§ 44. Кислоты

Определения и обозначения

Кислота — сложное вещество, состоящее из атомов водорода и кислотного остатка. В формуле кислоты атомы H записывают в начале, а часть, которая остаётся после их отделения, называют кислотным остатком. Важны не любые атомы водорода: речь идёт о тех, которые могут замещаться атомами металла. Это определение помогает отличить кислоты от других веществ, в формулах которых тоже встречается водород.

Кислотный остаток — часть молекулы кислоты, остающаяся после отделения атомов водорода. При таком отделении остаток получает отрицательный заряд; его величина равна числу отделившихся атомов водорода. Так, в H₂SO₄ остаток SO₄ имеет заряд 2−, а в HCl остаток Cl — заряд 1−. Понимание заряда нужно, чтобы правильно составлять формулы кислот и солей.

Основность кислоты — число атомов водорода в её молекуле, способных замещаться металлом. HCl — одноосновная кислота, H₂SO₄ — двухосновная, а H₃PO₄ — трёхосновная. Основность показывает, сколько таких атомов водорода содержится в одной формуле кислоты. Это свойство не определяют по числу атомов кислорода.

Кислородсодержащая кислота содержит атомы кислорода, а бескислородная — не содержит их. К первым относятся, например, HNO₃ и H₂SO₄, ко вторым — HCl и H₂S. Разделение по этому признаку позволяет быстро описать состав вещества. Оно не заменяет определение основности: это разные характеристики кислоты.

Как это устроено

Чтобы распознать кислоту по формуле, сначала ищут H в её начале, а затем определяют, какая часть записи образует кислотный остаток. Такое расположение показывает характерное строение кислоты, но одного водорода в формуле недостаточно: нужно убедиться, что он относится к кислотному составу и может замещаться металлом. Например, H₂SO₄ — кислота, тогда как NaOH — основание, хотя водород присутствует и там. CO₂ кислотой не является, потому что в его формуле нет атомов водорода.

Основность находят по числу замещаемых атомов H в формуле. Это число связано с зарядом остатка: молекула кислоты в целом нейтральна, поэтому положительный заряд атомов водорода уравновешивает отрицательный заряд кислотного остатка. В H₂SO₄ два атома водорода уравновешивают заряд SO₄²⁻; в H₃PO₄ три атома H соответствуют PO₄³⁻. Поэтому число атомов кислорода не помогает определить основность: оно не задаёт количество замещаемых атомов водорода.

Кислоты делят на кислородсодержащие и бескислородные, проверяя, есть ли O в формуле. Например, HNO₃ и H₂CO₃ содержат кислород, а HCl и H₂S — нет. Этот признак описывает именно состав вещества, а не количество атомов H и не заряд остатка. Поэтому одну и ту же кислоту можно одновременно охарактеризовать по двум признакам: по наличию кислорода и по основности.

Формулу кислоты составляют так, чтобы суммарный заряд молекулы был равен нулю. Если заряд кислотного остатка равен 1−, нужен один атом H; если 2− — два атома H; если 3− — три. Например, SO₄²⁻ соединяют с двумя атомами водорода и записывают H₂SO₄. Обратный ход тоже работает: в формуле H₃PO₄ убирают три атома H и получают остаток PO₄³⁻.

Названия кислот связаны с их составом и кислотным остатком. Например, H₂SO₄ называют серной кислотой, потому что её остаток SO₄ связан с серой; HNO₃ — азотной кислотой, а H₂CO₃ — угольной. Бескислородная кислота HCl называется соляной, а H₂S — сероводородной. Название важно сверять с формулой: оно помогает запомнить состав, но основность всё равно определяют по числу замещаемых атомов H.

Состав и классификация кислот

Пользуйтесь таблицей, чтобы сравнить кислоты по четырём признакам: формуле, остатку, основности и наличию кислорода. Для самопроверки сопоставьте число H в формуле с зарядом остатка. Затем проверьте, есть ли в записи символ O.

Разбор задач

1. Какие вещества являются кислотами?

Задача. Определите, какие из формул HCl, NaOH, H₂SO₄, CO₂ относятся к кислотам. Сверяйте каждую формулу с характерным составом: атомы водорода и кислотный остаток. Не считайте достаточным простое наличие H. Такой подход позволяет не спутать кислоту с основанием или оксидом.

1. В HCl в начале стоит H, а оставшаяся часть Cl — кислотный остаток, значит, формула относится к кислоте.
2. В NaOH первым записан металл Na, а группа OH входит в состав основания, поэтому это не кислота.
3. В H₂SO₄ есть атомы водорода и остаток SO₄, следовательно, это кислота.
4. В CO₂ нет атомов водорода, поэтому формула не соответствует составу кислоты.

Ответ: кислоты — HCl и H₂SO₄.

2. Остаток, основность и кислород

Задача. Для HNO₃ и H₂S укажите кислотные остатки, основность кислот и наличие кислорода. Решайте по формуле: сначала отделите начальные атомы H, после этого сравните их количество и проверьте символ O. Так все признаки можно определить без догадок по названию.

1. В HNO₃ один атом H, значит, кислота одноосновная; оставшаяся часть NO₃ — остаток с зарядом 1−.
2. В HNO₃ есть O, следовательно, кислота кислородсодержащая.
3. В H₂S два атома H, поэтому кислота двухосновная; остаток S имеет заряд 2−.
4. В H₂S символа O нет, значит, это бескислородная кислота.

Ответ: HNO₃ — остаток NO₃⁻, одноосновная, кислородсодержащая; H₂S — остаток S²⁻, двухосновная, бескислородная.

3. Формула по заряду остатка

Задача. Составьте формулу кислоты, если её кислотный остаток SO₄ имеет заряд 2−; назовите кислоту и определите её основные признаки. Молекула кислоты должна быть нейтральной, поэтому отрицательный заряд остатка нужно уравновесить положительным зарядом атомов водорода. После составления формулы её признаки проверяют по записи.

1. Заряд остатка SO₄ равен 2−, поэтому для компенсации нужны два атома H, каждый с зарядом 1+.
2. Записываем два атома водорода перед остатком: H₂SO₄.
3. По остатку SO₄ называем кислоту серной; в формуле есть кислород, значит, она кислородсодержащая.
4. Два замещаемых атома H означают, что кислота двухосновная.

Ответ: H₂SO₄ — серная, двухосновная, кислородсодержащая кислота.

Типичные ошибки

Считать кислотой любое вещество с водородом — ошибка, потому что H встречается и в основаниях, и в других соединениях. Её допускают, если проверяют только один символ в формуле. Проверьте, стоит ли водород в начале и соответствует ли остальная часть кислотному остатку; для сравнения разберите NaOH и H₂SO₄.

Путать основность с числом атомов кислорода нельзя: основность показывает число замещаемых атомов H. Ошибка возникает, когда ученик выбирает не тот показатель формулы. Для проверки посчитайте именно атомы H: у H₂SO₄ кислорода четыре, но кислота двухосновная.

При составлении формулы можно указать неверное число атомов H, если забыть о заряде остатка. Причина — попытка угадать запись по названию или привычному примеру. Проверьте, чтобы суммарный заряд кислоты был нулевым: для SO₄²⁻ нужны два H, а не один.

Кислотный остаток — не отдельная молекула кислоты, а часть её состава после отделения водорода. Такое смешение возникает из-за того, что остаток часто записывают отдельно вместе с зарядом. Чтобы проверить себя, вернитесь к исходной формуле: например, SO₄²⁻ входит в H₂SO₄ и сам по себе не содержит атомов водорода.

Связь с другими темами

Для изучения кислот понадобятся знания о составе сложных веществ, химических формулах и валентности: они помогают читать запись и понимать, как соединяются её части. Понятия ионов и электрического заряда объясняют, почему кислотный остаток имеет отрицательный заряд и как он уравновешивается водородом. Позже эти знания пригодятся при изучении химических свойств кислот, реакций нейтрализации и составлении формул солей. В этих темах важно правильно определять остаток и учитывать его заряд.

Что запомнить

• Кислоты состоят из атомов водорода и кислотного остатка.
• Основность кислоты равна числу замещаемых атомов водорода в её молекуле.
• Заряд кислотного остатка соответствует числу атомов водорода в формуле кислоты.
• Кислоты делятся на кислородсодержащие и бескислородные.
• Кислотный остаток — часть состава кислоты, отличная от атомов водорода.