Книга: Естествознание. Базовый уровень. 10 класс

Сложные неорганические вещества: кислоты и основания.

Среди сложных неорганических веществ большой интерес представляют кислотыи основания (щёлочи). В состав кислот входят атомы водорода, способные в ходе электролитической диссоциации отщепляться в виде ионов Н⁺ от остальной части молекулы. Наиболее известными кислотами являются серная (H₂SO₄), азотная (HNO₃), фосфорная (H₃PO₄), угольная (H₂CO₃), соляная (HCl). При электролитической диссоциации кислот образуются положительно заряженные ионы водорода Н⁺ (катионы) и отрицательно заряженные анионы (HSO^-₄ или SO^2-₄, H₂PO₄, Cl^- и т. д.), которые называют кислотными остатками. Таким образом, в растворах, содержащих кислоты, всегда присутствует большое количество ионов водорода. Чем больше концентрация ионов водорода в растворе, тем большей кислотностью он обладает.

При электролитической диссоциации оснований в качестве аниона образуется отрицательно заряженный ион ОН^-, который называют гидроксилом или гидроксид-ионом. К основаниям относятся гидроксиды натрия (NaOH), калия (KOH), кальция (Ca(OH)₂) и др. Растворимые в воде основания называют щелочами.

Одновременно слабой кислотой и слабым основанием является вода. В обычных условиях вода очень слабо диссоциирует с образованием ионов Н⁺ и ОН^-. Содержание ионов в ней мало, поэтому вода плохо проводит электрический ток. В 1 л чистой воды при комнатной температуре содержится 10^—7 моль, т. е. 6,02 10¹⁶ катионов водорода и такое же количество гидроксид-ионов. Среду, в которой концентрации ионов Н⁺ и ОН^- равны, называют нейтральной. Если концентрация ионов водорода [H⁺] в растворе превышает концентрацию гидроксид– ионов [OH^– ], то раствор имеет кислотную среду, а если больше гидроксид-ионов [OH^– ] – щелочную.

Степень кислотности или щёлочности раствора характеризуют так называемым водородным показателем – рН. Он представляет собой взятый с обратным знаком показатель степени концентрации ионов водорода в растворе, выраженный в моль/л.

В нейтральной среде [H⁺] = [OH^– ], pH = 7,0 (чистая вода).

В кислотной среде [H⁺] > [OH ^– ], pH < 7,0.

В щелочной среде [H⁺] < [OH^– ], pH > 7,0.

В желудочном соке человека содержится соляная кислота, которая диссоциирована на ионы H⁺ и Cl^-. Концентрация ионов водорода в желудочном соке равна 0,01 или 10^-2 моль/л. Это значительно больше, чем их концентрация в воде. Поэтому желудочный сок является очень кислым, а его рН ? 2,0.

В щелочных растворах концентрация ионов водорода снижена и соответственно повышено содержание ионов ОН^-. Например, кровь человека обладает слабой щелочной реакцией (рН ? 7,3–7,5). Большинство употребляемых в пищу продуктов и напитков имеют слабокислую реакцию. Так, рН яблочного сока около 3, кофе – примерно 5, чая – около 6, а молока – чуть меньше 7. Щелочной реакцией обладает раствор питьевой соды, растворы мыла и стиральных порошков.

Некоторые вещества способны менять свой цвет в зависимости от кислотности среды. В химии такие вещества используют в качестве индикаторов, с помощью которых можно различить кислые, щелочные и нейтральные растворы. Примерами индикаторов являются фенолфталеин и лакмус. Однако увидеть подобную реакцию можно при помощи обычных продуктов. Возьмите немного вишнёвого, клюквенного или другого красного сока и капните в него немного раствора пищевой соды. Сок немедленно изменит цвет на синий или фиолетовый. Это происходит потому, что при добавлении соды создаётся щелочная реакция, и содержащийся в соке пигмент теряет красную окраску, которой он обладал в кислой среде.

Не все кислоты и основания в равной степени способны к диссоциации. Те из них, значительная часть молекул которых распадаются при растворении в воде на ионы, называют сильными кислотами или сильными основаниями соответственно. Те, в которых диссоциирует лишь небольшая часть молекул, называют слабыми кислотами или слабыми основаниями. Так, соляная, серная и азотная кислоты – сильные, а угольная кислота – слабая.

Гидроксиды натрия и калия являются сильными основаниями, а нашатырный спирт (раствор аммиака в воде) – слабым основанием. Сильные кислоты и щёлочи обладают очень высокой химической активностью, способны растворять и разрушать многие материалы, а их соприкосновение с кожей или со слизистыми оболочками могут вызвать ожоги (рис. 136).

Рис.135. Обугливание бумаги. концентрированной серной кислотой