Кислоталар

Кислоталар
Грозящая опасность	отравление кислотой[d]
Өлөшләтә тура килә	кислый[d]
Ҡапма-ҡаршыһы	Нигеҙ
Кислоталар Викимилектә

Кислоталар — тоҙҙар барлыҡҡа килгәндә металл менән алмашыныуға һәләтле водороды булған әскелтем шыйыҡ химик ҡушылма.

Кислоталарҙы водород катионын бирергә һәләтле һәм (Дания ғалимы хөрмәтенә аталған Брёнстед кислоталарына) йәки ковалент бәйләнеш булдырып, электрон парҙар ҡабул итергә һәләтле берләшмәләр — Америка ғалимы иҫтәлегенә аталған Льюис кислоталарына бүлеп ҡарайҙар.

Көнкүрештә һәм техникала кислоталар тип ғәҙәттә Брёнстед кислоталарын атайҙар, улар һыу иретмәләрендә артыҡ гидроксоний иондарын H₃O⁺ хасил итә. Был иондар кислоталарға әскелтем тәм бирә, химик индикаторҙарҙың төҫөн үҙгәртә һәм, концентрацияһы юғары булған осраҡта, кислоталарҙа ҡуҙғытыу һәләтлеге тыуҙыра ала. Кислоталарҙағы водородтың беркетелмәгән атомы металдар атомы менән урындарын алмаша ала, был осраҡта металдар катионы менән кислотаның ҡалған өлөшөнән торған тоҙҙар барлыҡҡа килә.

Кислота билдәләмәһе

Кислоталар тураһындағы ҡараштың үҙгәреү тарихы

Кислоталар һәм нигеҙҙәр теорияһын беренсе төҙөүсе швед ғалимы Сванте Август Аррениус

Бер-береһенә оҡшаш һәм яҡын үҙенсәлектәргә эйә химик берләшмәләр булған кислоталар бик борондан билдәле.

1778 йылда француз химигы Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794) кислоталарҙа кислород булғанға, улар үҙенсәлекле сифаттарға эйә тигән гипотеза тәҡдим итә. Был гипотеза нигеҙһеҙ була, сөнки күп кенә кислоталар составында кислород бөтөнләй юҡ, шул үк ваҡытта кислородлы химик берләшмәләрҙең күбеһенә кислота үҙенсәлектәре бер ҙә хас түгел. Антуан Лавуазьеның фаразы дәлилһеҙ булыуына ҡарамаҫтан, химик элемент булараҡ кислородҡа исем биреүгә сәбәпсе була. 1833 йылда немец химигы Юстус фон Либих (1803—1873) кислотаға металл менән алмашына алған водороды булған берләшмә тигән билдәләмә бирә.

Швед физигы һәм химигы Сванте Август Аррениус кислоталарҙың һәм химик берләшмә булған нигеҙҙәрҙең дөйөм теорияһын беренсе төҙөргә ынтылыш яһай. 1887 йылда ул кислота һыу иретмәһендә водород иондары булдырып, диссоцирлана торған (иондар һәм радикалдарға тарҡалыусы) берләшмә тип фараз итә H⁺. Тик Аррениус теорияһының сикләнгән булыуы асыҡлана.

1920-се йылдарҙа Франклин менән Ганч кислоталар теорияһын үҫтереүгә үҙ өлөшөн индерә. А. Ганч 1917—1927 йылдарҙа кислоталар һәм нигеҙҙәр теорияһын үҙ эштәрендә тасуирлай . Ганч кислоталар водород берләшмәләре, уларҙа водородтың урынын металдар, йәки металл булмаған радикалдар алып, тоҙҙар барлыҡҡа килтерә ала, тигән һығымта яһай.

1923 йылда Лоури һәм Льюистың әлеге ваҡытта киң ҡулланылған кислоталар һәм нигеҙҙәр теорияһы булдырыла.

Брёнстед — Лоури теорияһында кислота

Брёнстед — Лоури теорияһы буйынса, уксус кислотаһы, һыу менән реакция ваҡытында протонды биреп, Брёнстед кислотаһы булараҡ сығыш яһай. Һөҙөмтәлә гидроксоний ацетат-ионы һәм катионы барлыҡҡа килә

1923 йылда бер үк ваҡытта, бер—береһенә бәйләнмәгән ике физик һәм химик — Дания ғалимы Йоханнес Николаус Брёнстед (1879—1947) менән инглиз ғалимы Томас Мартин Лаури (1874—1936) нигеҙләгән кислоталар һәм нигеҙҙәрҙең протон теорияһы буйынса кислота тип башҡа химик берләшмәгә — нигеҙгә протонын бирә алыусы берләшмә йәки молекуляр ион атала.

«Брёнстед — Лоури теорияһы» буйынса, кислоталарҙың һәм нигеҙҙәрҙең бер-береһенә тәьҫир итешеүе ваҡытында һәр саҡ протон доноры булған кислота (Брёнстед кислотаһы) һәм уға бәйле нигеҙ — протон (Бёрнстед нигеҙен) үҙенә ҡуша алған теләһә ниндәй берләшмә була. Нигеҙҙе кислотанан протон айырылыу продукты итеп ҡарап булғанлыҡтан, уға бәйле кислотаның электрик заряды был нигеҙҙең зарядына ҡарағанда һәр саҡ бер дәүмәлгә кәмерәк була. Шулай, мәҫәлән, HCl килотаһына уға бәйле нигеҙ — хлорид-ион Cl яраҡлы⁻.

Кислота Льюис теорияһында

Льюис кислотаһы (А) үҙенең электрон пары Льюис нигеҙенә (В) акцептор булып тора һәм уның менән ковалент бәйләнеш булдыра

1923 йылда Америка физигы һәм химигы Гилберт Ньютон Льюис (1875—1946) тәҡдим иткән электрон теория буйынса, кислота — ике электронды ҡабул итеүсе һәм ошо ике электрон иҫәбенә Льюис нигеҙе менән бәйләнеш булдырыусы матдә. Льюис теорияһы буйынса һигеҙ электронлы тулы булмаған тышлыҡлы молекулалар (BF₃, SO₃), комплекстар булдыра алыусы металдар катинодары(Fe²⁺, Zn²⁺), күсемле металдарҙың галогенидтары (TiCl₄), поляр ике бәйләнешле молекулалар (SO₂), карбокатиондар кислота була ала. Брёнстед — Лоури теорияһынан айырмалы, Льюис теорияһы дөйөмөрәк һәм кислоталарҙың күберәк төрөн үҙ эсенә ала.

Льюис кислотаһының Льюис нигеҙе менән тәьҫирләшеү һәләтен билдәләүсе төп үҙенсәлек— электрон парҙы ҡабул итеүсе молекуланың иң түбән орбиталенең электрон пары ташлап киткән иң юғары орбиталгә энергетика буйынса тап килеүе. Был үҙенсәлек Пирсондың ҡаты һәм йомшаҡ нигеҙҙәр принцибы сиктәрендә (принцип ЖМКО) иҫәпкә алына. Был принцип буйынса йомшаҡ нигеҙҙәр йомшаҡ кислоталар менән, ә ҡаты кислоталар ҡаты нигеҙҙәр менән тәьҫир итешергә әҙер. Был осраҡта ҡаты кислоталар тип ҙур ыңғай зарядлы, ҙур электр тиҫкәрелекле һәм түбән полярлашыулы Льюис кислоталарын атайҙар . Һәм киреһенсә, йомшаҡ кислоталар бәләкәй ыңғай зарядлы, түбән электр тиҫкәрелекле һәм юғары полярлашыулы. Был үҙенсәлектәр әкрен генә үҙгәргәнлектән, Льюис кислоталарының ҡайһы берҙәре ҡаты менән йомшаҡ кислоталар араһындағы урындарҙы алып тора. ЖМКО принцибының кислоталарҙың көсөн баһалау өсөн дәүмәл критерийы юҡ, шуға күрә аналитик иҫәпләүҙәрҙә ҡулланыла алмай.

Кислота Усановичтың дөйөм теорияһында

1939 йылда М. И. Усанович кислота һәм нигеҙҙәрҙең дөйөм теорияһын яҙа, ул теория буйынса кислота тип катиондарҙы, шул иҫәптән протондарҙы, йәки үҙенә аниондарҙы, шулай уҡ электрондарҙы ҡуша алған киҫәксә атала. Шулай итеп, Усанович теорияһы буйынса кислота төшөнсәһе Брёнстедтың да, Льюистың да кислотаһын, шулай уҡ окислителдәрҙе лә үҙ эсенә ала. Бынан тыш, кислоталыҡ төшөнсәһе, нигеҙлек (основность) кеүек үк, Усанович теорияһында айырым матдәнең функцияһы итеп кенә ҡаралмай, ә реакция буйынса партнерына бәйле уйнаған роле итеп ҡарала.

Кислоталарҙың номенклатураһы

Органик булмаған кислоталарҙың номенклатураһы

Составында кислород булған кислоталарҙың атамалары ике өлөштән тора: рус телендәге атамаһында сифат һүҙе ҡушылған үҙ атамаһынан һәм кислота төркөм атамаһынан (көкөрт кислотаһы, фосфор кислотаһы). Кислотаның үҙ атамаһы кислота булдырыусы химик элекменттың рус телендәге атамаһына төрлө суффикстар ялғау юлы менән булдырыла (быны нисек тәржемә итергә?):

• -н-, -ов-, -ев- (если элемент находится в единственной или высшей степени окисления);
• промежуточная степень окисления +5 обозначается суффиксом -новат- (хлорноватая кислота HClO₃, бромноватая кислота HBrO₃, иодноватая кислота HIO₃);
• промежуточные степени окисления +3 и +4 обозначаются суффиксом -(ов)ист- (мышьяковистая кислота HAsO₂, хлористая кислота HClO₂);
• степень окисления +1 обозначается суффиксом -новатист- (азотноватистая кислота H₂N₂O₂, хлорноватистая кислота HClO).

Әгәр кислота булдырыусы элемент ике кислотала ла бер үк окиселләнеү дәрәжәһендә булһа, тик кислоталар бер-береһенән «һыу миҡдары» менән генә айырылһа, кислороды әҙерәгенә мета- ялғауы ҡушыла, ә кислороды күберәк булһа — орто- ялғауы, мәҫәлән, метафосфор кислотаһы HPO₃ һәм ортофосфор кислотаһы H₃PO₄.

Бер нисә кислота булдырыусы элементлы, составында кислородлы кислоталар изополикислоталар тип атала. Уларҙы ғәҙәттәге (дифосфорная кислота H₄P₂O₇, дисерная кислота H₂S₂O₇) тип йөрөтәләр.

Кислород атомдары көкөрт атомдарына алмашынған кислоталар тиокислоталар тип атала и һәм уларға тио- ҡушымтаһы ялғана (тиофосфорная кислота H₃PO₃S). Әгәр ҙә кислотаның гидроксиль төркөмө, йәки кислород атомдары галогендар атомына йәки аминотөркөмгә алмашынһа, атамаға тейешле ҡушымта ялғана (амидофосфорная кислота H₂PO₃NH₂), а ә алмашынған көкөрт кислоталары ғәҙәттә сульфон (хлорсульфоновая кислота ClSO₃H) тип атала.

Пероксид -O-O- күперлеләр- пероксокислоталар, һәм улар пероксо- (пероксомоносерная кислота H₂SO₅), йәки над- (надсерная кислота) тип атала.

Кислоталарҙың системаланған исемлегендә кислота булдырыусы элементтың латинса атамаһына -ат суффиксын ялғайҙар, ә ҡалған элементтарҙың йәки аниондағы төркөмө атамалары приставка (алдағы ҡушымта) менән билдәләнә. Йәйә эсендә кислота булдырыусы элементтың окисләнеү дәрәжәһен күрһәтәләр (әгәр ул бөтөн һан булһа). Кире осраҡта атамаға водород атомдарының һанын да ҡушалар : HClO₄ — тетраоксохлорат(VII) водорода (хлорная кислота), HAuCl₄ — тетрахлороаурат(III) водорода (золотохлористоводородная кислота), H[Sb(OH)₆] — гексагидроксостибат(V) водорода и т. д.

Органик кислоталарҙың номенклатураһы

Ғәҙәттә ябай карбон кислоталарына тривиаль (ябай) атамалар ҡулланыла, уларҙың ҡайһы берҙәре XVII быуатта уҡ уйлап сығарылған (уксусная кислота, масляная кислота, адипиновая кислота, фталевая кислота). Юғары, йоп һанлы углерод атомлы карбон кислоталарының атамалары ла тривиаль(ябай), улар шул тиклем оҡшаш, уларҙы ҡулланыу хатта буталсыҡ тыуҙырыуы ла бар (каприловая кислота, каприновая кислота).

Карбон кислоталарының системалы атамалары алкан кислотаның тейешле атамаһына -овая кислота ялғауы ҡушыла (гексановая кислота, пентакозановая кислота). Дикарбон кислоталарына -диовая кислота тигән ялғау ҡушыла (декандиовая кислота). Ҡайһы ваҡыт атаманы -карбоновая кислота тигән ялғау менән яһау ҡулайыраҡ, был берләшмәлә водородтың бер атомын карбоксиль төркөмгә алмаштырыуҙы аңлата. Был карбоксиль төркөм цикллы системаға (циклопропанкарбоновая кислота) ҡушылған саҡта ҡулланыла.

Әгәр ҙә карбон кислотаһында пероксид күпер бар икән, ундай кислоталарҙәң атамаһына перокси-, пер- или над- (надуксусная кислота, пероксибензойная кислота) ҡушымталары өҫтәлә.

Көкөрлө органик кислоталар өсөн -сульфоновая кислота (RSO₃H), -сульфиновая кислота (RSO₂H), -сульфеновая кислота (RSOH) тигән ҡушымталар, шулай уҡ итеп башланғыс алкан исеменә RH өҫтәлә.

Формула	Название по ИЮПАК	Тривиальное название	Происхождение тривиального названия
НСООН	метановая кислота	муравьиная кислота	лат. formica — муравьи
СН3-СООН	этановая кислота	уксусная кислота	лат. acetum — уксус
СН3-СН2-СООН	пропановая кислота	пропионовая кислота	бор. грек. proto + pion — первый + жир
СН3-(СН2)2-СООН	бутановая кислота	масляная кислота	лат. butyrum — масло
СН3-(СН2)3-СООН	пентановая кислота	валериановая кислота	лат. Valeriána — валериана
СН3-(СН2)4-СООН	гексановая кислота	капроновая кислота	лат. caper — коза
СН3-(СН2)5-СООН	гептановая кислота	энантовая кислота	бор. грек. oenanthe — цветок винограда
СН3-(СН2)6-СООН	октановая кислота	каприловая кислота	лат. caper — коза
СН3-(СН2)7-СООН	нонановая кислота	пеларгоновая кислота	лат. Pelargonium — пеларгония
СН3-(СН2)8-СООН	декановая кислота	каприновая кислота	лат. caper — коза
СН3-(СН2)9-СООН	ундекановая кислота	ундециловая кислота
СН3-(СН2)10-СООН	додекановая кислота	лауриновая кислота	лат. Laurus — лавр
СН3-(СН2)11-СООН	тридекановая кислота	тридециловая кислота
СН3-(СН2)12-СООН	тетрадекановая кислота	миристиновая кислота	лат. Myristica — мускатный орех, бор. грек. mύρων — оливковое масло
СН3-(СН2)13-СООН	пентадекановая кислота	пентадециловая кислота
СН3-(СН2)14-СООН	гексадекановая кислота	пальмитиновая кислота	лат. palma — пальмовое дерево
СН3-(СН2)15-СООН	гептадекановая кислота	маргариновая кислота	бор. грек. margaron — жемчуг
СН3-(СН2)16-СООН	октадекановая кислота	стеариновая кислота	бор. грек. stear — сало
СН3-(СН2)17-СООН	нонадекановая кислота	нонадециловая кислота
С6Н5-СООН	бензолкарбоновая кислота	бензойная кислота
СН2=СН-СООН	пропеновая кислота	акриловая кислота	лат. acer + olere — острый запах
СН≡С-СООН	пропиновая кислота	пропиоловая кислота
СН3-С(СН3)2-СООН	2,2-диметилпропановая	пивалиновая кислота	сокр. от пинаколин + валериановая кислота

Гамметтың кислоталыҡ функцияһы һәм суперкислоталар

Көслө һәм концентрациялы кислоталарҙың кислота һәм нигеҙ сифаттарының миҡдарлы баһаһын pH шкалаһын ҡулланып биреп булмай, сөнки водородлы иретмәләр өсөн был шкала түбәндә pH = 0 менән сикләнгән, уға 5%-лы көкөрт кислотаһы H₂SO₄ тап килә. Шул уҡ ваҡытта бындай ихтыяж тыуа. Был мәсьәләне сисер өсөн 1932 йылда Л. Гаммет менән А. Дейруп H₀ Гамметтың кислоталыҡ функцияһын тәҡдим итә. Улар бик ныҡ көслө кислоталарҙың кислота һәм нигеҙ тигеҙләнешен көсһөҙөрәк нигеҙ булғанда өйрәнеүҙе һәм был нигеҙҙең протонланған һәм протонланмаған формалары концентрацияһы нисбәтен электрон спектроскопия методы менән үлсәүҙе тәҡдим итә. Был кислоталыҡ шкалаһын тиҫкәре өлкәгә табан ҙурайтырға мөмкинлек бирә, шул арҡала органик булмаған кислоталарҙың концентрациялы иретмәләрҙең кислоталылығын баһалау мөмкин була.

Кислоталар классификацияһы

Классификация кислот и оснований в рамках принципа ЖМКО

Жёсткие кислоты	Промежуточные кислоты	Мягкие кислоты
H+, Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Al3+, Cr3+, Fe3+, BF3, B(OR)3, AlR3, AlCl3, SO3, BF3, RCO+, CO2, RSO2+	Cu2+, Fe2+, Zn2+, SO2, R3C+, C6H5+, NO+	Ag+, Cu+, Hg2+, RS+, I+, Br+, Pb2+, BH3, карбены
Жёсткие основания	Промежуточные основания	Мягкие основания
OH−, RO−, F−, Cl−, RCOO−, NO3−, NH3, RNH2, H2O, ROH, SO42−, CO32−, R2O, NR2−, NH2−	Br−, C6H5NH2, NO2−, C5H5N	RS−, RSH, I−, H−, R3C−, алкены, C6H6, R3P, (RO)3P

Окрашивание индикаторной бумаги в растворе хлороводородной кислоты

Кислоталарҙы Льюис һәм Брёнстед кислоталарына бүлеүҙән тыш, башҡа формаль сифаттары буйынса бер нисә төргә бүләләр :

• кислород атомы булған:

• кислородһыҙ(HCl, H₂S);
• кислородлы (HNO₃, H₂SO₄).

• Водородтың асы (кислый) атомы һаны буйынса:

• бер нигеҙле (HNO₃);
• ике нигеҙле (H₂SeO₄);
• өс нигеҙле (H₃PO₄, H₃BO₃);
• күп нигеҙле.

• Көсө буйынса
  • Көслө — бөтөнләй тиерлек диссоциациялайҙар, диссоциация константаһы 1·10⁻³ ҙурыраҡ (HNO₃);
  • Көсһөҙ — диссоциация константаһы 1·10⁻³ бәләкәйерәк (уксусная кислота K_д= 1,7·10⁻⁵).
• Бирешеүгә ҡарап
  • Бирешеүсе (H₂SO₄);
  • Бирешмәүсе (H₂CO₃).
• Химик берләшмәләр класына ҡарауы буйынса
  • органик булмаған (HBr);
  • Органик (HCOOH,CH₃COOH);
• Осоусанлыҡ буйынса
  • Осоусан (HNO₃,H₂S, HCl);
  • Осмаусы (H₂SO₄) ;
• Һыуҙа иреүе буйынса
  • Иреүсе(H₂SO₄);
  • Иремәүсе (H₂SiO₃);

Кислоталарҙы алыу юлы

Кислоталарҙы түбәндәге юл менән алып була:

• Металл булмаған матдәләрҙең водород менән тәьҫир итешеүе аша

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

${\mathsf {H_{2}+S\rightarrow H_{2}S}}$

• Көкөрт кислотаһының ҡаты тоҙҙар менән тәьҫир итешеүе аша:

Осмай торған көкөрт кислотаһы йылытҡан саҡта оса торған кислоталарҙы тоҙҙарҙан этеп сығара ала

${\mathsf {2NaCl+H_{2}SO_{4}\rightarrow Na_{2}SO_{4}+2HCl}}$

${\mathsf {Na_{2}SO_{3}+H_{2}SO_{4}\rightarrow Na_{2}SO_{4}+SO_{2}+H_{2}O}}$

• Кислота оксидтарының һыу менән тәьҫир итешеүе аша:

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

Әҙәбиәт

• Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П. Органическая химия. — 3-е изд. — М: Бином. Лаборатория знаний, 2010. — Т. 1. — 567 с. — ISBN 978-5-94774-613-6.
• Шрайвер Д., Эткинс П. Неорганическая химия = Inorganic Chemistry / Пер. с англ. М. Г. Розовой, С. Я. Истомина, М. Е. Тамм, под ред. В. П. Зломанова. — М: Мир, 2004. — Т. 1. — 679 с. — ISBN 5-03-003628-8.

Һылтанмалар

• Все о кислотах
• Органические и неорганические кислоты
• Кислоты: бескислородные и кислородосодержащие, соли бескислородных и кислородсодержащих кислот, типы химических реакций 2013 йыл 16 сентябрь архивланған.