kwasy beztlenowe i ich użycie

Tak samo jak sole czy wodorotlenki, kwasy stanowią te związki organiczne, które są obecne w wielu dziedzinach życia. Są istotnym elementem procesów produkcyjnych w branży chemicznej. Znajdują się w konserwantach i dodatkach poprawiających smak żywności. Tę grupę związków chemicznych można podzielić na kwasy beztlenowe i tlenowe. Czym się różnią i gdzie się je wykorzystuje?

Jakie są budowa kwasów i ich właściwości?

Kwasy są zbudowane z atomów wodoru oraz reszty kwasowej. Związki te można podzielić na tlenowe i beztlenowe. W pierwszej grupie znajdują się substancje, których reszta kwasowa zawiera przynajmniej jeden atom tlenu. Kwasy beztlenowe są go natomiast pozbawione. W swojej najprostszej postaci mogą stanowić np. połączenie atomów wodoru i niemetalu. 

Kwasy tlenowe i ich charakterystyka

W każdym kwasie tlenowym występują trzy elementy:

  • atom tlenu,
  • pierwiastek kwasotwórczy,
  • co najmniej jeden atom wodoru, który łączy się z tlenem.

Wśród najczęściej występujących pierwiastków kwasotwórczych znajdują się fosfor, siarka oraz azot. Zdarza się też, że w ten funkcji występują utlenione metale, np. mangan. Nazwy poszczególnych kwasów tlenowych tworzy się na podstawie nazwy pierwiastka kwasotwórczego. W nawiasie należy podać jego wartościowość oraz dodać końcówkę – owy. Za przykład można podać kwas siarkowy (VI), kwas fosforowy czy kwas azotowy (V).

W jaki sposób otrzymuje się kwasy tlenowe?

Kwasy tlenowe powstają w wyniku reakcji bezwodników kwasowych (tlenków metali lub niemetali) z wodą. Uzyskiwanie kwasu tlenowego może przebiegać w dwóch etapach. Najpierw w tlenie spala się pierwiastek promieniotwórczy (np. spalanie fosforu, w wyniku którego powstaje jego tlenek). Otrzymany tą drogą bezwodnik kwasowy ulega później rozpuszczeniu w wodzie. W ten sposób powstaje kwas fosforowy (V).

Właściwości i zastosowanie kwasów tlenowych

Kwasy tlenowe mają szerokie zastosowanie, także w przemyśle spożywczym. Ze względu na ich właściwości doceniają je także farmaceuci oraz producenci chemii gospodarczej czy preparatów leczniczych. Oto przykłady kwasów tlenowych wraz z krótką charakterystyką.

Kwas azotowy (V), HNO3

Kwas azotowy (V) występuje w postaci bezbarwnej cieczy, która bardzo łatwo rozpuszcza się w wodzie. W formie wysoko stężonego roztworu ma dodatkowo właściwości utleniające i może dymić w wyniku procesu rozkładu. Powodem jest wydzielanie się w nim brunatnego tlenku azotu.

Kwas azotowy (V) jest wykorzystywany do uzyskania innych chemicznych substancji, takich jak związki nitrowe, estry czy sole. Związek ten jest również potrzebny przy produkcji saletry amonowej i materiałów wybuchowych. Równie dobrze sprawdza się także jako składnik środków do czyszczenia metali czy w produkcji leków.

Kwas ortofosforowy (V), H3PO4

Najczęściej występuje on w stężeniu na poziomie 85% i wówczas przybiera formę oleistej cieczy. Kwas ortofosorowowy wykorzystywany jest również w czystej postaci jako biały, krystaliczny proszek. Związek ten ma bardzo dobre właściwości higroskopijne (pochłania wilgoć). Kwas ortofosorowy jest składnikiem trzech szeregów soli:

  • ortofosforany (V), 
  • diwodorortofosforany (V),
  • wodoroortofosforany (V).

Kwas ortofosorowy bardzo szeroko stosuje się w różnych gałęziach przemysłu. Z jego użyciem wytwarza się m.in. nawozy mineralne, produkty w ramach chemii gospodarczej czy środków leczniczych. Związek ten stanowi także dodatek do pasz dla zwierząt. Kwas ortofosforowy znajdziesz również w preparatach służących do odkamieniania i odrdzewiania kotłów.

Kwas siarkowy (VI), H2SO4

Kwas siarkowy to silny związek, który występuje w postaci oleistej cieczy. Jest aż dwa razy gęstszy niż woda (1,84 g/cm3). Kwas ten miesza się z nią, wydzielając przy tym dużo ciepła. Podobnie jak kwas ortofosforowy bardzo dobrze pochłania wilgoć. W sprzedaży kwas siarkowy występuje jako roztwór kwasu siarkowego (VI) o stężeniu 98%. W przemyśle występuje jako półprodukt. Stosuje się go produkcji nawozów oraz wytwarzania innych kwasów. H2SO4 można też znaleźć w środkach piorących, preparatach do ochrony roślin czy artykułach papierniczych. 

Kwasy beztlenowe – przykłady i ich charakterystyka

Wszystkie kwasy beztlenowe otrzymuje się w drodze rozpuszczenia w wodzie gazu. Za przykład może posłużyć absorpcja chlorowodoru w wodzie. W wyniku tego procesu powstaje kwas chlorowodorowy. 

Można zatem powiedzieć, że kwasy beztlenowe to roztwory wodne wodorków. Te ostatnie pozyskuje się przez bezpośrednią syntezę z pierwiastków. Wodorki można także uzyskać z soli pod wpływem silnego kwasu. 

Kwas chlorowodorowy

Wzór sumaryczny kwasu chlorowodorowego to HCI. Zwany jest także inaczej kwasem solnym. Jest to najczęściej wykorzystywany kwas beztlenowy. W jego przypadku resztą kwasową jest jon chloru. 

Kwas chlorowodorowy występuje w formie przezroczystej cieczy gęstszej od wody i ma silne właściwości żrące. W sprzedaży dostępny jest jako roztwór o stężeniu nie większym niż 38%. Przy pracy z kwasem chlorowodorowym zawsze należy się odpowiednio zabezpieczyć – w kontakcie ze skórą, papierem czy tkaniną związek ten działa destrukcyjnie. Wykorzystując kwas solny w produkcji, należy zadbać o odzież ochronną, rękawice i okulary. Poparzenie kwasem chlorowodorowym może być bardzo niebezpieczne dla zdrowia. 

Kwas solny można uzyskać w laboratorium, ale także w warunkach przemysłowych. Wystarczy rozpuścić chlorowodór w wodzie. Dużą ilość HCI można uzyskać w drodze elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu. Jako produkty uboczne powstają wówczas wodór oraz chlor, które wchodzą w reakcję ze sobą. Jako kwas solny w postaci gazu mogą zostać później rozpuszczone w wodzie.

W formie rozcieńczonej kwas chlorowodorowy znajduje się w soku żołądkowym ssaków, również ludzi. Wpływa na proces trawienia. Poza tym związek ten ma duże znaczenie dla różnych procesów przemysłowych. Wykorzystuje się go:

Na bazie kwasu chlorowodorowego tworzy się także barwniki, które wchodzą w skład niektórych kosmetyków do makijażu.

Kwas siarkowodorowy

Innym przykładem kwasu beztlenowego jest kwas siarkowodorowy. Zastosowanie znajduje przede wszystkim w laboratoriach chemicznych. Znany jest pod wzorem sumarycznym H2S. Jego cząsteczka składa się z atomu siarki oraz dwóch atomów wodoru. Kwas ten jest roztworem siarkowodoru i występuje w postaci bezbarwnej cieczy, którą łatwo rozpoznać po zapachu. 

Jeśli chodzi o sposób otrzymywania, kwas siarkowodorowy nie różni się od innych kwasów beztlenowych. Pozyskuje się go w wyniku absorpcji siarkowodoru w wodzie. Natomiast siarkowodór powstaje jako produkt syntezy z pierwiastków lub reakcji, w których kwas jest jednym z elementów. Nawet w małym stężeniu związek ten może być niebezpieczny dla zdrowia i praca z nim wymaga szczególnych środków ostrożności. 

Z wykorzystaniem kwasu siarkowodorowego wykrywa się metale, ale stanowi on też składnik niektórych wód leczniczych.

Choć kwasy siarkowodorowy i chlorowodorowy należą do najpopularniejszych w grupie kwasów beztlenowych, wśród pozostałych można wymienić:

  • fluorowodorowy (HF),
  • bromowodorowy (HBr),
  • jodowodorowy (HI),
  • selenowodorowy (H2Se).

Wszystkie kwasy beztlenowe i tlenowe znajdują zastosowanie w przemyśle leczniczym, farmaceutycznym, chemicznym, papierniczym czy spożywczym. W pracy z tymi związkami warto mieć jednak świadomość, że niezachowanie należytej ostrożności może prowadzić do problemów ze zdrowiem. Wiele z nich wykazuje bowiem silne właściwości żrące w swojej czystej postaci.