Читать книгу Fascynująca chemia - Sylvia Feil - Страница 22

Co jest kwaśne, możemy określić intuicyjnie, bo podpowiada nam to nasz zmysł smaku. Wówczas nasze receptory zmysłowe reagują na obecność jonów oksoniowych (H₃O⁺), które są znakiem rozpoznawczym kwasów w roztworze wodnym. Powstają one, kiedy np. taka substancja jak gaz chlorowodorowy (HCl) rozpuści się w wodzie, oddając przy tym protony (H⁺) cząsteczkom wody. W ten sposób z HCl powstaje kwas solny, który czyni nasz sok żołądkowy kwaśnym:

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^–

Chemicznym przeciwnikiem kwasów są zasady, nazywane również ługami lub roztworami alkalicznymi. Ich znakiem rozpoznawczym w roztworze wodnym są jony wodorotlenkowe (OH^–). Zasady nie mają wcale słodkiego smaku, lecz raczej mydlany, a w kontakcie z naszą skórą zachowują jak śliskie mydło. Ale uwaga: silniejsze kwasy i zasady są żrące i mogą powodować niebezpieczne obrażenia.

Turkusowe kwaśne jezioro w kraterze wulkanu Maly Semyachik na Kamczatce zawiera wysokie stężenie kwasu solnego i siarkowego(VI), ponieważ rozpuszczają się w nim chlorowodór i tlenki siarki z gazów wulkanicznych.

Jeśli zmieszać kwas z zasadą we właściwym stosunku ilościowym, wówczas neutralizują się one wzajemnie. Jeden proton z każdego jonu oksoniowego przeskakuje na jon wodorotlenkowy, w wyniku czego powstają nieszkodliwe cząsteczki wody:

H₃O+ + OH^– → 2 H₂O

Pozostają jeszcze ujemne aniony kwasu oraz dodatnie kationy zasady, które razem tworzą sól. Na przykład po zmieszaniu kwasu solnego (HCl) z wodorotlenkiem sodu (NaOH) powstaje całkiem zwyczajny roztwór soli kuchennej (NaCl).

Definiując pojęcia kwasu i soli, można też odejść od definicji związanej z obecnością wody i całkiem ogólnie określać te substancje, które oddają protony, jako kwas, a te, które je przyjmują – jako zasady. Na przykład proton cząsteczki gazowego chlorowodoru może „przeskoczyć” bezpośrednio na cząsteczkę amoniaku (NH₃), tworząc sól – chlorek amonu (NH₄Cl), przedstawiony na zdjęciu na następnej stronie jako biała mgła – zupełnie bez obecności wody.

Oba czerwone atomy tlenu w cząsteczce kwasu octowego (po lewej) przyciągają do siebie elektron zielonego atomu wodoru, przez co ten przeskakuje jako proton na cząsteczkę wody.

Aby dana cząsteczka stała się kwasem, musi ona oddać możliwie bez przeszkód jeden ze swoich atomów wodoru jako proton (H⁺), przy czym towarzyszący elektron musi pozostać na swoim miejscu. Jest to szczególnie łatwe, gdy ów elektron w cząsteczce już i tak został dosyć daleko odciągnięty od wodoru ze względu na to, że sąsiednie atomy w cząsteczce są mają silnie ujemny ładunek. Takim typowym przykładem jest kwas solny (HCl) ze swoim elektroujemnym atomem chloru. Innym przykładem jest kwas siarkowy (H₂SO₄), który powstaje, kiedy tritlenek siarki (SO₃) reaguje z wodą – tutaj cztery atomy tlenu wyraźnie przeciągają elektrony na swoją stronę. Podobnie jest w przypadku kwasów organicznych takich jak kwas octowy.

Powstawanie chlorku amonu (w postaci mgły) z amoniaku i chlorowodoru.

Ogólnie tlenki niemetali takie jak tritlenek siarki (SO₃) dają razem z wodą kwasy (tutaj: kwas siarkowy H₂SO₄), natomiast tlenki metali takie jak tlenek wapnia (CaO) raczej tworzą zasady (tutaj: wodorotlenek wapnia Ca(OH)₂). Cząsteczki kwasu siarkowego i wodorotlenku wapnia dzielą się w wodzie w różnych miejscach struktury (zielona linia przerywana na ilustracji). Co prawda tlen w obu cząsteczkach próbuje przeciągnąć do siebie elektrony (por. strzałki), lecz wapń jako metal oddaje całkowicie swoje elektrony walencyjne atomom tlenu, podczas gdy będąca niemetalem siarka utrzymuje z nimi silne wiązanie atomowe. W związku z tym kwas siarkowy odłącza protony (H⁺), a wodorotlenek wapnia – jony wodorotlenkowe (OH^–).