og udviklet sig gradvist. Sammen med de systematiske navne på syrer bruges traditionelle og trivielle navne i vid udstrækning . Nogle almindelige syrer kan have forskellige navne i forskellige kilder: for eksempel kan en vandig opløsning af HCl omtales som saltsyre, saltsyre, saltsyre.

De traditionelle russiske navne for syrer er dannet ved at tilføje morfemet -naya eller -ovaya (klor, svovlsyre, salpetersyre, mangan) til navnet på grundstoffet. For forskellige iltholdige syrer dannet af ét grundstof, bruges -isto til en lavere grad af oxidation (svovlholdig, nitrøs). I en række tilfælde, til mellemliggende oxidationstilstande, anvendes desuden morfemerne -novata og -novata (se nedenfor for navnene på oxygenholdige klorsyrer).

De traditionelle navne på nogle uorganiske syrer og deres salte er angivet i tabellen:

Syreformel	traditionelle navn	Trivielt navn	Salt navn
H 3 AsO 4	Arsenik		Arsenater
H 3 BO 3	Bornaya		Borates
H 2 CO 3 (CO 2 • H 2 O)	Kul		Karbonater
HCN	Hydrogencyanid	hydrocyanisk	cyanider
H2CrO4 _ _ _	Chrome		Kromater
HMnO 4	mangan		Permanganater
HNO3 _	Nitrogen		Nitrater
HNO 2	nitrogenholdige		Nitritter
H 3 RO 4	ortofosforsyre	Fosforholdigt	Orthofosfater
H2SO4 _ _ _	svovlsyre		sulfater
H 2 SiO 3 (SiO 2 • H 2 O)	Metasilicon	Silicium	Metasilikater
H 4 SiO 4 (SiO 2 • 2H 2 O)	Orthosilicium	Silicium	ortosilicater
H2S _ _	Svovlbrinte		Sulfider
HF	Fluorsyre	Fluorsyre	Fluorider
HCl	Hydrogenchlorid	Salt	chlorider
HBr	Hydrobromsyre		Bromider
HEJ	Hydrojod		iodider

For mindre kendte syrer, der indeholder syredannende grundstoffer i varierende oxidationstilstande, anvendes normalt systematiske navne.

I de systematiske navne på syrer tilføjes suffikset -at til roden af det syredannende grundstofs latinske navn , og navnene på de resterende grundstoffer eller deres grupper i anionen får forbindelsesvokalen -o. I parentes angives oxidationstilstanden for det syredannende grundstof, hvis det har en heltalsværdi. Ellers omfatter navnet antallet af brintatomer [5] . For eksempel (traditionelle navne i parentes):

HClO 4 - hydrogentetraoxochlorat (VII) (perchlorsyre) HClO 3 - hydrogentrioxochlorat (V) (chlorsyre) HClO 2 - hydrogendioxochlorat (III) (klorsyre) HClO - Hydrogenoxochlorat(I) (hypochlorsyrling) H 2 Cr 2 O 7 - heptaoxodikromat (VI) dihydrogen (dichromsyre) H 2 S 4 O 6 - dihydrogen hexaoxotetrasulfat (tetrathionsyre) H 2 B 4 O 6 - hexaoxotetraborat dihydrogen (tetrametaborsyre) HAuCl 4 - tetrachloraurat (III) brint (aurinsyre) H [Sb (OH) 6 ] - hydrogenhexahydroxoantibat (V)

Nedenfor er rødderne af de latinske navne på syredannende elementer, der ikke falder sammen med rødderne af de russiske navne på de samme elementer: Ag - argent (at), As - arsene (at), Au - aur (at), Cu - cupre (at), Fe - ferr ( at), Hg, mercur(at), Pb, plumb(at), Sb, stib(at), Si, silica(at), Sn, stann(at), S sulf(at).

I formlerne for thiosyrer dannet af hydroxysyrer ved at erstatte oxygenatomer med svovlatomer, er sidstnævnte placeret i enden: H 3 PO 3 S - thiophosphorsyre , H 2 SO 3 S - thiosvovlsyre .

Generelle metoder til at opnå syrer

Der er mange metoder til at opnå syrer, herunder generelle, blandt hvilke følgende kan skelnes i industriel og laboratoriepraksis:

Reaktion af syreoxider ( anhydrider ) med vand, for eksempel:

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

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

Forskydningen af en mere flygtig syre fra dens salt med en mindre flygtig syre, for eksempel:

{\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 }}

Hydrolyse af halogenider eller salte, for eksempel:

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

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

Syntese af iltfrie syrer fra simple stoffer:

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

Ionbytterreaktioner på overfladen af ionbytterharpikser : kemisorption af kationer af opløste salte og deres erstatning med H + .

Ansøgning

Mineralsyrer er meget udbredt i metal- og træbearbejdning, tekstil, maling, olie og gas og andre industrier og i videnskabelig forskning. Blandt de stoffer, der produceres i det største volumen, er svovlsyre , salpetersyre , phosphorsyre , saltsyre . Den samlede årlige produktion af disse syrer i verden beløber sig til hundreder af millioner tons om året.

Ved metalbearbejdning bruges de ofte til at sylte jern og stål og som rengøringsmidler før svejsning , plettering , maling eller galvanisering .

Svovlsyre , passende navngivet " industribrød " af D. I. Mendeleev , bruges til fremstilling af mineralsk gødning , til fremstilling af andre mineralske syrer og salte, til fremstilling af kemiske fibre , farvestoffer , røgdannende og sprængstoffer, i olie , metalbearbejdning, tekstil, læder, fødevarer og andre industrier, i industriel organisk syntese mv.

Saltsyre bruges til syrebehandling, rensning af tin- og tantalmalme, til fremstilling af melasse fra stivelse , til afkalkning af kedler og varmevekslerudstyr på termiske kraftværker . Det bruges også som tannin i læderindustrien.

Salpetersyre bruges til fremstilling af ammoniumnitrat , der bruges som gødning og til fremstilling af sprængstoffer . Derudover bruges det i organiske synteseprocesser , i metallurgi, i malmflotation og i forarbejdning af brugt nukleart brændsel.

Orthophosphorsyre er meget udbredt til fremstilling af mineralsk gødning. Det bruges til lodning som flusmiddel (på oxideret kobber, på jernholdigt metal, på rustfrit stål). Inkluderet i korrosionsinhibitorer . Det bruges også i sammensætningen af freoner i industrielle frysere som bindemiddel.

Peroxosyrer , oxygenholdige syrer af klor, mangan, chrom bruges som stærke oxidationsmidler.

Litteratur

Nekrasov B.V., Fundamentals of General Chemistry, 3. udgave, bind 1-2. M., 1973;
Campbell J., Modern General Chemistry, trans. fra engelsk, bind 1-3, Moscow, 1975;
Bell R., Proton i kemi, trans. fra English, M., 1977;
Hyun D., uorganisk kemi, trans. fra engelsk, M., 1987.

Se også

Noter

↑ [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry/2052/%D0%9A%D0%98%D0%A1%D0%9B%D0%9E%D0%A2%D0%AB Uorganiske syrer / Chemical Encyclopedia. — M.: Sovjetisk Encyklopædi. Ed. I. L. Knunyants. 1988]
↑ Underskriften a er afledt fra engelsk. syre - syre. Syreindikatoren pK 1 \u003d -lgK a (1) bruges også
↑ Ligevægtsprocesser i vandige opløsninger af elektrolytter / Korolkov D.V. Fundamentals of uorganisk kemi . - M.: Oplysning, 1982. - 271 s. (s. 180)
↑ Glinka N. L. General Chemistry / Redigeret af Cand. chem. Sciences Rabinovich V.A. - 22. - Leningrad: Kemi, 1982. - S. 42. - 720 s. — (Lærebog for universiteter). — 70.000 eksemplarer.
↑ Uorganisk kemi / B. D. Stepin, A. A. Tsvetkov; Ed. B.D. Stepina. - M .: Højere. skole, 1994. - S. 18-19

uorganiske syrer

Nitrogen ( HN3 )
Hydrobromsyre (HBr)
Wolfram (H 2 WO 4 )
Isocyanisk (CHNO)
Hydroionisk (HI)
Hydrosilicone (H 2 SiF 6 )
Orthophosphorsyre (H 3 PO 4 )
Fluor (HF)
Hydrogenthiocyanat (HNCS)
Selen (H 2 Se)
Selensyre (H 2 SeO 4 )
Svovlsyre (H 2 SO 4 )
Svovlbrinte (H 2 S)
Hydrocyanisk (HCN)
Salt (HCl)
Metaantimon (HSbO 3 )
Hydrogentetrachloraurat (HAuCl 4 )
Kul (H 2 CO 3 )
Krom (H 2 CrO 4 )
Hypoklor (HClO)
Chlorid (HClO 2 )
Chlorat ( HClO3 )
Klor ( HClO4 )
Aqua regia (HNO 3 + 3 HCl)

se også:

Binære forbindelser af brint
kulbrinter