Substanțe anorganice – acizi

Elevii studiază acizii anorganici, proprietățile chimice caracteristice și metodele de obținere.

Ce sunt acizii și cum se clasifică

Acizii sunt substanțe compuse care conțin hidrogen legat de un radical acid și care, dizolvate în apă, pun în libertate ioni de hidrogen, H+. Formula generală se scrie HnA, unde A este radicalul acid, iar n este numărul de atomi de hidrogen care pot fi cedați — adică valența radicalului acid.

Ionii H+ sunt cei care dau soluției toate proprietățile acide: HCl → H+ + Cl−. Cu cât o soluție are mai mulți ioni H+, cu atât este mai acidă.

Clasificarea principală, cerută explicit în programă, se face după prezența oxigenului:

Hidracizi — nu conțin oxigen, sunt formați din hidrogen și un nemetal. Denumirea se face cu formula acid ...hidric:

• HCl – acid clorhidric
• HBr – acid bromhidric
• HI – acid iodhidric
• H2S – acid sulfhidric (hidrogen sulfurat)

Oxoacizi (oxiacizi) — conțin oxigen, provin din oxizii acizi. Denumirea folosește sufixele -ic (valență mai mare) și -os (valență mai mică):

• H2SO4 – acid sulfuric; H2SO3 – acid sulfuros
• HNO3 – acid azotic; HNO2 – acid azotos
• H2CO3 – acid carbonic
• H3PO4 – acid fosforic

A doua clasificare, după numărul de atomi de hidrogen cedabili: monoprotici (HCl, HNO3), diprotici (H2SO4, H2S, H2CO3) și triprotici (H3PO4). Acest număr îți spune direct câți ioni OH− va consuma acidul la neutralizare, deci este cheia egalizării ecuațiilor.

O capcană frecventă: nu orice substanță care conține hidrogen este acid. CH4 (metanul) și NH3 (amoniacul) conțin hidrogen, dar nu îl cedează ca H+ în apă — amoniacul are chiar caracter bazic.

Proprietăți fizice și acțiunea asupra indicatorilor

Acizii se prezintă în stări de agregare diferite, spre deosebire de baze, care sunt toate solide:

• lichizi: H2SO4 (uleios, dens, incolor), HNO3, H3PO4
• gazoși în stare pură, dar folosiți ca soluții apoase: HCl (acidul clorhidric de laborator este o soluție de gaz HCl în apă), H2S
• solizi: acidul boric, acidul oxalic

Proprietăți comune: soluțiile lor au gust acru (niciodată gustat în laborator — este doar o descriere), sunt corozive și conduc curentul electric, tocmai pentru că în soluție există ioni.

Acțiunea asupra indicatorilor este cel mai rapid test de recunoaștere și se cere la fiecare evaluare:

• turnesolul devine roșu
• fenolftaleina rămâne incoloră
• metiloranjul devine roșu

Compară cu bazele: turnesol albastru, fenolftaleină roșu-carmin, metiloranj galben. Tabelul acesta, cu cele șase culori, este cel mai rentabil lucru de memorat din tot capitolul.

O regulă de laborator care apare ca item de securitate, formulată exact: la diluarea acidului sulfuric se toarnă întotdeauna acidul în apă, în fir subțire, amestecând, niciodată invers. Dizolvarea H2SO4 este puternic exotermă; dacă torni apă peste acid concentrat, apa fierbe brusc la suprafață și stropește acid în jur.

Acidul sulfuric concentrat mai are o proprietate cerută: este higroscopic — absoarbe apa, de aceea carbonizează hârtia, zahărul și lemnul, extrăgându-le apa din compoziție.

Reacția acizilor cu metalele

Aceasta este proprietatea care îi deosebește cel mai clar pe acizi de baze, iar la teste este întrebarea preferată, pentru că are o condiție care se uită ușor.

Schema: acid + metal → sare + hidrogen

• Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
• Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2↑
• 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑
• Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑

Condiția esențială: reacționează doar metalele mai active decât hidrogenul, adică cele situate înaintea hidrogenului în seria activității metalelor:

K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Au

Metalele de după hidrogen — cuprul, argintul, aurul — nu scot hidrogen din acizi. De aceea vasele de cupru nu se dizolvă în oțet, iar bijuteriile de aur rezistă. Cea mai frecventă greșeală de la acest capitol este exact scrierea reacției Cu + HCl → CuCl2 + H2, care nu are loc.

Reacția este de tip substituție (înlocuire): metalul ia locul hidrogenului din acid, iar hidrogenul se degajă sub formă de gaz. Efervescența, adică bulele care apar când pui zinc în acid clorhidric, este semnul vizibil al reacției.

Identificarea hidrogenului: gazul degajat, adus lângă o flacără, arde cu o pocnitură scurtă caracteristică.

O precizare pe care programa o menționează, dar nu o dezvoltă: acidul azotic și acidul sulfuric concentrate reacționează și cu cuprul, însă fără să degaje hidrogen — rezultă alți produși. La nivelul clasei a VII-a se lucrează cu acizi diluați și se aplică strict regula seriei activității.

Reacțiile cu oxizii bazici, cu bazele și cu sărurile

Restul proprietăților chimice ale acizilor se așază toate sub aceeași regulă: acidul reacționează cu ce este bazic.

1. Acid + oxid bazic → sare + apă

• CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O (pulberea neagră se dizolvă, soluția devine albastru-verzuie)
• CaO + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O
• Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O — aceasta este reacția prin care se curăță rugina de pe metale

Observă că nu se degajă hidrogen aici, spre deosebire de reacția cu metalul. Este o confuzie clasică: hidrogenul apare doar când reacționează metalul în stare elementară, nu oxidul lui.

2. Acid + bază → sare + apă (neutralizare)

• HCl + NaOH → NaCl + H2O
• H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + 2H2O
• 2HCl + Cu(OH)2 → CuCl2 + 2H2O

3. Acid + sare → sare nouă + acid nou — are loc doar dacă se formează un precipitat, un gaz sau un acid slab:

• CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑ — cea mai importantă, pentru că este reacția de identificare a carbonaților: apare efervescență, iar gazul degajat tulbură apa de var. Așa se explică de ce oțetul face spumă pe calcar și pe cochiliile de melc.
• Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑

De reținut că H2CO3, acidul carbonic, este atât de instabil încât se descompune imediat în H2O și CO2 — de aceea în ecuație scrii direct produșii de descompunere, nu H2CO3.

Ce nu face un acid: nu reacționează cu alți acizi și nu reacționează cu oxizii acizi.

Obținerea acizilor. Acizi importanți și utilizări

Metode de obținere, în funcție de tipul acidului:

Oxoacizii se obțin din oxid acid + apă:

• SO3 + H2O → H2SO4
• N2O5 + H2O → 2HNO3
• P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
• CO2 + H2O → H2CO3

Hidracizii se obțin prin combinarea directă a hidrogenului cu nemetalul, urmată de dizolvarea gazului în apă:

• H2 + Cl2 → 2HCl
• H2 + S → H2S

O metodă generală, valabilă în laborator pentru ambele tipuri: sare + acid mai tare → acid mai slab (volatil) + sare nouă. Așa se prepară HCl din NaCl solid și H2SO4 concentrat.

Acizii importanți și utilizările lor:

• HCl (acid clorhidric) — se găsește în sucul gastric, unde ajută digestia și distruge microbii. Industrial: la curățarea metalelor, în industria alimentară și farmaceutică. Soluția concentrată fumegă în aer.
• H2SO4 (acid sulfuric) — cel mai folosit acid din industrie, numit uneori „pâinea industriei chimice”. Intră în acumulatorii auto, în fabricarea îngrășămintelor, a detergenților, a coloranților. Concentrat, este deshidratant puternic și produce arsuri grave.
• HNO3 (acid azotic) — la fabricarea îngrășămintelor cu azot și a explozibililor. Atacă majoritatea metalelor și lasă pe piele pete galbene.
• H3PO4 (acid fosforic) — la îngrășăminte fosfatice și ca aditiv alimentar (E338) în băuturile de tip cola, cărora le dă gustul acrișor.
• H2CO3 (acid carbonic) — există doar în soluție, în apele carbogazoase; este responsabil de bulele care se degajă când deschizi sticla.

Legătura de sistem, valabilă la itemii cu șiruri de transformări: nemetal → oxid acid → acid → sare, exact simetricul drumului metalului: metal → oxid bazic → bază → sare.

Test — 6 întrebări ca la examen