Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/21.2939 Název projektu: Investice do vzdělání - příslib do budoucnosti Číslo přílohy: VY_číslo šablony_inovace_číslo přílohy Autor Datum vytvoření vzdělávacího materiálu Ročník Vzdělávací oblast/vzdělávací obor Tématický okruh/téma Metodický list/anotace Mgr. David Kollert Podzim 2011 Osmý Člověk a příroda/chemie Teorie kyselin a zásad, základy názvosloví a indikátory Tento učební materiál ţáky seznamuje se základní charakteristikou kyselin a hydroxidů, dále se zabývá autoprotolýzou vody a zavádí pojem ph Mgr. David Kollert Stránka 1
Autoprotolýza vody Molekuly vody se neustále štěpí na ionty (DISOCIUJÍ), i kdyţ ve velmi malé míře. H 2 O H + + OH - nebo přesněji: (H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - ) jedná se o tzv. autoprotolýzu vody H 2 O H + + OH - H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - Koncentrace H 3 O + a OH - je velice nízká, řádově 1, 01 10-7 mol.dm 3 V případě, ţe se jedná o čistou vodu, je koncentrace H 3 O + rovna koncentraci OH -, tedy 10-7 a ph roztoku je 7, roztok je neutrální. ph = stupnice kyselosti, vyjadřuje koncentraci H 3 O + v roztoku. Koncentrace H 3 O + se v běţných roztocích pohybuje v rozmezí 1 10-14 mol dm 3. Koncentrace H 3 O + (H + ) ph Reakce roztoku Konc. je větší než 10-7 (10-6, 10-5, 10-4 ) ph < 7 Roztok je kyselý Koncentrace je rovna 10-7 ph = 7 Roztok je neutrální Konc. je menší než 10-7 (10-8,10-9, 10-10 ) ph > 7 Roztok je zásaditý Mgr. David Kollert Stránka 2
KYSELINY (dle S. Arrhenia a W. Ostwalda) : jsou to látky, které ve své molekule obsahují atomy vodíku a ve vodném roztoku zvyšují koncentraci H 3 O + a tím způsobují kyselost roztoku. Kyselost vodného roztoku způsobují vodíkové kationy (protony) H +, které vznikají štěpením kyselin při rozpouštění ve vodě. Štěpení látek na ionty se nazývá DISOCIACE. Např: HCl H + + Cl - (vzniká kationt vodíku a chloridový aniont) HNO 3 H + - + NO 3 (vzniká kationt vodíku a dusičnanový aniont) H 2 SO 4 H + - + HSO 4 (vzniká kationt vodíku a hydrogensíranový aniont) Kationt vodíku (H + ) není schopen samostatné existence a ihned reaguje s molekulou vody za vzniku oxoniového kationtu (hydroxoniového) H 3 O + Např: HCl H + + Cl - H + + H 2 O H 3 O + Nebo: HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - IONIZACE DVOJSYTNÝCH KYSELIN PROBÍHÁ DO DVOU STUPŇŮ: H 2 SO 4 + + IONIZACE TROJSYTNÝCH KYSELIN PROBÍHÁ DO TŘÍ STUPŇŮ: H 3 PO 4 + + + Mgr. David Kollert Stránka 3
KYSLÍKATÉ KYSELINY Jedná se o tříprvkové sloučeniny: ve vzorci je na prvním místě vodík s oxidačním číslem plus jedna, na druhém místě kyselinotvorný prvek (halogen, N, P, S, C, Si, B, Mn ) s oxidačním číslem, které odpovídá koncovce v názvu kyseliny a na posledním místě je umístěn atom kyslíku s oxidačním číslem mínus dva. Při tvoření vzorce kyseliny vycházíme z toho, že počet záporných nábojů v molekule kyseliny musí odpovídat počtu kladných nábojů, aby molekula byla navenek elektroneutrální. kyselina dusičná: H I N V O 3 -II kyselina sírová: H 2 I S VI O 4 -II HNO 3 počet kladných nábojů je [1 + 5 = +6] počet záporných nábojů je [-2. 3 = -6] H 2 SO 4 počet kladných nábojů je [2.1 + 6 = 8] počet záporných nábojů je [4. -2 = -8] Pokud je v molekule kyseliny vázáno více atomů vodíku, vyjadřujeme jejich počet číslovkovými předponami (di-, tri-, tetra-) a latinským názvem vodíku hydrogen. Např: kyselina trihydrogenfosforečná H 3 PO 4 (u kyseliny sírové, siřičité, uhličité..počet atomů vodíku neuvádíme) KYSELINY SE DĚLÍ PODLE POČTU VODÍKU V MOLEKULE NA: jednosytné (HNO 2,HNO 3,HClO 3,HClO 4 ) dvojsytné (H 2SO 3,H 2 SO 4,H 2 CO 3) trojsytné (H 3 PO 4 ) REAKCE ZŘEDĚNÉ KYSELINY SÍROVÉ: s neušlechtilými kovy reaguje kyselina za vzniku soli a vodíku Zn + H 2 SO 4 H 2 + ZnSO 4 Fe + H 2 SO 4 H 2 + FeSO 4 s mědí zředěná kyselina sírová nereaguje (ušlechtilý kov) reakce kyseliny s oxidy kovů za vzniku vody a soli ZnO + H 2 SO 4 H 2 O + ZnSO 4 CuO + H 2 SO 4 H 2 O + CuSO 4 REAKCE ZŘEDĚNÉ KYSELINY CHLOROVODÍKOVÉ: s neušlechtilými kovy reaguje jako kys. sírová 2HCl + Zn H 2 + ZnCl 2 2HCl + Fe H 2 + FeCl 2 s mědí zředěná kys. chlorovodíková nereaguje Mgr. David Kollert Stránka 4
BEZKYSLÍKATÉ KYSELINY Jsou to kyseliny, jejichţ molekulu tvoří pouze atom vodíku a další nekovový prvek (halogen). Jejich názvy se skládají z podstatného jména kyseliny a z přídavného jména, které vznikne tak, ţe k názvu sloučeniny vodíku s nekovovým prvkem se přidá zakončení ová. HCl kyselina chlorovodíková (kyselina solná) HF kyselina fluorovodíková HBr kyselina bromovodíková HI kyselina jodovodíková H 2 S sulfan (sirovodík) ve vodném prostředí má téţ kyselé vlastnosti H 2 S +H 2 O H 3 O + + HS - HCN kyselina kyanovodíková Tabulka koncovek kyslíkatých kyselin oxidační č. koncovka příklad vzorec I - ná kyselina bromná H +I Br +I O -II II - atá kyselina olovnatá H +I 2 Pb +II -II O 2 III - itá kyselina boritá H +I B +III -II O 2 IV - ičitá kyselina uhličitá H +I 2 C +IV -II O 3 V - ičná - ečná kyselina dusičná kyselina chlorečná H +I N +V -II O 3 H +I Cl +V -II O 3 VI - ová kyselina sírová H +I 2 S +VI -II O 4 VII - istá kyselina jodistá H +I I +VII -II O 4 VIII - ičelá kyselina osmičelá H +I 2 Os +VIII -II O 5 Přehled důležitých kyselin: H 2 SO 4 KYSELINA SÍROVÁ (VITRIOL PO STARU) Vlastnosti: hustá, viskózní kapalina, neomezeně mísitelná s vodou (při mísení s vodou vţdy přidávám kyselinu do vody, jinak můţe dojít k výbuchu) Výroba: oxidace SO 2 na SO 3 pomocí katalyzátoru oxidu vanadičného (SO 2 se získá například praţením pyritu či spalováním síry) S + O 2 SO 2... SO 2 + O 2 SO 3 SO 3 + H 2 O (v 96 % H 2 SO 4 ) H 2 SO 4 (H 2 S 2 O 7 ) oleum dýmavá kyselina Mgr. David Kollert Stránka 5
Pouţití: výroba hnojiv, zpracování ropy, výroba barev, mýdla, výroba přírodního kaučuku, umělá vlákna, zpracování kovů HNO 3 KYSELINA DUSIČNÁ Vlastnosti: silná kyselina, silné oxidační činidlo Výroba: oxidace amoniaku NH 3 + O 2 rhenium) NO + H 2 O (katalyzátorem je platina, NO + O 2 NO 2.NO 2 + H 2 O HNO 3 + NO Pouţití: nejvíce na výrobu ledků (hnojiv..nh 4 NO 3 ), v organické chemii, výbušniny, pyrotechnika H 3 PO 4 KYSELINA TRIHYDROGENFOSFOREČNÁ Pouţití: výroba fosforečných hnojiv, potravinářský průmysl, zubní pasty, úprava povrchu kovů (fosfatování), prací prašky (ve velmi zředěném stavu je netoxická proto ochucovadlo pro šumivé nápoje typu coca coly. Výroba: oxidace fosforu a reakce s vodou P 4 + O 2 P 2 O 5 (P 4 O 10 )..+ H 2 O H 3 PO 4 HCl KYSELINA CHLOROVODÍKOVÁ (KYSELINA SOLNÁ) Vlastnosti: bezbarvá velmi těkavá kapalina, vzniká zaváděním chlorovodíku do vody. Nachází se v ţaludečních šťávách. Chlorovodík se připravuje reakcí kyseliny sírové s chloridem sodným NaCl + H 2 SO 4 HCl + NaHSO 4 Nebo přímou synthesou H 2 + Cl 2 2HCl Pouţití: úprava kovů (moření kovů), čistící prostředky, dobře rozpouští vodní kámen CaCO 3 + HCl H 2 O + CaCl 2 + CO 2 Mgr. David Kollert Stránka 6
HYDROXIDY Jedná se o tříprvkové sloučeniny, které obsahují hydroxidové aniony OH - vázané na kationty kovu ( Na, K, Al, Pb, Cu, Li, Ca, Ba, Fe.), (popř. na amonný kation NH 4 + ). Jedná se o látky, které ve vodném prostředí zvyšují koncentraci OH -, mají schopnost odštěpit skupinu OH - Tabulka koncovek hydroxidotvorných prvků Ox. č. Koncovka Příklad Vzorec I - ný hydroxid draselný K +I OH -I II - natý hydroxid vápenatý Ca +II -I (OH) 2 II - itý hydroxid ţelezitý Fe +III -I (OH) 3 IV - ičitý hydroxid manganičitý Mn +IV -I (OH) 4 NaOH Na + + OH - Ca(OH) 2 Ca 2+ + 2OH - Vzorec hydroxidu vytvoříme z jeho názvu tak, ţe ke značce prvku připojíme tolik skupin OH -, jaké hodnotě oxidačního čísla odpovídá zakončení přídavného jména. Skupina OH - v hydroxidech má oxidační číslo I. V případě, ţe atom kovu má oxidační číslo I skupinu OH nedáváme do závorky. KOH HYDROXID DRASELNÝ, NaOH HYDROXID SODNÝ (jejich roztoky se nazývají téţ louhy), jsou to bílé, pevné, ve vodě dobře rozpustné látky. Pouţívají se při výrobě papíru, mýdel, plastů.. Výroba: elektrolýzou Na 2 CO 3 (bezvodá soda) nahrazuje v mnoha případech NaOH při výrobě papíru, mýdla, pracích prášků dále se pouţívá na výrobu skla, či odsiřování elektráren. Dnes se jako soda na praní jiţ moc nepouţívá (nahrazena detergenty), ale stále se pouţívá NaHCO 3 Mgr. David Kollert Stránka 7
Ca (OH) 2 HYDROXID VÁPENATÝ (hašené vápno) pevná bílá látka, ve vodě méně rozpustná. Výroba: 1, pálení vápence (ve vápenkách) CaCO 3 CaO (pálené vápno) + CO 2 2, hašení páleného vápna CaO + H 2 O Ca (OH) 2 3, tvrdnutí vápenné malty Ca (OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O AMONIAK (ČPAVEK) NH 3 : Amoniak je plynná látka velice silně zapáchající, leptá pokoţku, je silně jedovatý, vzniká rozkladem rostlinných a ţivočišných zbytků a reaguje s vodou za vzniku hydroxidu amonného. NH 3 + H 2 O NH 4 OH Pouţití: výroba kyseliny dusičné, výroba průmyslových hnojiv, barviv a sody, důleţité rozpouštědlo Výroba: N 2 + H 2 NH 3 (400 C, 20 MPa, katalyzátorem je ţelezo) DALŠÍ HYDROXIDY: h. měďnatý Cu(OH) 2 h. lithný LiOH h. ţeleznatý Fe(OH) 2 h. hlinitý Al(OH) 3 ZÁSADOTVORNÉ A KYSELINOTVORNÉ OXIDY 1. Oxidy, které reagují s vodou za vzniku kyseliny, nazýváme kyselinotvorné (SO 2, P 2 O 5, SO 3, CO 2, NO 2.) CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 NO 2 + H 2 O HNO 3 SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 2. Oxidy, které reagují s vodou za vzniku hydroxidů, jsou zásadotvorné oxidy. CaO + H 2 O Ca(OH) 2 K 2 O + H 2 O KOH Mgr. David Kollert Stránka 8
INDIKÁTORY Kyselost a zásaditost roztoků určujeme nejčastěji pomocí acidobazických indikátorů. Tyto indikátory slouţí k rychlému a přibliţnému určování hodnot ph roztoků. Jsou to organické látky, které při určité kyselosti roztoku změní své zabarvení v určitém rozsahu ph a tím i zabarvení roztoku. indikátor Kyselý roztok Zásaditý roztok Fenolftalein Bezbarvý Červený Tymolová modř Červená Ţlutý metyloranţ červená ţlutý V praxi se pouţívá směsi indikátorů = univerzální indikátor Mgr. David Kollert Stránka 9
Pracovní list: Napiš schéma disociace molekuly vody: Doplň tabulku Koncentrace H 3 O + (H + ) ph Reakce roztoku Proveď rozdělení kyselin podle počtu vodíku v molekule: Charakterizuj hydroxidy, uveď příklad: Pracovní list: Mgr. David Kollert Stránka 10
Řešení Napiš schéma disociace molekuly vody: H 2 O H + + OH - H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - Doplň tabulku Koncentrace H 3 O + (H + ) ph Reakce roztoku Konc. je větší než 10-7 (10-6, 10-5, 10-4 ) ph < 7 Kyselá Konc. je rovna 10-7 ph = 7 Roztok je neutrální Konc. je menší než 10-7 (10-8,10-9, 10-10 ) ph > 7 Roztok je zásaditý Proveď rozdělení kyselin podle počtu vodíku v molekule: jednosytné (HNO 2,HNO 3,HClO 3,HClO 4 ) dvojsytné (H 2 SO 3,H 2 SO 4,H 2 CO 3) trojsytné (H 3 PO 4 ) Charakterizuj hydroxidy a uveď příklad: Hydroxidy mají schopnost ve vodném roztoku uvolňovat hydroxidové anionty OH - Mg (OH) 2 Mg +2 + OH - NaOH Na + + OH - NH 4 OH NH + 4 + OH - Mgr. David Kollert Stránka 11