Kwasy – budowa i nazewnictwo - Kwasy, sole i inne związki nieorganiczne

Co to są kwasy?

Kwasy to związki chemiczne, które definiowane są na wiele sposobów. Klasyfikacji dokonuje się na podstawie danej teorii. Na przykład wg teorii Arrheniusa kwasy to substancje, które w roztworze wodnym dysocjują na kation wodoru i anion reszty kwasowej. Z kolei wg teorii Brønsteda–Lowry’ego są donorami (dawcami) protonów, a według teorii Lewisa kwasy przyjmują parę elektronową. Jednak wszystkie znane kwasy nieorganiczne oznaczane są następującym wzorem ogólnym:

$H_{m} R$

Gdzie $R$ oznacza resztę kwasową, a $m$ – indeks stechiometryczny, oznaczający ilość atomów wodoru w cząsteczce kwasu.

Jeżeli pod literą $R$ kryje się grupa atomów zawierająca – poza innymi pierwiastkami – atom tlenu, wówczas kwas określa się jako tlenowy, tzw. oksokwas. Natomiast jeżeli $R$ stanowi atom niemetalu, kwas jest beztlenowy.

RojT0sriUVFge1

Mapa pojęć pt. Podział reszt kwasowych

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Kwasy beztlenowe

Kwasy beztlenowe to wodne roztwory wodorków niemetali, należących do 16. oraz 17. grupy układu okresowego.

Wzór kwasu	Nazwa kwasu
$H_{2} S_{(aq)}$	kwas siarkowodorowy
$H_{2} {Se}_{(aq)}$	kwas selenowodorowy
$H_{2} {Te}_{(aq)}$	kwas tellurowodorowy
${HF}_{(aq)}$	kwas fluorowodorowy
${HCl}_{(aq)}$	kwas chlorowodorowy (zwyczajowa nazwa: kwas solny)
${HBr}_{(aq)}$	kwas bromowodorowy
${HI}_{(aq)}$	kwas jodowodorowy

Wzory elektronowe kreskowe wodorków tworzących kwasy beztlenowe przedstawia się w następujący sposób:

RhubPOCMiHfw51

Ilustracja przedstawiająca dwa wzory strukturalne. Pierwszy to kwas chlorowodorowy zbudowany z atomu wodoru H połączonego z atomem chloru C l za pomocą wiązania pojedynczego, na atomie chloru zaznaczono trzy wolne pary elektronowe reprezentowane przez trzy kreski. Drugi wzór to kwas siarkowodorowy, który to zbudowany jest z atomu siarki S połączonej z dwoma atomami wodoru H. Na atomie siarki zaznaczono dwie wolne pary elektronowe reprezentowane przez dwie kreski. Kąt pomiędzy atomami H S H wynosi 92 stopnie. — Wzory elektronowe kreskowe kwasu chlorowodorowego oraz siarkowodorowego.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Niektóre z kwasów beztlenowych są zbudowane z innych niemetali i mają bardziej złożoną budowę, np. kwas cyjanowodorowy ( ${HCN}_{(aq)}$ ) oraz kwas tiocyjanowy (inaczej kwas rodanowodorowy ${HSCN}_{(aq)}$ ), w związku z tym posiadają następujące wzory elektronowe kreskowe:

RtiEznJmBjR0p1

Ilustracja przedstawiająca wzory dwóch kwasów. Pierwszy to kwas cyjanowodorowy zbudowany z atomu wodoru H połączonego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C, który to łączy się za pomocą wiązania potrójnego z atomem azotu N, na którym zaznaczono wolną parę elektronową reprezentowaną przez jedną kreskę, to jest dwa elektrony. Drugi wzór to kwas tiocyjanowy, który to zbudowany jest z atomu wodoru H połączonego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem siarki S, na którym zaznaczono dwie wolne pary elektronowe. Atom siarki S łączy się z kolei z atomem węgla C, który to związany jest za pomocą wiązania potrójnego z atomem azotu N, na którym zaznaczono wolną parę elektronową. Pomiędzy atomami H S C występuje kąt rozwarty. — Wzory elektronowe kreskowe kwasu cyjanowodorowego oraz tiocyjanowego.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ze względu na różnicę elektroujemności pomiędzy atomami, w wodorkach, tworzaących kwasy beztlenowe, pomiędzy atomem (atomami) wodoru a atomem niemetalu występują wiązania kowalencyjne spolaryzowane:

RwxvLJ8VJGrkb1

Ilustracja przedstawiająca cztery wzory strukturalne dwóch związków chemicznych, w których uwzględniono polaryzację wiązań. Pierwszy to kwas chlorowodorowy zbudowany z atomu wodoru H posiadającym cząstkowy ładunek dodatni delta plus połączonego z atomem chloru C l posiadającym cząstkowy ładunek ujemny delta minus. Wiązanie zostało zaznaczone w pierwszym przypadku jako klin, którego szersza część skierowana jest w stronę pierwiastka o większej elektroujemności, tutaj jest to atom chloru. W drugim przypadku wiązanie zaznaczono jako kreskę z grotem strzałki na środku tejże kreski skierowanym w stronę pierwiastka o większej elektroujemności, w tym przypadku w stronę atomu chloru. W obu wzorach na atomie chloru zaznaczono trzy wolne pary elektronowe reprezentowane przez trzy kreski. Drugi związek to kwas siarkowodorowy, który to zbudowany jest z atomu siarki S o cząstkowym ładunku delta minus połączonej z dwoma atomami wodoru H o cząstkowych ładunkach delta plus. Wiązania zostały zaznaczone w pierwszym przypadku jako kliny, których szersza część skierowana jest w stronę pierwiastka o większej elektroujemności, tutaj jest to atom siarki. W drugim przypadku wiązania zaznaczono jako kreski z grotami strzałek na środku tychże kresek skierowanymi w stronę pierwiastka o większej elektroujemności, w tym przypadku w stronę atomu siarki. Na atomie siarki zaznaczono dwie wolne pary elektronowe reprezentowane przez dwie kreski. Kąt pomiędzy atomami H S H wynosi 92 stopnie. — Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane we wzorach elektronowych kreskowych kwasów beztlenowych można przedstawić na dwa sposoby – albo jako klin, albo jako strzałka skierowana w stronę niemetalu (jako pierwiastka bardziej elektroujemnego od wodoru), na którym wówczas tworzy się cząstkowy ładunek ujemny (δ-), a na atomie wodoru cząstkowy ładunek dodatni (δ+).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Kwasy tlenowe

Kwasy tlenowe (oksokwasy) zawierają przynajmniej jeden atom wodoru, związany z atomem tlenu, oraz atom (atomy) innego pierwiastka chemicznego. Pierwiastkami chemicznymi w kwasach tlenowych są zazwyczaj niemetale, ale również metale na wysokich stopniach utlenienia, np. $Mn (VII)$ lub $Cr (VI)$ , które stanowią atomy centralne w cząsteczkach kwasów.

Wzór kwasu	Nazwa kwasu
$H_{2} {SO}_{3}$ $(H_{2} O \cdot {SO}_{2})$	kwas siarkowy( $IV$ )
${HNO}_{3}$	kwas azotowy( $V$ )
${HNO}_{2}$	kwas azotowy( $III$ )
${HClO}_{4}$	kwas chlorowy( $VII$ )
${HClO}_{3}$	kwas chlorowy( $V$ )
${HClO}_{2}$	kwas chlorowy( $III$ )
$HClO$	kwas chlorowy( $I$ )
${HIO}_{3}$	kwas jodowy( $V$ )
$H_{3} {PO}_{4}$	kwas fosforowy( $V$ )
$H_{3} {AsO}_{4}$	kwas arsenowy( $V$ )
$H_{2} {CO}_{3}$ $(H_{2} O \cdot {CO}_{2})$	kwas węglowy
$H_{4} {SiO}_{4}$	kwas ortokrzemowy
$H_{2} {SiO}_{3}$	kwas metakrzemowy
$H_{3} {BO}_{3}$	kwas ortoborowy
$H_{2} {CrO}_{4}$	kwas chromowy( $VI$ )
$H_{2} {Cr}_{2} O_{7}$	kwas dichromowy( $VI$ )
${HMnO}_{4}$	kwas manganowy( $VII$ )

RBuN1RYMQdYEH1

Ilustracja przedstawiająca dwa wzory strukturalne kwasów tlenowych, w których to uwzględniono polaryzację wiązań. Pierwsza struktura to kwas siarkowy sześć zbudowany z atomu siarki S, od którego odchodzą cztery wiązania łączące go z czterema atomami tlenu O. Na środku każdego z czterech wiązań zaznaczono grot strzałki skierowany od atomu siarki do atomów tlenu, który to wskazuje na polaryzację wiązań. Dwa z atomów tlenu łączą się z dwoma atomami wodoru H wiązaniami pojedynczymi, na których środku zaznaczono groty strzałek skierowane od atomów wodoru do atomów tlenu. Drugą cząsteczka to kwas azotowy trzy zbudowany z atomu azotu N, który to związany jest za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu O, na środku wiązań zaznaczono groty strzałek skierowane od atomu azotu do atomy tlenu. Ponadto atom azotu łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z atomem tlenu. Na środku wiązania zaznaczono grot strzałki skierowany w kierunku atomu tlenu. Atom tlenu łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z atomem wodoru H, zaś na środku tegoż wiązania zaznaczono grot strzałki skierowany w kierunku atomu tlenu. Na wszystkich atomach tlenu w obu cząsteczkach zaznaczono wolne pary elektronowe za pomocą dwóch kresek, zaś na atomie azotu pojedynczą wolną parę elektronową jako jedną kreskę. — Wzory elektronowe kreskowe. W oksokwasach, pomiędzy atomami, występują wiązania kowalencyjne spolaryzowane.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

Zapoznaj się z filmem i odpowiedz na pytania.

RLmv5mzXNqPXe1

Film samouczek pt. „Nomenklatura kwasów”.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., Piotr Dzwoniarek, licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 1

Jaki stopień utlenienia ma atom siarki w cząsteczce $H_{2} {SO}_{3}$ ?

RwAXdOW2x3iHb

$IV$

Ćwiczenie 2

Podaj nazwę wg systemu Stocka dla wodnego roztworu siarkowodoru.

R1QAgp0P5bhMM

Ćwiczenie 3

Jak wg Systemu Stocka brzmi nazwa kwasu $H_{3} {PO}_{4}$ ?

R1PU4GDTSLRui

Kwas fosforowy $(V)$

bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Kwasy – moc kwasu, otrzymywanie kwasów

Kwasy – budowa i nazewnictwo

Co to są kwasy?

Kwasy beztlenowe

Kwasy tlenowe

Notatnik