KwasykwasKwasy to związki chemiczne, które, zgodnie z teorią Arrheniusa, ulegają dysocjacji elektrolitycznej w środowisku wodnym na jon wodoru (który jednak bardzo szybko łączy się z cząsteczką wody, tworząc jon oksoniowy) i anion reszty kwasowejreszta kwasowareszty kwasowej. Potocznie kwasami nazywamy substancje, których wodne roztwory, przy odpowiednich stężeniach, charakteryzują się wartością $\text{pH}$ niższą niż $7$ (im ta wartość jest niższa, tym większa jest ich kwasowość). Kwasy mogą być zarówno związkami nieorganicznymi, jak i organicznymi.

Kwasy nieorganiczne to związki o charakterze kwasowym (zgodnie z teorią Arrheniusa), które w swojej strukturze nie posiadają wiązań węgiel–węgiel ani wiązań węgiel–wodór (wyjątkiem jest wodny roztwór cyjanowodoru – cyjanowodór $\text{HCN}$ posiada wiązanie węgiel–wodór). Grupę tę można podzielić na kwasy beztlenowe, np. takie, które w większości są wodnymi roztworami wodorków niemetali grup $\text{16.}$ oraz $\text{17.}$, np. $\text{HCl}$,${\text{H}}_2\text{S}$, i nie zawierają w swojej reszcie kwasowej żadnego atomu tlenu, oraz kwasy tlenowekwas beztlenowykwasy tlenowe, np. ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ oraz ${\text{HNO}}_3$, które zawierają w reszcie kwasowej od $1$ do $6$ atomów tlenu, a także atom pierwiastka kwasotwórczego. Do kwasów tlenowych zalicza się również tak zwane polikwasy, czyli związki nieorganiczne o charakterze kwasowym, powstałe w wyniku kondensacji kilku cząsteczek kwasu tlenowego. Polikwasy posiadają w swojej cząsteczce więcej niż jeden atom pierwiastka kwasotwórczego, np. ${\text{H}}_4{\text{P}}_2{\text{O}}_7$ lub ${\text{H}}_5{\text{P}}_3{\text{O}}_{10}$.

Kwasy organicznekwas organicznyKwasy organiczne to związki organiczne, które wykazują właściwości kwasowe (zgodnie z teorią Arrheniusa). Wszystkie kwasy organiczne są kwasami tlenowymi. Wśród nich najliczniejsze są kwasy karboksylowe (posiadające jedną lub więcej grup karboksylowych), np. ${\text{CH}}_3\text{COOH}$ lub ${\text{C}}_6{\text{H}}_5\text{COOH}$, ale występują też kwasy sulfonowe (posiadające jedną lub więcej grup sulfonowych), np. ${\text{CH}}_3{\text{SO}}_3\text{H}$, a także fenole. Wśród tak licznej klasy związków można znaleźć kwasy o szerokiej skali zastosowań, w zależności od właściwości danego z nich.

RhP7Mg0zwtOn2

Ilustracja przedstawiająca cztery cząsteczki kwasów. Pierwszą stanowi kwas etanowy, który to zbudowany jest z atomu węgla połączonego za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą hydroksylową oraz z grupą ${\text{CH}}_3$. Drugą cząsteczką jest kwas metanosulfonowy składający się z atomu siarki związanego za pomocą wiązań podwójnych z dwoma atomami tlenu, a także za pomocą wiązań pojedynczych z grupą metylową ${\text{CH}}_3$ oraz z grupą hydroksylową $\text{OH}$. Trzeci związek to hydroksybenzen zbudowany z pierścienia utworzonego przez sześć atomów węgla. W pierścieniu, co drugie wiązanie jest wiązaniem podwójnym. Pięć z atomów węgla podstawionych jest atomami wodoru, a jeden grupą hydroksylową $\text{OH}$. Czwartą cząsteczkę stanowi kwas benzenokarboksylowy zbudowany z sześcioczłonowego pierścienia aromatycznego, w którym to jeden z atomów węgla w pierścieniu podstawiony jest grupą karboksylową $\text{COOH}$.

Poniżej wymienione zostały przykłady kwasów wraz z ich zastosowaniami.

Jest to kwas nieorganiczny (o wzorze sumarycznym ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ i masie $\mathrm{98,8} \frac{\text{g}}{\text{mol}}$), który stanowi oleistą i bezbarwną ciecz o silnych właściwościach utleniających i higroskopijnych.

RJJRrFxtEyB8r

Ilustracja przedstawiająca wzór kwasu siarkowego(<math aria‑label="sześć">VI) oraz piktogram służący do znakowania substancji żrących. Wzór składa się z atomu siarki $\text{S}$, który to łączy się z czterema atomami tlenu $\text{O}$, z dwoma posiadającymi po dwie pary elektronowe i podstawionymi atomami wodoru $\text{H}$ za pomocą wiązań pojedynczych, a z dwoma pozostałymi atomami tlenu za pomocą wiązań koordynacyjnych, co symbolizują strzałki poprowadzone od atomu siarki do atomów tlenu, z których każdy posiada po trzy wolne pary elektronowe. Piktogram znajdujący się w prawej części ilustracji stanowi biały kwadrat z czerwoną ramką usytuowany tak, że jeden z wierzchołków skierowany jest w dół. Na białym polu w kwadracie znajdują się czarne dłoń oraz kawałek powierzchni, nad którymi umieszczone są dwie przechylone probówki z wylewającą się cieczą powodującą powstawanie poparzeń oraz dziury w powierzchni. Piktogram ten znajduje się na opakowaniach substancji o działaniu żrącym.

Kwas siarkowy($\text{VI}$) sprzedawany jest już jako wodny roztwór $95$–$97\%$, o gęstości $\mathrm{1,84} \frac{\text{g}}{{\text{cm}}^3}$ ($20°\text{C}$). Posiada liczne zastosowania w przeróżnych branżach przemysłowych, dlatego klasyfikuje się go jako substancję wielkotonażowąsubstancja wielkotonażowasubstancję wielkotonażową. Stosowany jest na szeroką skalę w branży chemicznej jako reagent wielu istotnych syntez (m.in.sulfonowaniesulfonowaniesulfonowanie, nitrowanienitrowanienitrowanie, utlenianie) oraz czynnik zapewniający odpowiednie warunki reakcji w produkcjach m.in. kwasów: chlorowodorowego (solnego), ortofosforowego($\text{V}$), azotowego($\text{V}$). Zastosowanie do produkcji kwasu ortofosforowego($\text{V}$), superfosfatówsuperfosfatsuperfosfatów, fosforanu($\text{V}$) i siarczanu($\text{VI}$) amonu sprawia, że jest on kluczowy w przemyśle nawozów sztucznych oraz detergentów (m.in. w produkcji laurylosiarczanu sodu). Ponadto stosuje się go w produkcji materiałów wybuchowych, ściślej do wyrobu trotylu (TNT). Ze względu na swoje właściwości higroskopijne, wykorzystywany jest w przemyśle petrochemicznym do osuszania nafty, parafiny i olejów, w przemyśle paliwowym jako katalizator w reakcji otrzymywania izooktanu, natomiast w górnictwie stosuje się go w procesach wzbogacania rud miedzi. Dodatkowo jest elektrolitem w akumulatorach kwasowo–ołowiowych, a także używa się go w produkcji leków (np. aspiryny), włókien sztucznych (np. jedwabiu). Ze względu na wymienione powyżej aspekty i fakt, że przeprowadzenie wielu procesów byłoby bez niego niemożliwe, określany jest mianem „krwi przemysłu chemicznego”.

Jest to jeden z najsilniejszych kwasów tlenowych, silny utleniacz. Jest bezbarwną cieczą, która powoduje żółte plamy i oparzenia w kontakcie ze skórą człowieka (reakcja ksantoproteinowareakcja ksantoproteinowareakcja ksantoproteinowa). Znajduje zastosowania w licznych branżach przemysłowych. Wodny roztwór kwasu azotowego($\text{V}$), ${\text{HNO}}_3$, o stężeniu $65\%$, ma gęstość $1,4 \frac{\text{g}}{{\text{cm}}^3}$ ($20°\text{C}$).

R3UYPFaFX4Fzl

Ilustracja przedstawiająca wzór cząsteczki kwasu azotowego(<math aria‑label="pięć">V) oraz piktogramy charakteryzujące zagrożenia związane z użytkowaniem związku. Cząsteczka zbudowana jest z atomu azotu $\text{N}$ połączonego z trzema atomami tlenu $\text{O}$. Z pierwszym posiadającym dwie wolne pary elektronowe związany jest za pomocą wiązania podwójnego, z drugim również posiadającym dwie wolne pary elektronowe i podstawionym atomem wodoru $\text{OH}$ za pomocą wiązania pojedynczego. Trzeci atom tlenu posiadający trzy wolne pary elektronowe łączy się z atomem azotu za pomocą wiązania koordynacyjnego, co symbolizuje strzałka poprowadzona od atomu azotu do atomu tlenu. Piktogram znajdujący się w prawej części ilustracji stanowi biały kwadrat z czerwoną ramką usytuowany tak, że jeden z wierzchołków skierowany jest w dół. Na białym polu w kwadracie znajdują się czarne dłoń oraz kawałek powierzchni, nad którymi umieszczone są dwie przechylone probówki z wylewającą się cieczą powodującą powstawanie poparzeń oraz dziury w powierzchni. Piktogram ten znajduje się na opakowaniach substancji o działaniu żrącym. Na środku znajduje się drugi piktogram, który również stanowi biały kwadrat z czerwoną ramką wraz z czarnym płomieniem narysowanym na białym tle i z literą $\text{O}$ wewnątrz płomienia, co informuje o tym, że substancja ta ma działanie utleniające.

Jest to silny kwas należący do grupy kwasów beztlenowych. Znajduje zastosowania w przeróżnych gałęziach przemysłu.

Kwas węglowy jest słabym i nietrwałym kwasem tlenowym, dlatego to sole kwasu węglowego oraz tlenek węgla($\text{IV}$) stosowane są w produkcji napojów gazowanych. Kwas węglowy przez lekko kwaśny posmak nadaje orzeźwiający smak napojom. Wykorzystywany jest w syntezie chemicznej do produkcji np. węglanów.

Ciekawostka

RX94OMprWaCFA

Zdjęcie przedstawiające niebieską miskę wypełnioną lodem, na którym leży kilka czerwonych puszek coca‑coli oraz butelka wody.

Czy wiesz, że napój typu cola ma bardzo kwasowy odczyn? Jego kwasowość szacuje się na około $\mathrm{2,5}$ w skali $\text{pH}$. Dla porównania, sok żołądkowy posiada $\text{pH}$ około $\mathrm{1,5}$, a składa się głównie z kwasu chlorowodorowego. Ten popularny napój posiada aż dziesięć szkodliwych składników. A swoją kwasowość zawdzięcza kwasom: ortofosforowemu($\text{V}$), cytrynowemu i węglowemu. Kwas ortofosforowy($\text{V}$) nie tylko równoważy słodki posmak napoju, ale również, jak dowodzą naukowcy, zmniejsza zawartość wapnia w kościach i podwaja ryzyko kamieni nerkowych. Natomiast kwas cytrynowy to popularny konserwant i wzmacniacz smaku.

Słownik

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Równowagi i procesy jonowe, Gdynia 2005.