2.2. Kiseline i baze

Uvod

Kiseline mogu otopiti školjke

Upotreba kiselina u 3D printerima

Kiseline

Kiseline koje u svom sastavu imaju kisik, kao na primjer sumporna kiselina, dušična, fosforna, ili perklorna kiselina nastaju reakcijom odgovarajućega oksida nemetala s vodom.

[latex]nemetal{\space \stackrel{O_2}{\longrightarrow }}\space oksid\space nemetala{\space \stackrel{H_2O}{\longrightarrow }}\space kiselina[/latex]

Jednadžbe kemijskih reakcija dobivanja nekih kiselina:

[latex]SO_3\left(g\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow H_2SO_4\left(aq\right)[/latex]

[latex]N_2O_5\left(g\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow \space 2HNO_3\left(aq\right)[/latex]

[latex]Cl_2O_7\left(g\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow 2HClO_4\left(aq\right)[/latex]

Dobivanje fosforne kiseline

Dobivanje dušične i dušikaste kiseline

[latex]HCl\left(g\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow H_3O^+\left(aq\right)\space +\space Cl^–\left(aq\right)[/latex]

 

Oksonijev ion, H3O+, ima oblik trostrane piramide i nositelj je kiselih svojstava kiselina.

[latex]CH_3COOH\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\rightleftharpoons CH_3COO^–\left(aq\right)+H_3O^+\left(aq\right)\space\space \mathit{K}_a=1,7\times 10^{–5}\space mol \space dm^{–3}[/latex]

Svojstva nekih kiselina

Svojstva nekih kiselina navedena su u prikazu koji slijedi. Ispod rotirajućeg modela kliknite na ikonu i pročitajte još o nekim svojstvima kiselina.

Klorovodična kiselina je jaka monoprotonska kiselina, koja u vodi potpuno ionizira.

[latex]HCl\left(g\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow \space H_3O^+\left(aq\right)+\space Cl^–\left(aq\right)[/latex]

Soli klorovodične kiseline, nazivaju se kloridi.

Klorovodična kiselina koristi se u proizvodnji mnogih anorganskih i organskih spojeva, metalurgiji, industriji boja i tekstilnoj industriji, u proizvodnji PVC-plastike i drugog.

Čista dušična kiselina bezbojna je hlapljiva tekućina neugodnog mirisa. Na zraku se pod utjecajem svjetlosti raspada pa se čuva u tamnim bocama. Proizvodi se u velikim količinama od amonijaka. Dušična kiselina je jaka monoprotonska kiselina, koja u vodi potpuno ionizira.

[latex]HNO_3\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow \space H_3O^+\left(aq\right)\space +NO_3^–\left(aq\right)[/latex]

Soli dušične kiseline, nazivaju se nitrati.

Uporaba dušične kiseline vrlo je raznovrsna. Koristi se za dobivanje različitih nitratnih soli, nitriranje organskih spojeva, u industriji boja, farmaceutskoj industriji, u proizvodnji umjetnih gnojiva i eksploziva itd.

Sumporna kiselina, jedna je od industrijski najvažnijih kiselina. Čista sumporna kiselina je uljasta, bezbojna, gusta, vrlo higroskopna tekućina. Sumporna kiselina je jaka diprotonska kiselina koja u vodenim otopinama ionizira u dva stupnja:

I stupanj

[latex]H_2SO_4\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow H_3O^+\left(aq\right)\space +\space HSO_4^–\left(aq\right)[/latex]

II stupanj

[latex]HSO_4^–\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow H_3O^+\left(aq\right)\space \space +\space \space SO_4^{2–}\left(aq\right)[/latex]

zbirna reakcija:

[latex]H_2SO_4\left(aq\right)\space +\space 2H_2O\left(l\right)\space \longrightarrow \space 2H_3O^+\left(aq\right)\space +\space SO_4^{2–}\left(aq\right)[/latex]


Soli sumporne kiseline su hidrogensulfati i sulfati.

 

Uporaba sumporne kiseline vrlo je raznovrsna. Koristi se u proizvodnji plastičnih masa, umjetnih gnojiva, papira, boja i pigmenata, sapuna, detergenata i drugdje.

Fosforna kiselina je triprotonska, srednje jaka kiselina koja u vodi ionizira u tri stupnja.

I. stupanj

[latex]H_3PO_4\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space H_3O^+\left(aq\right)\space +\space H_2PO_4^–\left(aq\right)[/latex]

II stupanj 

[latex]H_2PO_4^–\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons H_3O^+\left(aq\right)\space +\space HPO_4^{2–}\left(aq\right)[/latex]


III stupanj

[latex]HPO_4^{2–}\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space H_2O^+\left(aq\right)\space +\space PO_4^{3–}\left(aq\right)[/latex]

 

Reakcija ionizacije je reverzibilna jer fosforna kiselina ne ionizira potpuno.

Soli fosforne kiseline su: dihidrogenfosfati, hidrogenfosfati i fosfati.

Fosforna kiselina koristi se za proizvodnju sapuna i detergenata i u proizvodnji gnojiva, različitih otrova za zaštitu u poljoprivredi, bojnih otrova itd.

E338 je oznaka za fosfornu kiselinu koja se dodaje kao aditiv u prehrambenoj industriji, za zakiseljavanje hrane i pića.

Octena kiselina, je organska kiselina. Među organskim kiselinama to je jača kiselina, iako je u usporedbi s anorganskim kiselinama, slaba. Organske kiseline sadrže karboksilnu funkcionalnu skupinu, –COOH. Slabe kiseline u vodenim otopinama vrlo slabo disociraju, pa je ravnoteža u reakciji disocijacije pomaknuta na stranu molekulskoga oblika kiseline.

[latex]CH_3COOH\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space H_3O^+\left(aq\right)\space +\space CH_3COO^–\left(aq\right)[/latex]

Soli octene kiseline nazivaju se acetati.

Jestivi ocat je razrijeđena otopina octene kiseline (5 do 9 %), a od davnina se dobiva vrenjem alkoholnih otopina.

Koristi se za konzerviranje povrća, kao začin u različitim jelima, a i u proizvodnji lijekova, primjerice, aspirina.

Baze

Čiste baze uglavnom su čvrste tvari, a u laboratoriju se najčešće rabe njihove otopine.

Dobivanje baza

Baze nastaju reakcijom odgovarajućega oksida metala s vodom.

[latex]metal{\space \stackrel{O_2}{\longrightarrow }}\space oksid\space metala{\space \stackrel{H_2O}{\longrightarrow }}\space hidroksid\space metala (baza)[/latex]  

Primjer nastajanja kalcijeve lužine

[latex]Ca(s){\space \stackrel{O_2}{\longrightarrow }}\space CaO(s){\space \stackrel{H_2O}{\longrightarrow }}\space Ca(OH)_2(s)[/latex]

Ako je hidroksid topljiv u vodi, nastaje odgovarajuća lužina. 

[latex]{\ce{Ca(OH)2(s)<=>[H2O]}}[/latex] [latex]{\ce{Ca^{2+}(aq) + 2OH^{-}(aq)}}[/latex]

Prema tome lužine su vodene otopine hidroksida (baza) koje u reakciji s vodom povećavaju koncentraciju hidroksidnih, OH iona.

Jake baze u reakciji s vodom potpuno disociraju. Njihovu disocijaciju u vodi pišemo sa strelicom u jednom smjeru.

[latex]NaOH(s){\space \stackrel{H_2O}{\longrightarrow }}\space Na^+(aq)\space +\space OH^–(aq)[/latex]

Kod slabih baza ne reagiraju s vodom sve molekule, nego tek jedan dio njih. Baza je to slabija što manji broj molekula reagira s vodom, odnosno što je manja koncentracija ionizacijom nastalih iona (OH i B+). Njihovu ionizaciju u vodi pišemo sa ravnotežnim strelicama.

[latex]NH_3(g)+H_2O(l)\space \rightleftharpoons \space NH^+_4(aq)+OH^–(aq)\space \space \mathit{K_{\mathit{a}}}=1,8\times 10^{–5}[/latex]

Svojstva nekih baza

Svojstva nekih baza navedena su u prikazu koji slijedi. Ispod rotirajućeg modela kliknite na ikonu i pročitajte još o nekim svojstvima baza.

Natrijev hidroksid bijela je neprozirna kristalna tvar, a najčešće se proizvodi u obliku granula ili listića. Vrlo je higroskopan.

Natrijev hidroksid dobro se otapa u vodi uz oslobađanje topline pri čemu nastaje jaka natrijeva lužina. 

[latex]NaOH(s){\space \stackrel{H_2O}{\longrightarrow }}\space Na^+(aq)\space +\space OH^–(aq)[/latex]

Natrijev hidroksid je jedan od najčešće upotrebljavanih hidroksida u kemijskoj industriji. Koristi se u industriji sapuna, papira, boja, umjetne svile i drugog. Ima ga u sredstvima za čišćenje pećnica i odčepljivanje odvoda.

Amonijak je bezbojan plin oštrog i karakterističnog mirisa, a dobiva se sintezom elemenata pri tlaku od 200 do 300 bara i temperaturi 450 °C.

[latex]N_2(g)+3H_2(g)\space \rightleftharpoons \space 2NH_3(g)[/latex]

Amonijak je slaba baza. Amonijak s vodom protolitički reagira, povećavajući pri tom koncentraciju hidroksidnih iona.

[latex]NH_3(g)+H_2O(l)\space \rightleftharpoons \space NH^+_4(aq)+OH^–(aq)[/latex]

Soli amonijaka su amonijeve soli.

Amonijak je vrlo važna sirovina u kemijskoj industriji, proizvodnji umjetnih gnojiva i plastičnih masa i eksploziva.

Etilamin je slaba organska baza mirisa po amonijaku. U reakciji s vodom je proton akceptor.

[latex]CH_3CH_2NH_2\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space CH_3CH_2NH_3^+\left(aq\right)\space +\space OH^–\left(aq\right)[/latex]

Etilamin se koristi se kao sirovina u organskoj kemijskoj industriji.

U vrlo burnoj reakciji kalija s vodom oslobađa se vodik i nastaje kalijeva lužina. Reakcija je egzotermna.

Reakcija kalija s vodom

jednadžba kemijske reakcije:

[latex]2K\left(s\right)+2H_2O\left(l\right)\longrightarrow 2KOH\left(aq\right)+H_2\left(g\right)[/latex]