ГІДРАЦИДИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, НОМЕНКЛАТУРА, ВИКОРИСТАННЯ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

У галогенводородних або бінарні кислоти розчиняють у воді сполук , які складаються з водню і неметалічних елементів: галогеніди водню. Його загальна хімічна формула може бути виражена як HX, де H - атом водню, а X - неметалічний елемент.

X може належати до групи 17, галогенів або до елементів 16 групи, не включаючи кисень. На відміну від оксокислот, у гідрацидів не вистачає кисню. Оскільки гідрациди є ковалентними або молекулярними сполуками, HX-зв’язок потрібно враховувати. Це має велике значення і визначає характеристики кожного гідрациду.

Джерело: Габріель Болівар

А як щодо HX-посилання? Як видно на зображенні вище, існує постійний добуток дипольного моменту різної електронегативності між H і X. Оскільки X зазвичай більше електронегативний, ніж H, він притягує свою електронну хмару і закінчується негативним частковим зарядом δ-.

З іншого боку, Н, поступаючи частину своєї електронної щільності до X, закінчується позитивним частковим зарядом δ +. Чим більше негативного δ-, тим багатшим буде електрони X і тим більший дефіцит електронів H. Отже, залежно від того, який елемент X, гідрацид може бути більш-менш полярним.

Зображення також розкриває будову гідрацидів. НХ - це лінійна молекула, яка може взаємодіяти з іншою на одному з її кінців. Чим більше полярний HX, тим сильніше або спорідненість його молекули будуть взаємодіяти. В результаті цього температура кипіння або плавлення збільшиться.

Однак взаємодії HX-HX все ще досить слабкі, щоб призвести до твердого гідрациду. З цієї причини в умовах тиску та температури навколишнього середовища вони є газоподібними речовинами; За винятком HF, який випаровується вище 20ºC.

Чому? Тому що HF здатний утворювати міцні водневі зв’язки. У той час як інші гідрациди, неметалічні елементи яких менш електронегативні, вони навряд чи можуть бути у рідкій фазі нижче 0 ° C. Наприклад, HCl кипить при температурі близько -85 ° C.

Чи є гідрациди кислими речовинами? Відповідь полягає в позитивному частковому заряді δ + на атомі водню. Якщо δ + дуже великий або зв'язок HX дуже слабкий, то HX буде сильною кислотою; Як і у всіх гідрокислотах галогенів, коли їхні галогеніди розчиняються у воді.

характеристики

Фізичні

-Виже всі гідрациди є прозорими розчинами, оскільки HX дуже розчинні у воді. Вони можуть мати жовтуваті тони відповідно до концентрації розчиненого HX.

- Вони є курцями, а це означає, що вони виділяють густі, корозійні та дратівливі випари (деякі з них навіть нудоту). Це пояснюється тим, що молекули HX дуже летючі і взаємодіють з водяною парою в середовищі, що оточує розчини. Крім того, HX у своїх безводних формах є газоподібними сполуками.

-Гідрациди - хороші провідники електрики. Хоча HX є газоподібними видами в атмосферних умовах, при розчиненні у воді вони виділяють іони (H ⁺ X ^- ), які дозволяють пропускати електричний струм.

-Вих температура кипіння вище, ніж у його безводних форм. Тобто HX (ac), який позначає гідрацид, кипить при температурі вище HX (g). Наприклад, хлорид водню, HCl (g), кипить при -85ºC, але соляна кислота, її гідрацидна, становить близько 48ºC.

Чому? Тому що газоподібні молекули HX оточені молекулами води. Одночасно можуть відбуватися два типи взаємодій: водневі зв’язки, HX - H ₂ O - HX або іонне сольватування, H ₃ O ⁺ (aq) та X ^- (aq). Цей факт безпосередньо пов'язаний з хімічними характеристиками гідрацидів.

Хімічна

Гідрациди - це дуже кислі розчини, тому в них є кислотні протони H ₃ O ^+, доступні для взаємодії з іншими речовинами. Звідки береться H ₃ O ⁺ ? З атома водню з позитивним частковим зарядом δ +, який дисоціює у воді і закінчується ковалентно, включаючи молекулу води:

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

Зауважимо, що рівняння відповідає реакції, яка встановлює рівновагу. Коли утворення X ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) термодинамічно вподобане, HX випустить свій кислий протон у воду; і тоді він, з H ₃ O ⁺ як його новим «носієм», може вступати в реакцію з іншим з'єднанням, навіть якщо останній не є сильною основою.

Сказане пояснює кислотні характеристики гідрацидів. Це стосується всіх НХ, розчинених у воді; але деякі генерують більш кислі розчини, ніж інші. Для чого це? Причини можуть бути дуже складними. Не всі HX (ac) віддають перевагу вищевказаній рівновазі вправо, тобто в напрямку X ^- (ac) + H ₃ O ⁺ (ac).

Кислотність

І виняток спостерігається у фтористоводневій кислоті, HF (aq). Фтор дуже електронегативний, тому він скорочує відстань зв’язку HX, підсилюючи його проти його руйнування дією води.

Аналогічно, HF-зв’язок набагато краще перекривається з атомних радіусів. З іншого боку, зв’язки H-Cl, H-Br або HI слабкіші і, як правило, повністю дисоціюють у воді, до точки порушення балансу, піднятого вище.

Це тому, що інші галогени або халькогени (наприклад, сірка) мають більші атомні радіуси і, отже, більші орбіталі. Отже, зв'язок HX виявляється біднішим перекриттям орбіти, оскільки X більший, що, в свою чергу, впливає на силу кислоти при контакті з водою.

Таким чином, порядок кислотності для гідрокислот галогенів такий: HF <HCl

Номенклатура

Безводна форма

Як називають гідрациди? У їх безводних формах HX (g) їх слід згадати як продиктовані для галогенідів водню: додавши суфікс –uro в кінці їх назв.

Наприклад, HI (g) складається з галогеніду (або гідриду), утвореного воднем та йодом, тому його назва: йодистий водень. Оскільки неметали, як правило, більше електронегативні, ніж водень, він має число окислення +1. У NaH, з іншого боку, водень має число окислення -1.

Це ще один непрямий спосіб диференціації молекулярних гідридів від галогенів або галогенідів водню від інших сполук.

Як тільки HX (g) контактує з водою, він представляється як HX (ac) і потім отримується гідрацид.

У водному розчині

Щоб назвати гідрацид, HX (ac), суфікс –uro його безводних форм повинен бути замінений суфіксом –гідричним. І їх слід згадати в першу чергу як кислоти. Таким чином, для наведеного вище прикладу HI (aq) названий як: йодна кислотна вода .

Як вони утворюються?

Безпосереднє розчинення галогенідів водню

Гідрациди можуть утворюватися шляхом простого розчинення відповідних галогенідів водню у воді. Це можна представити наступним хімічним рівнянням:

HX (g) => HX (ac)

HX (g) дуже розчинний у воді, тому немає балансу розчинності, на відміну від його іонної дисоціації для вивільнення кислотних протонів.

Однак є синтетичний метод, який є кращим, оскільки він використовує солі або мінерали як сировину, розчиняючи їх при низькій температурі сильними кислотами.

Розчинення солей неметалів кислотами

Якщо кухонну сіль NaCl розчиняють концентрованою сірчаною кислотою, відбувається наступна реакція:

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

Сірчана кислота дарує один із своїх кислих протонів аніону Cl ^- хлориду , перетворюючи, таким чином, на соляну кислоту. Хлорид водню, HCl (г), може вийти з цієї суміші, оскільки вона дуже летюча, особливо якщо її концентрація у воді дуже висока. Інша утворюється сіль - сульфат натрієвої кислоти, NaHSO ₄ .

Інший спосіб його отримання - це заміна сірчаної кислоти концентрованою фосфорною кислотою:

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

H ₃ PO ₄ реагує так само, як H ₂ SO ₄ , утворюючи соляну кислоту і фосфат натрію діациди. NaCl є джерелом Cl ^- аніона , так що для синтезу інших гідрацидів, солей або мінералів, що містять F ^- , Br ^- , I ^- , S ^2- та ін.

Але використання H ₂ SO ₄ або H ₃ PO ₄ буде залежати від його окислювальної сили. H ₂ SO ₄ є дуже сильним окислювачем до того, що він окислює навіть Br ^- і I ^- до їх молекулярних форм Br ₂ та I ₂ ; перша - червонувата рідина, друга - пурпурова тверда речовина. Тому H ₃ PO ₄ є кращою альтернативою в таких синтезах.

Програми

Очисники та розчинники

Гідрациди, по суті, використовуються для розчинення різних типів речовини. Це тому, що вони є сильними кислотами і здатні помірно очищати будь-яку поверхню.

Його кислотні протони додаються до сполук домішок або бруду, роблячи їх розчинними у водному середовищі, а потім переносяться водою.

Залежно від хімічної природи зазначеної поверхні, можна використовувати один або інший гідрацид. Наприклад, фтороводородну кислоту не можна використовувати для очищення скла, оскільки вона розчинить його на місці. Соляна кислота використовується для видалення плям від плиток басейну.

Вони також здатні розчиняти гірські породи або тверді зразки, а потім їх використовувати в аналітичних або виробничих цілях на малих або великих масштабах. У іонообмінній хроматографії розведена соляна кислота використовується для очищення колонки іонів, що залишилися.

Кислотні каталізатори

Деякі реакції потребують сильнокислих розчинів, щоб пришвидшити їх і скоротити час їх проведення. Сюди потрапляють гідрациди.

Прикладом цього є використання гідройодної кислоти в синтезі льодовикової оцтової кислоти. Нафтова промисловість також потребує гідрацидів у переробних процесах.

Реагенти для синтезу органічних та неорганічних сполук

Гідрациди забезпечують не лише кислі протони, але й їхні аніони. Ці аніони можуть вступати в реакцію з органічною або неорганічною сполукою з утворенням специфічного галогеніду. Таким чином вони можуть бути синтезовані: фториди, хлориди, йодиди, броміди, селеніди, сульфіди та інші сполуки.

Ці галогеніди можуть мати дуже різноманітне застосування. Наприклад, їх можна використовувати для синтезу полімерів, таких як тефлон; або посередників, від яких атоми галогену будуть вбудовані в молекулярні структури певних препаратів.

Припустимо, молекула CH ₃ CH ₂ OH, етанол, вступає в реакцію з HCl з утворенням етилхлориду:

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

Кожна з цих реакцій приховує механізм і багато аспектів, які розглядаються в органічних синтезах.

Приклади

Існує не так багато прикладів для гідрацидів, оскільки кількість можливих сполук природно обмежена. З цієї причини деякі додаткові гідрациди з відповідною номенклатурою перелічені нижче (абревіатура (ac) ігнорується):

HF, фтороводородна кислота

Бінарний гідрацид, молекули якого HF утворюють міцні водневі зв’язки, до того, що у воді це слабка кислота.

Н

На відміну від гідрацидів, що розглядалися до цього часу, він багатоатомний, тобто має більше двох атомів, однак він продовжує бути бінарним, оскільки складається з двох елементів: сірки та водню.

Його кутові молекули МСМ не утворюють помітних водневих зв’язків і їх можна виявити за їх характерним гнильним запахом яєць.

HCl, соляна кислота

Одна з найвідоміших кислот у популярній культурі. Він навіть входить до складу шлункового соку, присутнього в шлунку, і разом з травними ферментами вони розщеплюють їжу.

HBr, бромистоводнева кислота

Як і гідройодова кислота, в газовій фазі вона складається з лінійних молекул H-Br, які дисоціюють на іони H ⁺ (H ₃ O ⁺ ) та Br ^-, коли вони потрапляють у воду.

Н

Хоча телур має певний металевий характер, його гідрацид виділяє неприємні і сильно отруйні пари, такі як селенід водню.

Як і інші гідрациди халькогенідів (з групи 16 періодичної таблиці), у розчині він виробляє аніон Te ^2- , тому його валентність становить -2.

Список літератури

1. Кларк Дж. (22 квітня 2017 р.). Кислотність галогенідів водню. Відновлено з: chem.libretexts.org
2. Люмен: Вступ до хімії. Бінарні кислоти. Взято з :urs.lumenlearning.com
3. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (22 червня 2018 р.). Визначення бінарної кислоти. Відновлено з: thinkco.com
4. Містер Д. Скотт. Написання та номенклатура хімічних формул . Відновлено: celinaschools.org
5. Мадхуша. (9 лютого 2018 р.). Розрізняють бінарні кислоти та оксикислоти. Відновлено з: pediaa.com
6. Вікіпедія. (2018). Гідрацидна кислота. Відновлено з: es.wikipedia.org
7. Наталі Ендрюс. (24 квітня 2017 р.). Використання гідріодинової кислоти. Відновлено: sciaching.com
8. StudiousGuy. (2018). Фтороводородна кислота: важливі способи використання та застосування. Відновлено з: studiousguy.com