HYDRACIDS: CHARAKTERYSTYKA, NAZEWNICTWO, ZASTOSOWANIA I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

W chlorowcowodorowe kwasy lub binarny rozpuszcza się w wodzie związków, które składają się z atomu wodoru i pierwiastek niemetaliczny: halogenki wodoru. Jego ogólny wzór chemiczny można wyrazić jako HX, gdzie H to atom wodoru, a X to pierwiastek niemetaliczny.

X może należeć do grupy 17, halogenów lub do pierwiastków z grupy 16 bez tlenu. W przeciwieństwie do oksokwasów, węglowodory nie mają tlenu. Ponieważ węglowodory są związkami kowalencyjnymi lub cząsteczkowymi, należy wziąć pod uwagę wiązanie HX. Ma to ogromne znaczenie i określa charakterystykę każdego węglowodoru.

Źródło: Gabriel Bolívar

A co z łączem HX? Jak widać na powyższym obrazku, istnieje stały iloczyn momentu dipolowego różnych elektroujemności między H i X. Ponieważ X jest zwykle bardziej elektroujemny niż H, przyciąga on swoją chmurę elektronów i kończy się ujemnym ładunkiem częściowym δ-.

Z drugiej strony H, oddając część swojej gęstości elektronowej X, kończy się dodatnim ładunkiem częściowym δ +. Im bardziej ujemne δ- jest bogatsze w elektrony X i tym większy jest niedobór elektronów w H. Dlatego w zależności od tego, który pierwiastek X jest, węglowodór może być mniej lub bardziej polarny.

Obraz ujawnia również strukturę wodniaków. HX to liniowa cząsteczka, która może oddziaływać z inną na jednym ze swoich końców. Im bardziej polarny jest HX, tym silniej lub powinowactwa będą oddziaływać jego cząsteczki. W rezultacie wzrośnie jego temperatura wrzenia lub topnienia.

Jednak oddziaływania HX-HX są nadal wystarczająco słabe, aby spowodować powstanie stałego węglowodoru. Z tego powodu w warunkach ciśnienia i temperatury otoczenia są substancjami gazowymi; Z wyjątkiem HF, który wyparowuje powyżej 20ºC.

Czemu? Ponieważ HF jest zdolny do tworzenia silnych wiązań wodorowych. Podczas gdy inne węglowodory, których pierwiastki niemetaliczne są mniej elektroujemne, prawie nie mogą znajdować się w fazie ciekłej poniżej 0ºC. Na przykład HCl wrze w około -85 ° C.

Czy węglowodany są substancjami kwaśnymi? Odpowiedź leży w dodatnim ładunku cząstkowym δ + na atomie wodoru. Jeśli δ + jest bardzo duże lub wiązanie HX jest bardzo słabe, to HX będzie mocnym kwasem; Podobnie jak w przypadku wszystkich wodorokwasów halogenów, po rozpuszczeniu ich odpowiednich halogenków w wodzie.

cechy

Fizyczny

-Widocznie wszystkie węglowodory są roztworami przezroczystymi, ponieważ HX są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie. Mogą mieć żółtawe odcienie w zależności od stężenia rozpuszczonego HX.

-Są palaczami, co oznacza, że ​​wydzielają gęste, żrące i drażniące opary (niektórzy nawet przyprawiają o mdłości). Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki HX są bardzo lotne i oddziałują z parą wodną w ośrodku otaczającym roztwory. Ponadto HX w postaci bezwodnej to związki gazowe.

-Hydracids są dobrymi przewodnikami elektryczności. Chociaż HX w warunkach atmosferycznych są formami gazowymi, rozpuszczając się w wodzie uwalniają jony (H ⁺ X ^- ), które umożliwiają przepływ prądu elektrycznego.

-Jego temperatury wrzenia są wyższe niż w przypadku form bezwodnych. Oznacza to, że HX (ac), co oznacza węglowodór, wrze w temperaturach powyżej HX (g). Na przykład chlorowodór HCl (g) wrze w temperaturze -85 ° C, ale kwas solny, jego kwas solny, ma temperaturę około 48 ° C.

Czemu? Ponieważ gazowe cząsteczki HX są otoczone cząsteczkami wody. Jednocześnie mogą wystąpić dwa rodzaje interakcji: wiązania wodorowe, HX - H ₂ O - HX, czyli solwatacja jonowa, H ₃ O ⁺ (aq) i X ^- (aq). Fakt ten jest bezpośrednio związany z właściwościami chemicznymi węglowodanów.

Chemiczny

Wodoracydy są bardzo kwaśnymi roztworami, więc mają kwasowe protony H ₃ O ^+, które mogą reagować z innymi substancjami. Skąd ^pochodzi H ₃ O ⁺ ? Z atomu wodoru z dodatnim ładunkiem częściowym δ +, który dysocjuje w wodzie i ostatecznie łączy się kowalencyjnie z cząsteczką wody:

HX (aq) + H ₂ O (l) <=> X ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

Zauważ, że równanie odpowiada reakcji, która ustanawia równowagę. Gdy tworzenie X ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) jest bardzo korzystne termodynamicznie, HX uwalnia swój kwasowy proton do wody; a następnie, mając H ₃ O ⁺ jako nowy „nośnik”, może reagować z innym związkiem, nawet jeśli ten ostatni nie jest mocną zasadą.

Powyższe wyjaśnia kwaśne właściwości węglowodanów. Tak jest w przypadku wszystkich HX rozpuszczonych w wodzie; ale niektóre generują bardziej kwaśne roztwory niż inne. Po co to jest? Przyczyny mogą być bardzo skomplikowane. Nie wszystkie HX (ac) sprzyjają powyższej równowadze w prawo, to znaczy w kierunku X ^- (ac) + H ₃ O ⁺ (ac).

Kwasowość

A wyjątek obserwuje się w kwasie fluorowodorowym HF (aq). Fluor jest bardzo elektroujemny, dlatego skraca odległość wiązania HX, wzmacniając je przed jego rozpadem pod działaniem wody.

Podobnie wiązanie HF ma znacznie lepsze nakładanie się ze względu na promień atomowy. Z drugiej strony wiązania H-Cl, H-Br lub HI są słabsze i mają tendencję do całkowitej dysocjacji w wodzie, do punktu zerwania równowagi podniesionej powyżej.

Dzieje się tak, ponieważ inne halogeny lub chalkogeny (na przykład siarka) mają większe promienie atomowe, a zatem większe orbitale. W konsekwencji wiązanie HX wykazuje słabsze zachodzenie orbitalne, ponieważ X jest większy, co z kolei wpływa na siłę kwasu w kontakcie z wodą.

Tak więc, kolejność malejąca kwasowości dla węglowodorów halogenów jest następująca: HF <HCl

Nomenklatura

Forma bezwodna

Jak nazywane są wodniaki? W postaci bezwodnej, HX (g), należy je wymienić zgodnie z zaleceniami dotyczącymi halogenków wodoru: poprzez dodanie przyrostka -uro na końcu ich nazw.

Na przykład HI (g) składa się z halogenku (lub wodoru) utworzonego z wodoru i jodu, dlatego jego nazwa brzmi: jodowodór . Ponieważ niemetale są generalnie bardziej elektroujemne niż wodór, ich stopień utlenienia wynosi +1. Z drugiej strony, w NaH wodór ma stopień utlenienia -1.

Jest to kolejny pośredni sposób różnicowania wodorków cząsteczkowych od halogenów lub halogenowodorów od innych związków.

Gdy HX (g) wejdzie w kontakt z wodą, jest przedstawiany jako HX (ac), a następnie otrzymuje się wodorotlenek.

W roztworze wodnym

Aby nazwać hydracid, HX (ac), przyrostek –uro dla jego form bezwodnych należy zastąpić przyrostkiem –hydric. A przede wszystkim należy je wymienić jako kwasy. Tak więc w powyższym przykładzie HI (aq) nosi nazwę: jod kwaśna woda .

Jak powstają?

Bezpośrednie rozpuszczanie halogenków wodoru

Wodorowodory można wytworzyć po prostu rozpuszczając odpowiadające im halogenowodory w wodzie. Można to przedstawić za pomocą następującego równania chemicznego:

HX (g) => HX (ac)

HX (g) jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie, więc nie ma równowagi rozpuszczalności, w przeciwieństwie do jego dysocjacji jonowej w celu uwolnienia kwaśnych protonów.

Istnieje jednak metoda syntetyczna, która jest preferowana, ponieważ wykorzystuje sole lub minerały jako surowiec, rozpuszczając je w niskich temperaturach za pomocą silnych kwasów.

Rozpuszczanie soli niemetali za pomocą kwasów

Jeśli sól kuchenną NaCl rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym, zachodzi następująca reakcja:

NaCl (s) + H ₂ SO ₄ (aq) => HCl (aq) + NaHSO ₄ (aq)

Kwas siarkowy przekazuje jeden ze swoich kwaśnych protonów do anionu chlorku Cl ^- , przekształcając go w ten sposób w kwas solny. Chlorowodór, HCl (g), może ulatniać się z tej mieszaniny, ponieważ jest bardzo lotny, zwłaszcza jeśli jego stężenie w wodzie jest bardzo wysokie. Inną produkowaną solą jest kwaśny siarczan sodu NaHSO ₄ .

Innym sposobem jego produkcji jest zastąpienie kwasu siarkowego stężonym kwasem fosforowym:

NaCl (s) + H ₃ PO ₄ (aq) => HCl (aq) + NaH ₂ PO ₄ (aq)

H ₃ PO ₄ reaguje w taki sam sposób jak H ₂ SO ₄ , wytwarzając kwas solny i diwodorofosforan sodu. NaCl jest źródłem anionu Cl ^- , tak więc do syntezy innych węglowodorów potrzebne są sole lub minerały zawierające F ^- , Br ^- , I ^- , S ^2- , itd.

Ale użycie H ₂ SO ₄ lub H ₃ PO ₄ będzie zależeć od jego siły utleniania. H ₂ SO ₄ jest bardzo silnym utleniaczem do tego stopnia, że ​​utlenia nawet Br ^- i I ^- do ich form molekularnych Br ₂ i I ₂ ; pierwsza jest czerwonawą cieczą, a druga fioletową substancją stałą. Dlatego H ₃ PO ₄ stanowi preferowaną alternatywę w takich syntezach.

Aplikacje

Środki czyszczące i rozpuszczalniki

Hydracids są zasadniczo używane do rozpuszczania różnych rodzajów materii. Dzieje się tak, ponieważ są to mocne kwasy i mogą z umiarem wyczyścić każdą powierzchnię.

Jego kwaśne protony są dodawane do związków zanieczyszczeń lub brudu, dzięki czemu są rozpuszczalne w środowisku wodnym, a następnie są odprowadzane przez wodę.

W zależności od natury chemicznej wspomnianej powierzchni, można zastosować jeden lub inny kwas wodorotlenowy. Na przykład kwas fluorowodorowy nie może być używany do czyszczenia szkła, ponieważ rozpuści go na miejscu. Kwas solny służy do usuwania plam z płytek basenowych.

Są również zdolne do rozpuszczania skał lub próbek stałych, a następnie wykorzystywane do celów analitycznych lub produkcyjnych na małą lub dużą skalę. W chromatografii jonowymiennej do oczyszczenia kolumny z pozostałych jonów stosuje się rozcieńczony kwas solny.

Katalizatory kwasowe

Niektóre reakcje wymagają silnie kwaśnych roztworów, aby je przyspieszyć i skrócić czas ich trwania. Tu właśnie pojawiają się wodoracydy.

Przykładem tego jest zastosowanie kwasu jodowodorowego w syntezie lodowatego kwasu octowego. W procesach rafineryjnych również przemysł naftowy potrzebuje wodorowęglanów.

Odczynniki do syntezy związków organicznych i nieorganicznych

Hydracydy dostarczają nie tylko kwaśnych protonów, ale także ich odpowiednich anionów. Aniony te mogą reagować ze związkiem organicznym lub nieorganicznym, tworząc określony halogenek. W ten sposób można zsyntetyzować: fluorki, chlorki, jodki, bromki, selenki, siarczki i inne związki.

Te halogenki mogą mieć bardzo różnorodne zastosowania. Na przykład można je wykorzystać do syntezy polimerów, takich jak teflon; lub pośredników, z których atomy halogenu zostaną włączone do struktur molekularnych niektórych leków.

Załóżmy, że cząsteczka CH ₃ CH ₂ OH, etanol, reaguje z HCl, tworząc chlorek etylu:

CH ₃ CH ₂ OH + HCl => CH ₃ CH ₂ Cl + H ₂ O

Każda z tych reakcji kryje w sobie mechanizm i wiele aspektów rozważanych w syntezach organicznych.

Przykłady

Nie ma wielu dostępnych przykładów węglowodorów, ponieważ liczba możliwych związków jest naturalnie ograniczona. Z tego powodu poniżej wymieniono niektóre dodatkowe węglowodory wraz z ich odpowiednią nomenklaturą (skrót (ac) jest pomijany):

HF, kwas fluorowodorowy

Binarny węglowodór, którego cząsteczki HF tworzą silne wiązania wodorowe, do tego stopnia, że ​​w wodzie jest słabym kwasem.

H.

W przeciwieństwie do rozważanych do tej pory węglowodorów, jest on wieloatomowy, to znaczy ma więcej niż dwa atomy, jednak nadal jest binarny, ponieważ składa się z dwóch pierwiastków: siarki i wodoru.

Jego kanciaste cząsteczki MSM nie tworzą znaczących wiązań wodorowych i można je wykryć po charakterystycznym zapachu zgniłych jaj.

HCl, kwas solny

Jeden z najbardziej znanych kwasów w kulturze popularnej. Wchodzi nawet w skład soku żołądkowego, występującego w żołądku i wraz z enzymami trawiennymi rozkładają pokarm.

HBr, kwas bromowodorowy

Podobnie jak kwas jodowodorowy, w fazie gazowej składa się z liniowych cząsteczek H-Br, które po wejściu do wody dysocjują na jony H ⁺ (H ₃ O ⁺ ) i Br ^- .

H.

Chociaż tellur ma pewien metaliczny charakter, jego wodorotlenek wydziela nieprzyjemne i silnie trujące opary, takie jak selenowodór.

Podobnie jak inne węglowodory chalkogenidów (z grupy 16 układu okresowego), w roztworze wytwarza anion Te ^2- , więc jego wartościowość wynosi -2.

Bibliografia

1. Clark J. (22 kwietnia 2017). Kwasowość halogenków wodoru. Odzyskane z: chem.libretexts.org
2. Lumen: Wprowadzenie do chemii. Kwasy binarne. Zaczerpnięte z: course.lumenlearning.com
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 czerwca 2018). Definicja kwasu binarnego. Odzyskany z: thinkco.com
4. Mr. D. Scott. Pisanie i nazewnictwo wzorów chemicznych. . Odzyskany z: celinaschools.org
5. Madhusha. (9 lutego 2018). Rozróżnij kwasy binarne i oksykwasy. Odzyskany z: pediaa.com
6. Wikipedia. (2018). Kwas wodorotlenowy. Odzyskane z: es.wikipedia.org
7. Natalie Andrews. (24 kwietnia 2017). Zastosowania kwasu jodowodorowego. Odzyskany z: sciencing.com
8. StudiousGuy. (2018). Kwas fluorowodorowy: ważne zastosowania i zastosowania. Odzyskany z: studiousguy.com