post

Оксокиселини – строеж, физични и химични свойства

Оксокиселини – това са клас кислородсъдържащи неорганични съединения, които се получават от киселинни оксиди с вода или които съответстват на киселинни оксиди.

Оксокиселините имат молекулна структура, като в молекулите им централният атом е свързан с една или повече хидроксилни групи (-OH). От друга страна централният атом може да бъде свързан с други кислородни атоми. Например в хипохлористата киселина (H-O-Cl) хлорният атом не е свързан с други кислородни атоми, освен с този на хидроксилната група. При сярната киселина, серният атом образува две връзки с кислородните атоми на -OH – групите и две двойни връзки с други два кислородни атома.

оксокиселини

Структурни формули на някои оксокиселини – сярна, азотна, хипохлориста и перхлорна киселини

При всички оксокиселини централният атом може да бъде на p-елемент с неметален характер (без флуор) или на d-елемент с двойствен характер във висшата му степен на окисление, a f-елементите не образуват оксокиселини.

Строеж на оксокиселини

Химичните връзки в оксокиселините са ковалентни с различна степен на полярност. Силата на киселинното им действие зависи от електроотрицателността на централният атом. Колкото е по-електроотрицателен, толкова по-полярни са химичните връзки. Силата на една киселина се определя от моларната концентрация на водородните катиони (H+) в разтвора. Следователно, по-силно електроотрицателен централен атом означава по-полярни връзки, което пък е предпоставка за по-лесното им разкъсване, а оттам и по-голямата концентрация на водородни йони в разтвора.

В главните подгрупи на Периодичната система, с нарастване на поредния номер на p-елементите, намалява тяхната електроотрицателност, следователно намалява и силата на съответстващите им оксокиселини. По периоди с увеличаването на поредния номер на p-елементите, нараства и тяхната електроотрицателност, а от там се засилва и киселинният характер на съответстващите им оксокиселини.

Когато един и същи химичен елемент образува няколко различни оксокиселини, то най-силната измежду тях е онази, която съдържа най-много кислородни атоми. Като правило, с увеличаване на степента на окисление на централния атом, се засилват и киселинните свойства на оксокиселините му. Класически пример са хипохлористата (HClO), хлористата (HClO2), хлорната (HClO3) и перхлорната киселини (HClO4). Последната съдържа най-голям брой кислородни атоми (четири) и хлорния атом има +7 степен на окисление, което прави перхлорната киселина най-силната от всички познати досега.

оксокиселини

структурни формули на хипохлориста, хлориста, хлорна и перхлорна киселина

Как повишаването на броя на кислородните атоми влияе върху киселинността на оксокиселините? Кислородът има силно електроотрицателни атоми, които в съединенията си изтеглят електронната плътност към себе си, което пък предизвиква намаляване на електронната плътност при елементите, с които те са свързани. Това явление може да оказва ефект в различна степен по веригата от химични връзки.

Така в горния пример с оксокиселините на хлорния атом, с увеличаване на броя на кислородните атоми, електронната плътност на връзката O-H се изтегля още повече към кислородния атом. Самата връзка става по-полярна и с по-малка енергия, а следователно и по-лесно се отделят водородните катиони в разтвора. Колкото по-подвижен е водородният катион на една киселина, толкова по-силно изразени са нейните киселинни свойства.

Физични свойства

При обикновени условия оксокиселините са течни или твърди. Има киселини като въглеродната, които могат да съществуват само във воден разтвор. Цветът на оксокиселините на d-елементите е различен и се определя от съответните им аниони, а p-елементите имат безцветни оксокиселини.

Химични свойства на оксокиселини

Във воден разтвор оксокиселините се дисоциират на водородни катиони и киселинни аниони. В зависимост от степента си на електролитна дисоциация те могат да бъдат слаби или различно силни. Броят молове на водородни катиони, които се образуват при дисоциирането на един мол от дадена оксокиселина, определят нейната основност. Ако се отделя от един мол киселина-един мол водородни катиони, казваме че киселината е едноосновна, ако са два – двуосновна и т.н. Многоосновните киселини се дисоциират на степени. Сярната киселина (H2SO4) е двуосновна, азотната (HNO3) е едноосновна, а борната киселина (H3BO3) е триосновна. За слабите оксокиселини (водородна, борна) процесът на електролитна дисоциация е обратим.

Във воден разтвор оксокиселините притежават сходни свойства, дължащи се на водородните катиони, които се отделят при електролитната дисоциация. Строго специфичните химични свойства, които са характерни за различните киселини, се определят от състава на киселинния анион.

Химични свойства на сярната киселина:

2H2SO4(конц.) + Zn → ZnSO4 (р-р цинков сулфат) + 2H2О + SO2(газ)

H2SO4(р-р) + Zn → ZnSO4 (р-р) + H2 (газ)

H2SO4 (р-р) + Na2O → Na2SO4 (р-р натриев сулфат) + H2O

H2SO4 (р-р) + 2NaOH → Na2SO4 (р-р) + 2H2O

H2SO4 (р-р) + BaCl2 → BaSO4 (утайка бариев сулфат) + 2HCl (р-р)

H2SO4 (р-р) + Zn(OH)2 + 2H2O → {[Zn(H2O)4]+2 + SO-4} тетрааквацинков сулфат

Получаване

Оксокиселините могат да се получават по два основни метода:

взаимодействие на киселинен оксид и вода

SO3 + H2O → H2SO4

взаимодействие на сол и киселина

NaNO3 + H2SO4 → HNO3 + NaHSO4

Значение и употреба

Азотната киселина се използва в промишлеността за производството на минерални торове, багрила, взривни вещества и др. Индустриално тя се получава от амоняк. Сярната киселина се употребява като суровина при направата на взривни вещества, минерални торове, глюкоза, багрила и др. Фосфорната киселина служи за производството на фосфорни торове, безалкохолни напитки (кока кола) и др.

Оксокиселините са високореактивни съединения с изключителен корозивен ефект към метали и биологична органична материя. Работа с тях трябва да става при повишено внимание, защото са много агресивни и разяждат човешката плът почти моментално при контакт с нея.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!