Kyseliny, hydroxidy a soli

Kyseliny

Kyselina chlorovodíková (HCl)

bezbarvá, těkavá kapalina

Výroba: do hořáku se odděleně přivádí chlór a vodík, hořením vzniká plynná HCl, rozpuštěním ve vodě z ní vzniká kapalná HCl.

Použití: jako slabá kyselina je obsahem žaludečních šťáv. Technická kyselina – nažloutlá „kyselina solná“; výroba barviv, platů, textilní a kožedělní průmysl, výroba chloridů.

Kyslíkaté kyseliny

Tříprvkové sloučeniny složené z atomů vodíku, kyslíku a kyselinotvorného prvku.

H^Ix^I-VIIIO^-II - součet hodnot oxidačních čísel se musí rovnat nule.

Kyselina sírová (H₂SO₄)

Přírodní materiály po styku s kyselinou sírovou černají a uhelnatí, má leptavé účinky. Při reakci s ní se uvolňuje velké množství tepla, je hydroskopická (pohlcuje vodu).

Koncentrovaná (96%) je bezbarvá, olejovitá, silná žíraviny.

S většinou kovů reaguje za uvolnění vodíku. S oxidy reaguje za vzniku H₂O a soli.

Její výroba má tři fáze:

1. Vznik SO₂ spalováním síry: S + O₂ → SO₂
2. Vznik SO3 v reaktoru: 2SO₂ + O₂ → 2SO₃
3. SO₃ je pohlcován v roztoku H₂SO₄

Použití: výroba hnojiv, barviv, výbušnin, plastů a vláken kovů.

Kyselina dusičná (HNO₃)

Koncentrovaná (65-68%) je nestálá, bezbarvá kapalina. Musí se uchovávat v tmavých lahvích (účinkem světla se rozkládá na NO₂), je silná žíravina, ve vodném roztoku se štěpí (disociuje): HNO₃ → H⁺ + NO₃^-.

Výroba má tři fáze:

1. Vznik NO reakcí NH a kyslíku: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O.
2. NO reaguje s kyslíkem, vzniká NO₂: 2NO + O₂ → NO₂
3. NO₂ reaguje s vodou, vzniká HNO₃ a NO (vrací se do výroby): 3NO₂ + H₂O → HNO₃ + NO

Použití: výroba hnojiv, barviv, léků, plastů a výbušnin.

Kyselina fosforečná (H₃PO₄)

Až 85% - bezbarvá, sirupovitá

Výroba: reakcí P₂O₅ s vodou: P₂O₅ + 2H₂O → 2H₃PO₄.

Použití: výroba hnojiv, barviv, zpracování a úprava kovů, výroba léků a zubních tmelů.

Lučavka královská

HNO₃ a HCl v poměru 1:3.

Reaguje se všemi kovy včetně zlata a platiny.

Hydroxidy

K dokázání přítomnosti hydroxidu (zásady) se používají indikátory. Hydroxidy dobře vedou elektrický proud, protože obsahují pohyblivé ionty – kationy kovu (Na⁺,Ca²⁺,Al³⁺). Dále obsahují hydroxidové aniony OH^- vázané na kationty kovu.

Jedná se o žíraviny.

Louhy – hydroxid sodný a draselný (NaOH a KOH)

Silné žíraviny. Bílé, pevné, ve vodě dobře rozpustné látky.

Používají se na výrobu papíru, mýdel, plastů, k odstranění starých nátěrů.

Vyrábějí se elektrolýzou. NaOH elektrolýzou vodného roztoku NaCl. A hydroxid draselný se vyrábí elektrolýzou vodného roztoku KCl.

Hydroxid vápenatý (Ca(OH)₂₎

Pevná bílá látka ve vodě málo rozpustná, žíravina.

Používá se v zemědělství jako hnojivo pro kyselé půdy, dále při výrobě cukru a sody, na hašené vápno.

Hydroxid amonný – NH₄OH

Existuje pouze ve vodném roztoku.

NH₃ je čpavek – plyn, štiplavě páchne, dráždí dýchací cesty, je jedovatý.

Vznik: NH₃ + H₂O → NH₄OH

Používá se na dusíkatá hnojiva (podporují růst rostlin), na výrobu barev a sody.

Stupnice pH

Stupnice pH slouží k určení kyselosti či zásaditosti látky. Nabývá hodnot od 0 do 14. Měří se pH-metry.

• pH = 7 => roztok je neutrální
• pH < 7 => roztok je kyselý
• pH > 7 => roztok je zásaditý.

Kyselinotvorné oxidy

Reagují s vodou za vniku kyseliny. Jedná se o oxidy SiO₂, SO₃, NO₂, CO₂. Elektronegativitu mají větší než 2. Používají se k výrobě kyselin. Jsou příčinou kyselých dešťů.

Zásadotvorné oxidy

Reagují s vodou za vzniku hydroxidu. Jde o oxidy Na₂O, K₂O, MgO a CaO. Elektronegativitu mají menší než 1. Používají se při výrobě hydroxidu.

Soli

Soli jsou chemické sloučeniny složené z kationů kovů a anionů kyselin. Aniony kyselin se odvozují odštěpení jednoho nebo více vodíkových kationů H⁺ z molekuly kyseliny.

H2SO3	SO32-	siřičitanový anion
H2SO4	SO42-	sironový anion
HNO3	NO3-	dusičnanový anion
H2PO4	PO43-	fosforečnanový anion
HCl	Cl-	chloridový anion
HBr	Br-	bromidový anion
H2S	S2-	sulfidový anion

Soli se připravují neutralizací. Neutralizace je reakce kyselin s hydroxidy, při které vzniká sůl a voda: kyselina + hydroxid → sůl a voda. Podstatou neutralizace je reakce vodíkových kationů s hydroxidovými aniony, při které vzniká voda a uvolňuje se teplo: H⁺ + OH^- → H₂O + teplo.

Neutralizace se využívá při výrobě soli, úpravě odpadních vod, v laboratořích a jako první pomoc při zasažení kyselinami nebo hydroxidy.

Společné vlastnosti pro většinu solí

V přírodě se vyskytují v krystalové formě s vysokou teplotou tání a varu.

V pevném skupenství nevedou elektrický proud, ale jejich roztoky nebo taveniny ano.

Hydrogensoli

Hydrogensoli jsou soli, které obsahují atomy vodíku. Příkladem je hydrogensíran HSO₄.

Hydráty

Hydráty jsou soli, které tvoří krystaly, ve kterých jsou vázány molekuly vody. Hydrát znamená, že se váže molekula vody. Počet molekul je vyjádřen číslovkou před slovem „hydrát“:
1 – mono
2 – di
3 – tri
4 – tetra
5 – penta
6 – hexa
7 – hepta
8 – okta
9 – mona
10 – deka

Tvrdost vody

Tvrdost vody je způsobena přítomností hydrogensolí. Dělí se na přechodnou a trvalou.

Přechodná tvrdost vody je způsobena hydrogenuhličitanem hořečnatým Mg(HCO₃)₂ a hydrogenuhličitanem vápenatým Ca(HCO₃)₂. Lze ji zničit povařením – vznikají nerozpustné uhličitany – vodní kámen.

Trvalá tvrdost vody je způsobena síranem hořečnatým MgSO₄ a síranem vápenatým CaSO₄. Vodu lze změkčovat sodou či ionexí – odstraňování iontů a uvolnění jiných.

Hnojiva

Hnojiva se dělí na přírodní (kompost, hnůj) a průmyslová. Ta se dále dělí na vícesložková (NPK, cererit) a jednosložková. Jednosložková průmyslová hnojiva se dělí na dusíkatá (síran amonný, močovina), fosforečná (superfosfát), draselná (síran, chlorid draselný) a vápenatá.

Průmyslová hnojiva jsou průmyslově vyráběné látky, které se využívají k výrobě obohacené půdy, obsahují dusík, fosfor, draslík, vápník, síru a draslík.

Dusíkatá hnojiva podporují tvorbu bílkovin – růst rostlin. Fosforečná hnojiva podporují tvorbu květů a plodů. Draselná hnojiva jsou na tvorbu cukrů. A vápenatá hnojiva zmírňují kyselosti půdy.

Jejich výhodou je, že se dají dávkovat.

Nevýhodou je, že po dlouhodobém užívání se mění pH i struktura půdy. Nezužitkovaná část se splavuje do rybníků, potoků i podzemní vody a znečišťuje ji.

Stavební pojiva

Mezi stavební pojiva se řadí vápno, sádra, cement a beton.

Vápenná malta

CaCO₃ → CaO + CO₂

Ca(OH)₂ + H₂O + písek → vápenná malta

Vápenná malta se používá na stavbách ke spojování cihel a tvárnic a k omítání zdí.

Sádra

Sádra vzniká pálením rozemletého sádrovce při teplotě do 170°C: CaSO₄ (sádrovec) + 2H₂O → CaSO₄.½H₂O (sádra) - tuhnutí sádry je opačný proces.

Sádra se používá k upevňování elektrických vodičů a elektroinstalace, vyplňují se s ní díry v omítce, používá se na štukatérské práce, odlitky soch a v lékařství.

Cement

Cement je směs vápence a jílu v poměru 5:1. Tato směs se rozemele, promíchá a vypaluje při teplotě 1450°C – vznikají slinky, ty se ochladí a rozemelou s příměsí síranu vápenatého na šedou mouku.

Beton

Beton je směs cementu, vody a písku. Železobeton obsahuje ocelové pruty či pletiva.

Použití: beton tuhne na vzduchu i pod vodou, používá se na základy domů, plotů, mostů i přehradních hrází.

Keramika

Keramika je název pro výrobky zhotovené vypalováním keramických směsí.

Suroviny: kaolín, jíl a hlína. Dále ostřiva (křemenný písek) – snižují praskání výrobků při vypalování, taviva (živec, vápenec) – snižují vypalovací teplotu a glazury - dodávají lesk, zamezují pronikání vody.

Výroba: keramická směs se prohněte s vodou, vzniká plastická hmota, která se tvaruje, vypaluje při teplotě 800-1500°C, vzniká pevná látka „střep“.

Hrubá keramika

Používá se na střešní tašky, cihly, květináče. Výrobky jsou červené, tvrdé a křehké.

Suroviny – cihlářské hlíny, jíl a pomocné suroviny

Vypaluje se při teplotě 800-1000°C.

Obyčejná keramika

Používá se na obkladačky, dlaždice, umývadla a vany. Výrobky jsou šedé.

Surovinami jsou jíly, méně hodnotný kaolín, živec a křemen. Vypaluje se při teplotě 1300°C.

Jemná keramika a pórovina

Používá se na talíře, umyvadla, kachličky a izolátory. Po vypálení je bílá. Dvakrát se vypaluje. Po prvním vypálení a ochlazení se glazuruje.

Porcelán

Používá se na kuchyňské nádobí a ozdobné předměty. Po vypálení při teplotě 1500°C má barvu bílou až průhlednou.

Surovinami jsou nejčistší kaolín, křemenný písek a živec v poměru 2:1:1.

Výroba železa

Suroviny: kyslíkaté rudy (např. oxid železitý – Fe₂O₃)

Princip výroby: Redukce oxidem uhelnatým při pálení koksu ve vysoké peci. Vysoká pec má průměr 15 metrů a dosahuje výšky 30 až 50 metrů, je vyzděna žáruvzdorným materiálem. Uvnitř je koks, železná ruda, vápence, koks, železná ruda, vápenec… Spodem se do vysoké pece vhání kyslík – ohřátý vzduch s kyslíkem.
Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
Spalování: CO₂ + C → 2CO
C + O₂ → 2CO₂

Surové železo obsahuje 4 % uhlíku a jiné prvky, například křemík, fosfor a síru. Je tvrdé, ale křehké. Zpracovává se na litinu a ocel. Litina vzniká odléváním do forem. Používá se na topná tělesa, části strojů, potrubí a nádobí.

Ocel

Ocel vzniká zkujňováním – snižováním obsahu uhlíku a dalších prvků.

1. Způsob - v konvertorech se k roztavenému železu vhání vzduch. Kyslík oxiduje přimíchané prvky na oxidy, které se buď vážou na vyzdívku konvertoru (oxid fosforečný, oxid křemičitý), nebo unikají vázané v plynech (oxid uhelnatý, oxid uhličitý, oxid křemičitý).

2. Způsob - v nístějových pecích se k surovému železu přidává železný šrot a směs se taví. Přimísené prvky se oxidují kyslíkem vázaným v oxidech železa.

Ocel je měkká a kujná, její vlastnosti se dají měnit přísadou některých kovových prvků – niklu, vanadu, chrómu, wolframu, titanu a manganu.

Elektrolýza

Elektrolýza je děj probíhající na elektrodách při průchodu stejnosměrného proudu roztokem nebo taveninou (elektrolyt). Roztok obsahuje volně pohyblivé ionty. Kationy míří k záporné katodě, aniony ke kladné anodě.

Na katodě dochází k redukci – zinečnaté kationy přijímají elektrony, čímž se redukují: Zn⁺ + 2e^- → Zn.

Na anodě dochází k oxidaci jodidových aniontů. Jodidové aniony odevzdají elektrony, čímž se oxidují.

Elektrolýza se používá k výrobě kovů, pokovování a čištění kovů.

Galvanický článek

Galvanický článek je zdroj napětí, využívá redoxní reakci, při které se kovový zinek oxiduje, ztrácí elektrony, čímž vznikají zinečnaté kationy: Zn – 2e^- → 2Zn²⁺.

Měďnaté kationy se redukují – přijímají elektrony, čímž vzniká kovová měď.

Chemickou reakci probíhající v galvanickém článku lze zapsat rovnicí: Cu²⁺ + Zn → Cu + Zn²⁺ (měď se redukuje, zinek oxiduje).

Akumulátor

Akumulátory jsou galvanické články, ve kterých se proces nabíjení a vybíjení může opakovat – např. autobaterie, které obsahují 32% roztok kyseliny sírové (H₂SO₄):
PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O

Koroze

Koroze je děj, při kterém železo rezatí. Probíhá na povrchu některých kovů za působení vzdušného kyslíku, vody a dalších látek. Vznikají látky nežádoucích vlastností – Fe(OH)₃ - pokrývá kov, nesouvisle, odlupuje se a předmět rezaví. Kovové předměty chráníme tím, že zabráníme přístupu vzduchu a vlhkosti k povrchu – namazáním, nátěry či pokovováním – zinkem, niklem či chromem.