Kiseline

Kiseline imaju u svakodnevnom životu vrlo veliku primjenu. Octena i jabučna kiselina rabe se za pripravljanje jela, posebice salata. Klorovodična (solna) kiselina rabi se za otapanje kamenca u bojlerima i posudama za grijanje vode. Mnoge druge kiseline, primjerice, sumporna i dušična, nezaobilazne su sirovine u raznim granama industrije. Askorbinska je kiselina vitamin C, koji povećava opću otpornost organizma, a salicilna kiselina je konzervans i sastavni dio aspirina.

Kiseline pokazuju određena svojstva: oštar miris, kiseli okus, u većim koncentracijama nagrizaju kožu i sluznicu, reagiraju s metalima, metalnim oksidima i bazama.

Kiseline se mogu dobiti sintezom iz elementarnih tvari, primjerice reakcijom klora i vodika nastaje klorovodik, a uvođenjem klorovodika u vodu nastaje klorovodična (solna) kiselina.

[latex]H_2\left(g\right)+Cl_2\left(g\right)\longrightarrow 2HCl\left(g\right)[/latex]

[latex]HCl\left(g\right)\stackrel{H_2O}{\longrightarrow }HCl\left(aq\right)[/latex]

Kiseline nastaju i reakcijom odgovarajućega nemetalnog oksida s vodom. Primjerice, gorenjem sumpora nastaje sumporov(IV) oksid, a reakcijom sumporova(IV) oksida i vode nastaje sumporasta kiselina.

[latex]S\left(s\right)\stackrel{}{\stackrel{O_2}{\longrightarrow }SO_2\left(g\right)}[/latex]

[latex]SO_2\left(g\right)\stackrel{H_2O}{\longrightarrow }H_2SO_3\left(g\right)[/latex]

Kiseline najčešće dijelimo prema broju atoma vodika u molekuli i prema načinu na koji u vodenoj otopini ioniziraju. Tako razlikujemo monoprotonske, diprotonske i triprotonske kiseline te jake, srednje jake i slabe kiseline. Koje su to jake kiseline pogledajte u videozapisu.

Dušična kiselina je jaka monoprotonska kiselina koja u vodi potpuno ionizira.

[latex]HNO_3\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\longrightarrow H_3O^+\left(aq\right)+NO_3^–\left(aq\right)[/latex]

Ionizacijom dušične kiseline nastaju oksonijevi ioni, H₃O⁺ i nitratni ioni, NO₃⁻. Soli dušične kiseline su nitrati.

Sumporna kiselina je jaka diprotonska kiselina koja ionizira u dva stupnja.

1. [latex]H_2SO_4\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\longrightarrow H_3O^+\left(aq\right)+HSO_4^–\left(aq\right)[/latex]

2. [latex]HSO_4^–\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\rightleftharpoons H_3O^+\left(aq\right)+SO_4^{2–}\left(aq\right)[/latex]

Ionizacijom sumporne kiseline u prvome stupnju nastaju hidrogensulfatni ioni, HSO₄⁻, a u drugom stupnju sulfatni ioni, SO₄²⁻. Soli sumporne kiseline stoga mogu biti hidrogensulfati i sulfati.

Fosforna kiselina je srednje jaka triprotonska kiselina koja ionizira u tri stupnja.

1. [latex]H_3PO_4\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\rightleftharpoons H_3O^+\left(aq\right)+H_2PO_4^–\left(aq\right)[/latex]

2. [latex]H_2PO_4^–\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\rightleftharpoons H_3O^+\left(aq\right)+HPO_4^{2–}\left(aq\right)[/latex]

3. [latex]HPO_4^{2–}\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\rightleftharpoons H_3O^+\left(aq\right)+PO_4^{3–}\left(aq\right)[/latex]

Soli fosforne kiseline su dihidrogenfosfati, hidrogenfosfati i fosfati.

U jednadžbama ionizacije kiselina može se izostaviti pisanje molekula vode, ali se pri tome ne smije zaboraviti da u vodenim otopinama ne postoje slobodni protoni, H⁺(aq), već su oni uvijek asocirani s molekulama vode u hidratizirane oksonijeve ione, H₃O⁺(aq). Ionizacija jakih kiselina nepovratna je jer su te kiseline u vodi potpuno ionizirane. Ionizacija slabe octene kiseline u vodi je povratna, ravnotežna reakcija.

[latex]CH_3COOH\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\rightleftharpoons H_3O^+\left(aq\right)+CH_3COO^–\left(aq\right)[/latex]

Za neku slabu kiselinu, HA, jednadžba ionizacije jest:

[latex]HA\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\rightleftharpoons H_3O^+\left(aq\right)+A^–\left(aq\right)[/latex]

Koncentracija navedenih iona u otopini je vrlo mala. Ako otapalo (voda, H₂O) sudjeluje u reakciji, tada u izrazu za konstantu ravnoteže za otapalo pišemo vrijednost množinskog udjela, x(H₂O), a za otopljene tvari (H₃O⁺ i A^–) vrijednost množinskih koncentracija. Prema tome, izraz za konstantu ravnoteže navedene reakcije je:

[latex]\mathit{K}=\frac{\lbrack H_3O^+\rbrack \cdot \lbrack A^–\rbrack }{\lbrack HA\rbrack \cdot \mathit{x}\left(H_2O\right)}[/latex]

Za vrlo razrijeđene otopine, množinski udio vode je gotovo jednak 1 pa tada izraz za konstantu ravnoteže poprima oblik:

[latex]\mathit{K}=\frac{\lbrack H_3O^+\rbrack \cdot \lbrack A^–\rbrack }{\lbrack HA\rbrack }[/latex]

Konstanta ravnoteže ionizacije slabe kiseline označava se s K_a (engl. acid= kiselina), a za neku slabu kiselinu, HA, vrijedi:

Vrijednost konstante ionizacije kiseline, kao i svaka konstanta ravnoteže, ovisi o temperaturi. 

Za poliprotonske kiseline zakon o djelovanju masa primjenjuje se na svaki stupanj ionizacije zasebno pa tako fosforna kiselina ima tri konstante ionizacije. 

Kiselina je jača što je više ionizirana pa je i vrijednost konstante ionizacije jakih kiselina veća. Sabe kiseline u vodenim otopinama slabo ioniziraju pa je ravnoteža u reakciji ionizacije pomaknuta na stranu molekulskoga oblika kiseline.