Kyseliny Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Hana Bednaříková. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz; ISSN 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozuje Národní ústav pro vzdělávání, školské a poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV).
10 KYSELINY Kyseliny jsou dvou- a víceprvkové sloučeniny. Je v nich vždy vázán vodík a kyselinotvorný prvek (např. chlor, síra, dusík, fosfor, uhlík). Ve většině kyselin je vázán i kyslík. Společným znakem kyselin je schopnost odštěpovat ve vodném prostředí vodíkové kationty H +. Tyto kationty však nemohou existovat samostatně, vážou se na molekuly vody a vznikají oxoniové kationty H 30 +. Kyseliny, které ve vodném prostředí odštěpují vodíkový kation z karboxylové skupiny -COOH, patří mezi organické kyseliny; ostatní kyseliny jsou anorganické. Většinu kyselin lze získat v bezvodém stavu jako kapalné nebo pevné krystalické látky. Některé kyseliny existují pouze ve vodném roztoku (např. kyselina chlorovodíková, kyselina uhličitá). Roztoky s velkou hodnotou hmotnostního zlomku kyseliny se nazývají koncentrované: např. koncentrovaná kyselina chlorovodíková, w(hci) = 37 %, kyselina dusičná, w(hn03) = 67 %, kyselina sírová, W(H2S04) = 98 %. Mezi silné kyseliny patří kyselina chlorovodíková, sírová a dusičná. Středně silnou kyselinou je kyselina fosforečná a velmi slabou kyselinou kyselina uhličitá. Běžné organické kyseliny (např. citronová, octová nebo mravenčí) se počítají mezi slabé. Koncentrované anorganické a některé organické kyseliny jsou nebezpečné žíraviny! Názvy kyselin jsou dvouslovné. Skládají se z podstatného jména kyselina a z přídavného jména, které určuje typ kyseliny: název kyseliny kyselina sírová podstatné jméno + přídavné jméno kyselina sírová Názvy anorganických a organických kyselin se tvoří rozdílným způsobem, Pro názvy anorganických kyselin pak platí jiná pravidla u bezkyslíkatých kyselin a jiná u kyselin kyslíkatých, které obsahují vázaný kyslík. Přídavné jméno názvu bezkyslíkaté kyseliny se tvoří přidáním zakončení -ová k příslušnému názvu sloučeniny kyselinotvorného prvku s vodíkem. Například od chlorovodíku HCI je odvozen název kyselina chlorovodíková od fluorovodíku HF pak kyselina fluorovodíková, od sulfanu H2S kyselina sulfanová. Přídavné jméno v názvu kyslíkatých kyselin se tvoří z názvu kyselinotvorného prvku a zakončení, které vyjadřuje oxidační číslo atomu tohoto prvku v kyselině (příklady uvádí tabulka). Oxidační číslo atomu kyselinotvorného prvku přídavné jméno v názvu Kyselina vzorec C IV uhličitá H 2CO 3 N v dusičná HNO 3 S VI sírová H 2SO 4 Kyselina chlorovodíková HCI, roztok chlorovodíku ve vodě, je bezbarvá těkavá kapalina. Jako silná kyselina se při dostatečném zředění ve vodném roztoku zcela štěpí na kationty vodíku a chloridové anionty: HCI H + + Cl - Malé množství kyseliny chlorovodíkové (w = 0,3 % až 0,4 %) se vyskytuje v žaludeční šťávě. Podílí se hlavně na trávení" bílkovin z potravy. Pokud se však naruší na vnitřní straně žaludku speciální vrstva buněk, může způsobit onemocnění nazývané žaludeční vředy. Kyselina chlorovodíková ze žaludeční šťávy může způsobit také pálení žáhy".
Technická kyselina bývá sloučeninami železa zbarvena dožluta. Prodává se pod starším označením kyselina solná. Zařízení i obaly, v nichž se kyselina přechovává, musí být z kyselinovzdorného materiálu (keramické materiály, PVC, polyethylen, sklo). Kyselina chlorovodíková se používá k výrobě různých organických látek (např. barviv, plastů), v textilním, koželužském a potravinářském průmyslu, k čištění plechů před smaltováním a letováním. Kyselina dusičná HN03 je bezbarvá kapalina. Dodává se jako koncentrovaná 67%. Je to silná kyselina, která se při dostatečném zředění ve vodném roztoku zcela štěpí na kationty vodíku a dusičnanové anionty: HN03 H + + NO - Kyselina dusičná je po kyselině sírové průmyslově nejvýznamnější anorganická kyselina. Používá se především při výrobě dusíkatých organických sloučenin (uplatňují se jako výbušniny - např. dynamit, Semtex; dále jako barvářské a farmaceutické suroviny, syntetická vlákna) a při výrobě dusíkatých průmyslových hnojiv (dusičnanů - ledků). Kyselina sírová H 2S0 4 je bezbarvá, olejovitá kapalina o velké hustotě. Je to silná kyselina, která se při dostatečném zředění ve vodném roztoku zcela štěpí, vznikají kationty vodíku a síranové anionty: H2SO4 2 H + + SO 4 Kyselina sírová má schopnost pohlcovat vodu (vodní páru i kapalnou vodu) a odštěpovat atomy vodíku a kyslíku (v poměru 2 :1 jako ve vodě) z molekul organických látek. Například dřevo, papír, cukr a tkaniny ve styku s koncentrovanou kyselinou sírovou uhelnatí, na pokožce vznikají popáleniny, které se obtížně hojí. Zvlášť nebezpečný je chybný postup při ředění koncentrované kyseliny. Kyselinu je nutné při zřeďování lít do vody a roztok promíchávat! Při styku vody s kyselinou totiž dochází k prudkému uvolnění tepla, kapalná voda se přeměňuje v páru a kyselinu rozstřikuje. Při práci s touto žíravinou používáme ochranné pomůcky (gumové rukavice a ochranný obličejový štít). Velice opatrně je nutno pracovat i s 32% roztokem této kyseliny, který se používá do olověných elektrických akumulátorů v automobilech. Kyselina sírová je průmyslově nejvýznamnější anorganická látka. Asi jedna polovina vyrobeného množství se využívá k získávání průmyslových hnojiv (superfosfátů). Uplatňuje se při čištění ropy a při zpracovávání dehtů, v textilním, papírenském a potravinářském průmyslu. Je nezbytnou chemikálií v laboratořích. Kyselina fosforečná (přesněji trihydrogenfosforečná) H 3P0 4 se většinou vyrábí jako 85% roztok, což je sirupovitá kapalina. Vyrábí se reakcí oxidu fosforečného s vodou nebo reakcí fosforečnanů s kyselinou sírovou. Kyselina fosforečná se v nízkých koncentracích používá jako přísada do nealkoholických nápojů, zejména perlivých. Uplatňuje se rovněž při výrobě protikorozních nátěrů, léčiv a při výrobě zubních past (brusné a leštící složky). Sloučeniny kyseliny fosforečné s organickými látkami v buňkách organismů mají zásadní význam pro život. Kyselina uhličitá H 2C0 3 je velmi slabá kyselina a existuje jen ve vodném roztoku. Vzniká při rozpouštění malého množství oxidu uhličitého C02 ve vodě. Je v nepatrné míře přítomna i v perlivých balených vodách, limonádách a v pivu. Snadno se rozkládá na oxid uhličitý a vodu. Kyselina siřičitá H2S03 existuje jen ve vodném roztoku. Vzniká při reakci oxidu siřičitého s vodou: 2 S02 + H20 H2S03 Pokud je v atmosféře také oxid siřičitý (vznikající např. při spalování uhlí znečištěného sírou), reaguje se vzdušnou vlhkostí a k zemi padá ve formě kyselých dešťů i kyselina siřičitá.
KYSELOST A ZÁSADITOST VODNÝCH ROZTOKŮ Ve vodě je velice malé množství molekul rozštěpeno na stejný počet kationtů vodíku (přesněji oxoninových kationtů) a hydroxidových aniontů: H2O H + + OH - (2 H20 H30 + + OH - ) Pokud koncentrace kationtů vodíku a hydroxidových aniontů zůstává v poměru 1:1 i po rozpuštění další látky ve vodě, je roztok neutrální. Jestliže se ve vodě zvětšuje koncentrace vodíkových kationů (např. po přídavku kyseliny), zvětšuje se kyselost roztoku. Pokud se ve vodě rozpouští hydroxid, zvětšuje se koncentrace hydroxidových aniontů a zvětšuje se zásaditost roztoku. Kyselost a zásaditost roztoku mohou ovlivňovat i ionty vzniklé rozpuštěním solí. Některé ionty solí na sebe mohou vázat volné ionty H + nebo OH -, a tím měnit jejich vyrovnaný poměr. Například hydrogenuhličitan sodný (jedlá soda) uvolňuje do vodného roztoku ionty Na + a HCO3. Kationty sodné s hydroxidovými anionty nereagují, ale hydrogenuhličitanové anionty na sebe vážou kationty vodíku. V roztoku převažují volné ionty OH -, a roztok tudíž reaguje slabě zásaditě. K přesnějšímu určení kyselosti nebo zásaditosti vodných roztoků byla zavedena stupnice ph (čtěte pé-há) s hodnotami od 1 do 14. V této stupnici má neutrální roztok hodnotu ph = 7, kyselý roztok ph < 7 a zásaditý ph > 7. Látky, které obdobně jako lakmus mění svou barvu v závislosti na hodnotě ph roztoku, jsou indikátory. Udržení určité hodnoty ph prostředí má značný význam při chemických reakcích a je důležité pro životní děje v buňkách organismů. Hodnoty ph roztoků se přibližně určují podle barvy indikátorů a přesně se měří přístroji (ph-metry). Kyselé a zásadité roztoky spolu reagují. Při těchto reakcích kationty vodíku (oxoniové ionty) reagují s anionty hydroxidovými, vzniká voda a uvolňuje se teplo: H+ + OH - H20 + teplo (H30+ + OH - 2 H20 + teplo) Jestliže se při reakci dosáhne stejné koncentrace obou reagujících iontů (ph = 7), vznikne neutrální roztok. Tato reakce kationtů vodíku s hydroxidovými anionty za vzniku vody se nazývá neutralizace. Kyselé roztoky lze neutralizovat zásaditými roztoky a naopak. Neutralizace se využívá při zpracování surovin a při výrobě mnoha látek (např. solí), při úpravě odpadních vod, v laboratořích. Také podstata první pomoci při polití pokožky kyselinou nebo louhem spočívá v neutralizaci. Nejprve je však nutné žíravinu na pokožce důkladně omýt proudem vody a teprve pak použít předepsaný prostředek k neutralizaci. V tomto případě nelze silnou kyselinu neutralizovat silným hydroxidem a obráceně, protože by se poškození organismu zvětšilo. K tomuto účelu se při ošetření míst zasažených hydroxidy používají zředěné roztoky slabých kyselin (např. organických kyselin - kyseliny octové, citronové). Roztoky, které reagují slabě zásaditě (např. roztok hydrogenuhličitanu sodného - jedlé sody), se zase používají při ošetření míst zasažených kyselinami.
?... 1. Vyberte správnou odpověď. Při polití pokožky kyselinou sírovou (např. z automobilového akumulátoru) poskytneme první pomoc: a) osušením suchým hadříkem a natřením mastí proti popáleninám, b) omytím.., c), d)... 2. Vyberte správnou odpověď. Při polití pokožky kyselinou sírovou (např. z automobilového akumulátoru) poskytneme první pomoc: a) osušením suchým hadříkem a natření mastí proti popáleninám b) omytím proudem vody a případně roztokem "jedlé" sody nebo mýdlovým roztokem a opět proudem vody c) omytím proudem vody a případně roztokem kyseliny citronové nebo octem d) neučiníme nic a odvedeme postiženého k lékaři 3. Měřením jsme zjistili, že ph octa je 2,8, mléka 6,5, vína 3,1, piva 4,5, minerální vody 8,2. Určete, které roztoky jsou kyselé. a) ocet b) minerální voda c) víno d) pivo 4. Měřením jsme zjistili, že ph octa je 2,8, mléka 6,5, vína 3,1, piva 4,5, minerální vody 8,2. Určete, které roztoky jsou zásadité. a) ocet b) mléko c) minerální voda d) víno 5. Žaludeční šťáva zdravého člověka obsahuje asi 0,5% kyseliny chlorovodíkové. Vyberte správný údaj o hodnotě ph této šťávy. a) ph<7 b) ph=7 c) ph>7
----------Klíč---------- 1. (b) 2. (a) (c) (d) 3. (c) 4. (a) Použité zdroje Václav Pumpr, Martin Adamec, Pavel Beneš, Věra Scheuerová, Základy přírodovědného vzdělávání pro SOŠ a SOU CHEMIE, druhé aktualizované vydání, Praha, FORTUNA 2010