Epäorgaaniset hapot

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 26. marraskuuta 2017 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 8 muokkausta .

Epäorgaaniset (mineraali)hapot ovat epäorgaanisia aineita , joilla on hapoille luontaisten fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien kompleksi . Luonteeltaan happamat aineet tunnetaan useimmista kemiallisista alkuaineista , paitsi alkali- ja maa - alkalimetalleista.

Epäorgaanisten happojen ominaisuudet ja luokitus

Olemassaolomuodot ja aggregaatiotila

Useimmat epäorgaaniset hapot ovat normaaleissa olosuhteissa nestemäisessä tilassa, jotkut kiinteässä tilassa ( ortofosfori , boori , volframi , polypii (SiO 2 -hydraatit ) jne.). Hapot ovat myös joidenkin kaasumaisten yhdisteiden vesiliuoksia ( halogenidit , vetysulfidi H 2 S, typpidioksidi NO 2 , hiilidioksidi CO 2 jne.). Joitakin happoja (esim. hiilihappoa H 2 CO 3 , rikkipitoista H 2 SO 3 , hypoklooripitoista HClO , jne.) ei voida eristää yksittäisinä yhdisteinä, ne esiintyvät vain liuoksessa.

Kemiallisen koostumuksen mukaan erotetaan hapettomat hapot (HCl, H 2 S, HF, HCN) ja happea sisältävät (oksohapot) (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 ) [1] . Happivapaiden happojen koostumusta voidaan kuvata kaavalla: H n X, jossa X on kemiallinen alkuaine, joka muodostaa hapon ( halogeeni , kalkogeeni ) tai happivapaan radikaalin: esimerkiksi bromivety HBr, syaanivety HCN, atsidiini HN3 hapot . Kaikilla happea sisältävillä hapoilla puolestaan on koostumus, joka voidaan ilmaista kaavalla: H n XO m , jossa X on hapon muodostava kemiallinen alkuaine.

Happihappojen vetyatomit ovat yleisimmin sitoutuneet happeen polaarisella kovalenttisella sidoksella . Tunnetaan happoja, joissa on useita (yleensä kaksi) tautomeeristä tai isomeeristä muotoa, jotka eroavat vetyatomin sijainnista:

Erilliset epäorgaanisten happojen luokat muodostavat yhdisteitä, joissa happoa muodostavan alkuaineen atomit muodostavat molekyylien homo- ja heterogeenisia ketjurakenteita. Isopolyhapot ovat happoja, joissa happoa muodostavan alkuaineen atomit on kytketty happiatomin kautta ( happisilta ). Esimerkkejä ovat polyrikkihapot H2S2O7 ja H2S3O10 ja polykromihapot H2Cr207 ja H2Cr3O10 . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Happoja, joissa on useita eri happoa muodostavien alkuaineiden atomeja, jotka on yhdistetty happiatomin kautta, kutsutaan heteropolyhapoiksi . On happoja, joiden molekyylirakenne muodostuu identtisten happoa muodostavien atomien ketjusta, esimerkiksi polytionihapoissa H 2 S n O 6 tai sulfaaneissa H 2 S n , joissa n≥2.

Erikseen erotetaan peroksohapot - peroksoryhmiä [–O–O–] sisältävät hapot , esimerkiksi peroksomonorikkihappo H 2 SO 5 ja peroksodirikkihapot H 2 S 2 O 8 . Tiohapot ovat happoja, jotka sisältävät rikkiatomeja happiatomien sijaan, esimerkiksi tiorikkihappo H 2 SO 3 S. On myös kompleksisia happoja, esimerkiksi: H 2 [SiF 6 ], H [AuCl 4 ], H 4 [Fe (CN) 6 ] ja muut

Tasapainoprosessit vesiliuoksissa

Happojen kemialliset ominaisuudet määräytyvät niiden molekyylien kyvystä dissosioitua vesipitoisessa väliaineessa muodostaen hydratoituneita H + -ioneja ja happotähteiden A - anioneja :

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

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

(yksinkertaistettu merkintä)

Kemiallisen tasapainovakion arvosta riippuen , jota kutsutaan myös happamuusvakioksi Ka [2] , erotetaan vahvat ja heikot hapot:

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

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

Tavallisista hapoista vahvoja ovat perkloori- , typpi- , rikki- ja kloorivetyhappo . Typpipitoinen HNO 2 , hiilihappo H 2 CO 3 (CO 2 H 2 O), fluorivety HF ovat esimerkkejä heikoista hapoista. Tarkempaa luokittelua käytetään myös K a :n arvon mukaan erittäin heikkoon (≤10 -7 ), heikkoon (~10 -2 ), keskivahvaan (~10 -1 ), vahvaan (~10 3 ), erittäin vahvaan. (≥10 8 ) .

Epäorgaanisille happea sisältäville hapoille, jotka ovat tyyppiä H n XO m , tunnetaan empiirinen sääntö, jonka mukaan ensimmäisen vakion arvo liittyy arvoon (m - n). Kohdassa (m – n) = 0 happo on erittäin heikko, kohdassa 1 se on heikko, kohdassa 2 se on vahva ja lopuksi kohdassa 3 happo on erittäin vahva [3] :

Acid	Arvo (m - n)	K a	pK a
HClO	0	10 -8	7,497
H3AsO3 _ _ _	0	10-10 _	kymmenen
H2SO3 _ _ _	yksi	10-2 _	1.81
H 3 RO 4	yksi	10-2 _	2.12
HNO3_ _	2	10 1	−1,64
H2SO4 _ _ _	2	10 3	-3
HClO 4	3	10 10	−10

Tämä kuvio johtuu H-O-sidoksen polarisaation lisääntymisestä, joka johtuu elektronitiheyden siirtymisestä sidoksesta elektronegatiiviseen happiatomiin liikkuvia π-sidoksia pitkin E=O ja elektronitiheyden siirtymisestä anionissa .

Epäorgaanisilla hapoilla on kaikille hapoille yhteisiä ominaisuuksia, mukaan lukien: indikaattoreiden väritys , aktiivisten metallien liukeneminen vedyn kehittyessä (paitsi HNO 3 ), kyky reagoida emästen ja emäksisten oksidien kanssa muodostaen suoloja, esimerkiksi:

{\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))

Happomolekyylistä irronneiden vetyatomien lukumäärää, jotka voidaan korvata metallilla suolan muodostamiseksi, kutsutaan hapon emäksisyydeksi . Hapot voidaan jakaa yksi-, kaksi- ja kolmiemäksisiin. Emäksisempiä happoja ei tunneta.

Monet epäorgaaniset hapot ovat yksiemäksisiä: halogenidivety HHal, typpi HNO 3 , kloorivety HClO 4 , tiosyanaatti HSCN jne. Rikki H 2 SO 4 , kromi H 2 CrO 4 , rikkivety H 2 S ovat esimerkkejä kaksiemäksisistä hapoista jne.

Moniemäksiset hapot dissosioituvat vaiheittain, jokaisella vaiheella on oma happamuusvakio ja jokainen seuraava Ka on aina noin viisi suuruusluokkaa pienempi kuin edellinen. Kolmiemäksisen fosforihapon dissosiaatioyhtälöt on esitetty alla:

{\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^{- kahdeksan}}}

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

Emäksisyys määrittää väliaine- ja happosuolojen - happojohdannaisten rivien lukumäärän [4] .

Vain vetyatomit, jotka ovat osa hydroksiryhmiä −OH, ovat substituutiokykyisiä, joten esimerkiksi ortofosforihappo H 3 PO 4 muodostaa keskisuoloja - Na 3 PO 4 -tyyppisiä fosfaatteja ja kaksi sarjaa happamia - hydrofosfaatteja Na 2 HPO 4 ja dihydrofosfaatit NaH 2 PO 4 . Sitä vastoin fosforihapossa H 2 (HPO 3 ) on vain kaksi riviä - fosfiitteja ja hydrofosfiitteja, ja hypofosforihapossa H (H 2 PO 2 ) on vain sarja keskisuoloja - hypofosfiitteja.

Poikkeuksena on boorihappo H 3 BO 3 , joka on vesiliuoksessa yksiemäksisen hydroksokompleksin muodossa:

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

Nykyaikaiset happojen ja emästen teoriat laajentavat suuresti happamien ominaisuuksien käsitettä. Lewis-happo on siis aine, jonka molekyylit tai ionit pystyvät vastaanottamaan elektronipareja, mukaan lukien ne, jotka eivät sisällä vetyioneja: esimerkiksi metallikationit (Ag + , Fe 3+ ), joukko binäärisiä yhdisteitä (AlCl 3 , BF3 , Al 2O 3 , SO 3 , Si02 ) . Lewisin teoria pitää proottisia happoja happoluokan erikoistapauksena.

Redox-ominaisuudet

Kaikki peroksohapot ja monet happea sisältävät hapot ( typpi HNO 3 , rikkihappo H 2 SO 4 , mangaani HMnO 4 , kromi H 2 CrO 4 , hypokloori HClO jne.) ovat voimakkaita hapettimia. Näiden happojen oksidatiivinen aktiivisuus vesiliuoksessa on voimakkaampi kuin niiden suolojen; kun taas hapettavat ominaisuudet heikkenevät suuresti happojen laimentaessa (esimerkiksi laimean ja väkevän rikkihapon ominaisuudet). Epäorgaaniset hapot ovat myös aina vähemmän lämpöstabiileja kuin niiden suolat. Nämä erot liittyvät happomolekyylin erittäin polarisoidun vetyatomin destabiloivaan vaikutukseen. Tämä näkyy selkeimmin happea sisältävien hapettavien happojen, esimerkiksi perkloori- ja rikkihappojen, ominaisuuksissa. Tämä selittää myös useiden happojen olemassaolon mahdottomuuden liuoksen ulkopuolella niiden suolojen suhteellisen stabiiliuden kanssa. Poikkeuksen muodostavat typpihappo ja sen suolat, joilla on voimakkaat hapettavat ominaisuudet liuoksen laimennuksesta riippumatta. Tämä käyttäytyminen liittyy HNO 3 - molekyylin rakenteellisiin piirteisiin .

Nimikkeistö

Epäorgaanisten happojen nimikkeistö on kehittynyt pitkän matkan ja kehittynyt asteittain. Happojen systemaattisten nimien ohella käytetään laajalti perinteisiä ja triviaalisia nimiä . Joillakin yleisillä hapoilla voi olla eri nimet eri lähteissä: esimerkiksi HCl:n vesiliuosta voidaan kutsua suolahapoksi, suolahapoksi, kloorivetyhapoksi.

Perinteiset venäläiset happojen nimet muodostetaan lisäämällä alkuaineen nimeen morfeemi -naya tai -ovaya (kloori, rikki, typpi, mangaani). Yhden alkuaineen muodostamille erilaisille happipitoisille hapoille käytetään -istoa alempaan hapetusasteeseen (rikki-, typpipitoinen). Useissa tapauksissa välihapetustiloissa käytetään lisäksi morfeemia -novata ja -novata (katso alta happea sisältävien kloorihappojen nimet).

Joidenkin epäorgaanisten happojen ja niiden suolojen perinteiset nimet on annettu taulukossa:

Happokaava	perinteinen nimi	Triviaali nimi	Suolan nimi
H3AsO4 _ _ _	Arseeni		Arsenaatit
H 3 BO 3	Bornaya		Boraatit
H 2 CO 3 (CO 2 • H 2 O)	Hiili		Karbonaatit
HCN	Vetysyanidi	syaanivety	syanidit
H 2 CrO 4	Kromi		Kromatit
HMnO 4	mangaani		Permanganaatit
HNO3_ _	Typpi		Nitraatit
HNO 2	typpipitoinen		Nitriitit
H 3 RO 4	ortofosfori	Fosfori	Ortofosfaatit
H2SO4 _ _ _	rikkipitoinen		sulfaatit
H 2 SiO 3 (SiO 2 • H 2 O)	Metasilicon	Pii	Metasilikaatit
H 4 SiO 4 (SiO 2 • 2H 2 O)	Ortosilikoni	Pii	ortosilikaatit
H2S _ _	Rikkivety		Sulfidit
HF	Fluorivety	Fluorihappo	Fluorit
HCl	Vetykloridi	Suola	kloridit
HBr	Hydrobromi		Bromidit
HEI	Hydrojodi		jodidit

Vähemmän tunnetuille hapoille, jotka sisältävät happoa muodostavia alkuaineita vaihtelevissa hapetusasteissa, käytetään yleensä systemaattisia nimiä.

Happojen systemaattisissa nimissä happoa muodostavan alkuaineen latinankielisen nimen juureen lisätään pääte -at , ja anionin jäljellä olevien alkuaineiden tai niiden ryhmien nimet saavat yhdistävän vokaalin -o. Suluissa ilmoitetaan happoa muodostavan alkuaineen hapetusaste, jos sillä on kokonaisluku. Muuten nimi sisältää vetyatomien lukumäärän [5] . Esimerkiksi (perinteiset nimet suluissa):

HClO 4 - vetytetraoksokloraatti (VII) (perkloorihappo) HClO 3 - vetytrioksokloraatti (V) (kloorihappo) HClO 2 - vetydioksokloraatti (III) (kloorihappo) HClO - Vetyoksokloraatti(I) (hypokloorihappo) H 2 Cr 2 O 7 - heptaoksodikromaatti (VI) divety (dikromihappo) H 2 S 4 O 6 - divetyheksaoksotetrasulfaatti (tetrationihappo) H 2 B 4 O 6 - heksaoksotetraboraattidivety (tetrametaboorihappo) HAuCl 4 - tetraklooriauraatti (III) vety (aurahappo) H [Sb (OH) 6 ] - vetyheksahydroksoantibaatti (V)

Alla on happoa muodostavien elementtien latinankielisten nimien juuret, jotka eivät täsmää samojen elementtien venäjänkielisten nimien juurien kanssa: Ag - argent (at), As - arseeni (at), Au - aur (at), Cu - kupre (at), Fe - ferr (at), Hg, elohopea (at), Pb, plumb (at), Sb, stib (at), Si, piidioksidi (at), Sn, stann (at), S , sulf(at).

Tiohappojen kaavoissa, jotka on muodostettu hydroksihapoista korvaamalla happiatomeja rikkiatomeilla, viimeksi mainitut on sijoitettu loppuun: H 3 PO 3 S - tiofosforihappo , H 2 SO 3 S - tiorikkihappo .

Yleiset menetelmät happojen saamiseksi

On olemassa monia menetelmiä happojen saamiseksi, mukaan lukien yleiset, joista teollisessa ja laboratoriokäytännössä voidaan erottaa seuraavat:

Happooksidien ( anhydridien ) reaktio veden kanssa, esim.

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

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

Haihtuvamman hapon korvaaminen suolastaan vähemmän haihtuvalla hapolla, esimerkiksi:

{\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 }}

Halogenidien tai suolojen hydrolyysi, esim.

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

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

Happivapaiden happojen synteesi yksinkertaisista aineista:

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

Ioninvaihtoreaktiot ioninvaihtohartsien pinnalla : liuenneiden suolojen kationien kemisorptio ja niiden korvaaminen H + :lla .

Sovellus

Mineraalihappoja käytetään laajasti metalli- ja puuntyöstössä, tekstiili-, maali-, öljy- ja kaasuteollisuudessa sekä muilla teollisuudenaloilla sekä tieteellisessä tutkimuksessa. Suurin määrä tuotettuja aineita ovat rikki- , typpi- , fosfori- ja kloorivetyhappo . Näiden happojen vuotuinen kokonaistuotanto maailmassa on satoja miljoonia tonneja vuodessa.

Metallintyöstyksessä niitä käytetään usein raudan ja teräksen peittaukseen sekä puhdistusaineina ennen hitsausta , pinnoitusta , maalausta tai galvanointia .

Rikkihappoa , jota D. I. Mendeleev nimesi osuvasti " teollisuuden leipäksi" , käytetään kivennäislannoitteiden valmistuksessa, muiden mineraalihappojen ja suolojen valmistuksessa, kemiallisten kuitujen , väriaineiden , savua muodostavien ja räjähdysaineiden tuotannossa öljyssä. , metallintyöstö, tekstiili-, nahka-, elintarvike- ja muu teollisuus, teollinen orgaaninen synteesi jne.

Kloorivetyhappoa käytetään happokäsittelyyn, tina- ja tantaalimalmien puhdistukseen, melassin valmistukseen tärkkelyksestä , kattiloiden ja lämpövoimalaitosten lämmönvaihtolaitteiden kalkinpoistoon . Sitä käytetään myös tanniinina nahkateollisuudessa.

Typpihappoa käytetään ammoniumnitraatin valmistuksessa , jota käytetään lannoitteena ja räjähteiden valmistuksessa . Lisäksi sitä käytetään orgaanisissa synteesiprosesseissa , metallurgiassa, malmin vaahdotuksessa ja käytetyn ydinpolttoaineen käsittelyssä.

Ortofosforihappoa käytetään laajalti mineraalilannoitteiden valmistuksessa. Sitä käytetään juottamisessa juoksutteena (hapettuneelle kuparille, rautametallille, ruostumattomalle teräkselle). Sisältyy korroosionestoaineisiin . _ Sitä käytetään myös freonien koostumuksessa teollisuuspakastimissa sideaineena.

Peroksohappoja , happea sisältäviä kloorin, mangaanin, kromin happoja käytetään voimakkaina hapettimina.

Kirjallisuus

Nekrasov B.V., Fundamentals of General Chemistry, 3. painos, osat 1-2. M., 1973;
Campbell J., Modern General Chemistry, käänn. englannista, osat 1-3, Moskova, 1975;
Bell R., Protoni kemiassa, käänn. Englannista, M., 1977;
Hyun D., Epäorgaaninen kemia, käänn. Englannista, M., 1987.

Katso myös

Muistiinpanot

↑ [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry/2052/%D0%9A%D0%98%D0%A1%D0%9B%D0%9E%D0%A2%D0%AB Epäorgaaniset hapot / Chemical Encyclopedia. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. Ed. I. L. Knunyants. 1988]
↑ Alaindeksi a on johdettu englannista. happo - happo. Käytetään myös happoindikaattoria pK 1 \u003d -lgK a (1).
↑ Tasapainoprosessit elektrolyyttien vesiliuoksissa / Korolkov D.V. Epäorgaanisen kemian perusteet . - M.: Enlightenment, 1982. - 271 s. (s. 180)
↑ Glinka N. L. Yleinen kemia / Toimittanut Cand. chem. Tieteet Rabinovich V.A. - kaksikymmentäkaksi. - Leningrad: Chemistry, 1982. - S. 42. - 720 s. — (Oppikirja yliopistoille). – 70 000 kappaletta.
↑ Epäorgaaninen kemia / B. D. Stepin, A. A. Tsvetkov; Ed. B.D. Stepina. - M .: Korkeampi. koulu, 1994. - S. 18-19

epäorgaaniset hapot

Typpi (HN 3 )
Hydrobromi (HBr)
Volframi (H 2 WO 4 )
Isosyaani (CHNO)
Hydroioninen (HI)
Hydrosilikoni (H 2 SiF 6 )
Ortofosfori (H 3 PO 4 )
Fluori (HF)
Vetytiosyanaatti (HNCS)
Seleeni ( H2Se )
Seleeni (H 2 SeO 4 )
Rikkihappo (H 2 SO 4 )
Rikkivety (H 2 S)
Syaanivety (HCN)
suola (HCl)
Metaantimony (HSbO 3 )
Vetytetraklooriauraatti (HAuCl 4 )
Kivihiili (H 2 CO 3 )
Kromi (H 2 CrO 4 )
Hypokloori (HClO)
Kloridi (HClO 2 )
Kloraatti (HClO 3 )
Kloori (HClO 4 )
Aqua regia (HNO 3 + 3 HCl)

Katso myös:

Vedyn binääriset yhdisteet
hiilivedyt