Τι πρέπει να γνωρίζετε

Transcript

1 1 Οξέα Τι πρέπει να γνωρίζετε 1. Τα οξέα υπάρχουν στη φύση αλλά και σε τεχνητά προϊόντα (προϊόντα που έφτιαξε ο άνθρωπος). 2. Τα υδατικά διαλύματα των οξέων έχουν κάποιες κοινές ιδιότητες, οι οποίες ως σύνολο είναι γνωστές με τον όρο «όξινος χαρακτήρας»: I. Έχουν γεύση όξινη (ξινή). ΙΙ. Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών. ΙΙΙ. Αντιδρούν με τα ανθρακικά άλατα και παράγεται αέριο διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). IV. Αντιδρούν με ορισμένα μέταλλα και παράγεται αέριο υδρογόνο (Η 2 ). 3. Σύμφωνα με τη θεωρία του Arrhenius, όταν τα οξέα διαλυθούν στο νερό, ιοντίζονται και παράγουν κατιόντα Η Στην ύπαρξη των κατιόντων Η + οφείλεται ο όξινος χαρακτήρας των υδατικών διαλυμάτων των οξέων. 5. Κάθε οξύ, όταν διαλύεται στο νερό, εκτός από τα κατιόντα Η +, δίνει και μονοατομικά ανιόντα (αμέταλλο) ή πολυατομικά ανιόντα. Π.χ. HCl H + Cl (aq) (aq) (aq) 3(aq) (aq) + 3(aq) HNO H NO 6. Μια ένωση, για να είναι οξύ, πρέπει στον χημικό της τύπο να έχει ως θετικό τμήμα το υδρογόνο, το οποίο, όταν το οξύ διαλύεται στο νερό, να γίνεται κατιόν Η +. 9

2 Bασικές ερωτήσεις θεωρίας 1.1 Πού υπάρχουν τα οξέα; Τα οξέα υπάρχουν σε διάφορα προϊόντα, φυσικά και τεχνητά. Αν κοιτάξουμε τη χάρτινη ταινία που υπάρχει σε μια φιάλη αναψυκτικού τύπου cola, θα διαβάσουμε ότι μεταξύ των άλλων συστατικών το αναψυκτικό αυτό περιέχει φωσφορικό οξύ. Τα αεριούχα αναψυκτικά περιέχουν ανθρακικό οξύ. Στους φυσικούς χυμούς από λεμόνι ή πορτοκάλι (γενικά από εσπεριδοειδή) περιέχεται κιτρικό οξύ. Το ξίδι περιέχει οξικό οξύ. Το ακουαφόρτε (καθαριστικό) περιέχει νιτρικό οξύ. Οι μπαταρίες (συσσωρευτές) των αυτοκινήτων περιέχουν θειικό οξύ. Η μέλισσα έχει στο κεντρί της ένα οξύ, το οποίο ελευθερώνεται με το τσίμπημα (δήγμα) και προκαλεί πρήξιμο, φαγούρα και ενοχλητικό ερεθισμό. Στα πικραμύγδαλα υπάρχει μια ουσία, η αμυγδαλίνη, που περιέχει υδροκυάνιο, ένα οξύ το οποίο είναι ισχυρότατο δηλητήριο και προσδίδει στα πικραμύγδαλα τη χαρακτηριστική τους οσμή. Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε πως τα οξέα παίζουν σημαντικότατο ρόλο στη φύση και βρίσκουν πολλές εφαρμογές στη βιομηχανία και την τεχνολογία. ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΧΟΛΙΚΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ Διαπιστώνουμε μερικές από τις ιδιότητες των οξέων Στύβουμε ένα λεμόνι. 1. Δοκιμάζουμε τον χυμό του. Τι γεύση έχει; 2. Ρίχνουμε λίγο από τον χυμό του σ ένα ποτήρι ζέσης (βρασμού) που περιέχει τσάι. Τι συμβαίνει με το χρώμα του τσαγιού; 3. Ρίχνουμε λίγο από τον χυμό του σε μαγειρική σόδα. Τι παρατηρούμε; 4. Σ έναν καθαρό δοκιμαστικό σωλήνα βάζουμε ένα κουταλάκι ρινίσματα ψευδαργύρου και προσθέτουμε 20 ml αραιού υδροχλωρικού οξέος. Τι παρατηρούμε; 1. Ο χυμός λεμονιού έχει ξινή (όξινη) γεύση. 2. Το τσάι αλλάζει χρώμα και από καστανό γίνεται ανοιχτό κίτρινο. 10 ΟΞΕΑ

3 3. Παρατηρούμε ότι η σόδα αφρίζει και σχηματίζονται φυσαλίδες. Προφανώς παράγεται κάποιο αέριο. 4. Από το διάλυμα του υδροχλωρικού οξέος παράγεται κάποιο αέριο με μορφή φυσαλίδων. Οι ιδιότητες που παρατηρούμε στο παραπάνω πείραμα είναι χαρακτηριστικές των υδατικών διαλυμάτων όλων των οξέων. 1.2 Ποιες είναι οι κοινές ιδιότητες των διαλυμάτων όλων των οξέων; Τα διαλύματα όλων των οξέων έχουν ορισμένες κοινές ιδιότητες, οι ο- ποίες γίνονται αντιληπτές με απλά πειράματα. Οι ιδιότητες αυτές, γνωστές ως σύνολο με τον όρο «όξινος χαρακτήρας», είναι οι ακόλουθες: α) Έχουν γεύση όξινη (ξινή, οξεία), στην οποία οφείλουν το όνομά τους. β) Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών. γ) Αντιδρούν με τα ανθρακικά άλατα και παράγεται αέριο διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). δ) Αντιδρούν με ορισμένα μέταλλα και παράγεται αέριο υδρογόνο (Η 2 ). Σημείωση: Τα διαλύματα των οξέων είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Αυτό αποδεικνύεται με την ηλεκτρολυτική συσκευή (Hofman), στην οποία υπάρχει υδατικό διάλυμα θειικού οξέος 20% v/v. Στο αρνητικό ηλεκτρόδιο της συσκευής (κάθοδος) παρατηρούμε ότι παράγεται αέριο υδρογόνο. Ιδιότητες διαλυμάτων οξέων Ι. γεύση όξινη ΙΙ. χρώμα δείκτη μπλε της βρομοθυμόλης ΙΙΙ. αντίδραση με μαγειρική σόδα ΙV. αντίδραση με μέταλλα κίτρινο θετική με παραγωγή αέριου διοξειδίου του άνθρακα θετική με παραγωγή αέριου υδρογόνου 11

4 1.3 Πώς γίνεται αντιληπτή η ξινή (οξεία) γεύση των οξέων; Η ξινή γεύση ορισμένων οξέων γίνεται αντιληπτή όταν δοκιμάζουμε κάποιες τροφές που περιέχουν τα οξέα αυτά (οργανοληπτική εξέταση). Παραδείγματα Το ξίδι, το οποίο χρησιμοποιείται στις σαλάτες, είναι ξινό διότι περιέχει οξικό οξύ (διάλυμα 6-7 % w/v σε οξικό οξύ). Ο χυμός των εσπεριδοειδών (λεμόνια, πορτοκάλια, γκρέιπ-φρουτ κ.ά.) είναι ελαφρώς ξινός διότι περιέχει κιτρικό οξύ. Το γιαούρτι περιέχει γαλακτικό οξύ, όπως και το γάλα όταν «ξινίσει». Προσοχή! Απαγορεύεται να δοκιμάζουμε τη γεύση των εργαστηριακών οξέων, όπως είναι το υδροχλωρικό οξύ (ΗCl), το θειικό οξύ (H 2 SO 4 ) και το νιτρικό οξύ (HNO 3 ). Τα οξέα αυτά είναι καυστικά (διαβρωτικά) και δηλητήρια! 1.4 Τι είναι οι δείκτες; Οι δείκτες είναι χρωστικές ουσίες, συνήθως φυτικά εκχυλίσματα, οι ο- ποίες παρουσία οξέων αλλάζουν χρώμα. Δείκτες μπορούν να προκύψουν από το τσάι, το κόκκινο λάχανο, τα παντζάρια, τα κόκκινα τριαντάφυλλα, τα γεράνια, τις πετούνιες, τα «ιταλικά» ραδίκια κ.ά. Οι συνηθέστεροι δείκτες που χρησιμοποιούνται στα χημικά εργαστήρια είναι: Το βάμμα του ηλιοτροπίου: Από μενεξεδί (γαλάζιο) γίνεται κόκκινο. Η ηλιανθίνη: Από κίτρινη γίνεται κόκκινη. Το μπλε της βρομοθυμόλης: Από μπλε γίνεται κίτρινο. Η φαινολοφθαλεΐνη: Από κόκκινη γίνεται άχρωμη. 1.5 Πώς αντιδρούν τα οξέα με τα ανθρακικά άλατα; Αν ρίξουμε ξίδι πάνω σε μικρά κομμάτια μαρμάρου (ή σε μαρμαρόσκονη) ή πάνω σε σκόνη κιμωλίας ή σε κέλυφος (τσόφλι) αυγού ή σε όστρακο της θάλασσας, θα παρατηρήσουμε να σχηματίζονται φυσαλίδες (να αφρίζει), που σημαίνει ότι παράγεται κάποιο αέριο. Το ίδιο φαινόμενο παρατηρούμε αν ρίξουμε 12 ΟΞΕΑ

5 ξίδι, χυμό λεμονιού ή οποιοδήποτε άλλο διάλυμα οξέος σε μαγειρική σόδα. Το αέριο που παράγεται είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Το μάρμαρο, το τσόφλι αυγού, το όστρακο έχουν σαν κύριο συστατικό το ανθρακικό ασβέστιο (CaCO 3 ), το οποίο ανήκει στην κατηγορία χημικών ενώσεων που ονομάζονται ανθρακικά άλατα (βλέπε κεφ. 5, άλατα). Επίσης, η μαγειρική σόδα είναι όξινο ανθρακικό νάτριο (ΝaΗCΟ 3 ), μέλος και αυτό των ανθρακικών αλάτων. Γενικά, τα διαλύματα των οξέων αντιδρούν με τα ανθρακικά άλατα και παράγεται αέριο διοξείδιο του άνθρακα: Παραδείγματα Παρατήρηση οξύ + ανθρακικό άλας CO 2 2HCl + CaCO 3 CaCl 2 + H 2 O + CO 2 2CH 3 COOH + Na 2 CO 3 2CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 Το διοξείδιο του άνθρακα είναι αέριο, άχρωμο, άοσμο και άγευστο. Η παρουσία του γίνεται αντιληπτή (ανίχνευση διοξειδίου του άνθρακα) από το θόλωμα που προκαλεί σε διαυγές (καθαρό) διάλυμα υδροξειδίου του ασβεστίου. Το θόλωμα ο- φείλεται στο αδιάλυτο ανθρακικό ασβέστιο. CΟ 2 + Ca(OΗ) 2 CaCO 3(s) + H 2 O 1.6 Πώς αντιδρούν τα οξέα με τα μέταλλα; Αν βάλουμε σ έναν δοκιμαστικό σωλήνα πολύ μικρά κομματάκια ψευδαργύρου (Ζn) και ρίξουμε μέσα διάλυμα HCl (3,65% w/v), θα παρατηρήσουμε ότι παράγεται ένα αέριο. Το ίδιο φαινόμενο θα παρατηρήσουμε αν αντί για ψευδάργυρο χρησιμοποιήσουμε ρινίσματα σιδήρου (Fe) ή ρινίσματα αργιλίου (Al), όπως κι αν ρίξουμε διάλυμα θειικού οξέος (H 2 SO 4 ) σε ρινίσματα σιδήρου. Το αέριο το οποίο παράγεται σε όλες αυτές τις περιπτώσεις είναι το υδρογόνο (Η 2 ). 13

6 Πολλά μέταλλα αντιδρούν με ορισμένα διαλύματα οξέων και παράγουν αέριο Η 2. Γενικά ισχύει: οξύ + μέταλλο άλας + Η 2 Παραδείγματα 1. Ζn (s) + 2HCI (aq) ZnCI 2(aq) + H 2(g) Παρατηρήσεις α) Όπως θα δούμε σε επόμενο κεφάλαιο, η αντίδραση αυτή ακολουθεί κάποιους κανόνες. Από τα ανόργανα οξέα, μόνο το υδροχλωρικό οξύ και το αραιό θειικό οξύ δίνουν αυτή την αντίδραση. Επίσης κάποια μέταλλα, όπως ο χαλκός (Cu), δεν αντιδρούν με HCl και με αραιό διάλυμα H 2 SO 4. β) Όταν πραγματοποιείται η παραπάνω αντίδραση, η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται, όπως εύκολα διαπιστώνεται μ ένα θερμόμετρο. Άρα η α- ντίδραση είναι εξώθερμη, ελευθερώνει δηλαδή στο περιβάλλον θερμότητα. 2. Fe (s) + H 2 SO 4(aq) FeSO 4(aq) + H 2(g) 3. Μg (s) + 2CH 3 COOH (aq) (CH 3 COO) 2 Μg (aq) + H 2(g) Παρατήρηση Η ύπαρξη του υδρογόνου γίνεται αντιληπτή (ανίχνευση υδρογόνου) ως εξής: Αν στον δοκιμαστικό σωλήνα στον οποίο συλλέγεται το Η 2 πλησιάσουμε τη φλόγα του λύχνου, θα παρατηρήσουμε ότι το υδρογόνο καίγεται με μικρή έ- κρηξη (κρότο), διότι αντιδρά με το οξυγόνο του αέρα. 14 ΟΞΕΑ

7 1.7 Τι λέει η θεωρία του Arrhenius για τα οξέα; Σύμφωνα με τη θεωρία του μεγάλου Σουηδού χημικού S. Arrhenius, όταν τα οξέα διαλυθούν στο νερό, τα μόριά τους διασπώνται. Η διάσπαση αυτή ονομάζεται ιοντισμός. Από τον ιοντισμό των οξέων παράγονται ανιόντα και πάντοτε κατιόντα υδρογόνου (Η + ). Άρα όλα τα υδατικά διαλύματα των οξέων περιέχουν κατιόντα Η +. Στην ύπαρξη αυτών των κατιόντων οφείλεται ο όξινος χαρακτήρας τους. Σημείωση: Σύμφωνα με τον Arrhenius, τα οξέα ανήκουν σε μια κατηγορία ενώσεων που ονομάζονται ηλεκτρολύτες. Στους ηλεκτρολύτες ανήκουν και άλλες ενώσεις, όπως θα δούμε σε επόμενα κεφάλαια. Τα διαλύματα όλων των ηλεκτρολυτών είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. 1.8 Πώς γίνεται ο ιοντισμός των οξέων; Όπως αναφέραμε, ο όξινος χαρακτήρας εκδηλώνεται μόνο στα υδατικά διαλύματα των οξέων, όπου τα οξέα ιοντίζονται και παράγουν κατιόντα Η +. Παραδείγματα ιοντισμού (aq) (aq) + (aq) HCl H Cl 3(aq) (aq) + 3(aq) HNO H NO (aq) (aq) + 4(aq) HSO 2H SO (aq) (aq) (aq) HCN H + CN (όσα μόρια παράγουν ιόντα) 3 (aq) (aq) 3 (aq) CH COOH H + CH COO (όσα μόρια παράγουν ιόντα) Παρατηρούμε ότι στο HCN και στο CH 3 COOH δεν ιοντίζονται όλα τα μόρια των οξέων, αλλά μόνο ένας αριθμός τους. Αν ιοντιστούν όλα τα μόρια του οξέος που διαλύεται στο νερό, τότε ο αριθμός (το πλήθος) των H + στο διάλυμα είναι μέγιστος, οπότε το οξύ θεωρείται ισχυρό. Αν γίνει ιοντισμός μόνο ενός μέρους των μορίων του οξέος, τότε ο αριθμός (το πλήθος) των Η + είναι σχετικά μικρός, οπότε το οξύ θεωρείται ασθενές. Είναι φανερό ότι τα διαλύματα των ισχυρών οξέων εμφανίζουν πιο έντονα τις όξινες ιδιότητες σε σχέση με τα διαλύματα των ασθενών οξέων. 15

8 Το ποσοστό των μορίων του οξέος τα οποία ιοντίζονται σε σχέση με τον ολικό τους αριθμό ονομάζεται βαθμός ιοντισμού (α). Τα ισχυρά οξέα έ- χουν α = 1, δηλαδή ιοντίζονται σε ποσοστό 100%. Ισχυρά οξέα ΗCl HBr HI HNO 3 Ασθενή οξέα CH 3 COOH και όλα τα οργανικά οξέα HCN H 2 S H 2 CO 3 και τα υπόλοιπα ανόργανα οξέα H 2 SO 4 HClO 4 Προσοχή! Το HCN είναι ένα από τα ασθενέστερα οξέα, αλλά είναι δραστικότατο 5 δηλητήριο. Αρκούν 0,05 g g για να σκοτώσουν σε ελάχιστο χρόνο έναν 100 άνθρωπο. 1.9 Πώς γίνεται η παρασκευή οξέων από οξείδια των αμετάλλων; Τα ανόργανα οξέα που περιέχουν οξυγόνο στο μόριό τους (οξυγονούχα) παρασκευάζονται από το διοξείδιο του αμετάλλου όταν αυτό διαλυθεί στο νερό. Αυτά τα οξείδια των αμετάλλων ονομάζονται όξινα οξείδια ή ανυδρίτες οξέων (ανυδρίτης: χωρίς νερό). Παραδείγματα Διοξείδιο του θείου + Νερό Θειώδες οξύ SO + H O H SO 2(g) 2 ( l ) 2 3(aq) Τριοξείδιο του θείου + Νερό Θειικό οξύ SO + H O H SO 3(g) 2 ( l ) 2 4(aq) Διοξείδιο του άνθρακα + Νερό Ανθρακικό οξύ CO + HO HCO 2(g) 2 ( l ) 2 3(aq) Πεντοξείδιο του αζώτου + Νερό Νιτρικό οξύ NO + HO 2HNO 2 5(g) 2 ( l ) 3(aq) 16 ΟΞΕΑ

9 Παρατηρήσεις α) Το θειώδες οξύ και το ανθρακικό οξύ είναι ασταθείς ενώσεις και διασπώνται εύκολα στα αντίστοιχα οξείδια. β) Ανυδρίτες έχουν και ορισμένα oργανικά οξέα, όπως για παράδειγμα το οξικό οξύ Τι θα συμβεί αν σ ένα πιατάκι το οποίο περιέχει μαγειρική σόδα προσθέσουμε λίγες σταγόνες coca-cola και γιατί; Αφού ρίξουμε λίγες σταγόνες coca-cola, θα δούμε να εμφανίζονται φυσαλίδες στη σόδα, που σημαίνει ότι παράγεται κάποιο αέριο. Το αέριο αυτό είναι διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Η μαγειρική σόδα είναι ανθρακικό άλας (ΝaΗCO 3 ). H coca-cola περιέχει φωσφορικό οξύ (Η 3 ΡΟ 4 ). Το άλας και το οξύ αντιδρούν και ένα από τα προϊόντα της αντίδρασής τους είναι το CO Πώς παρασκευάζεται το ξίδι; Στην Ελλάδα το ξίδι παρασκευάζεται από «αδύνατο κρασί», δηλαδή κρασί με χαμηλό οινοπνευματικό βαθμό. Το κρασί αφήνεται σε ανοιχτό δοχείο στον αέρα (η οξική ζύμωση είναι αερόβια), έτσι ώστε κάποιοι μικροοργανισμοί, τα βακτήρια του οξικού οξέος, να μετατρέψουν την αιθανόλη (οινόπνευμα) του κρασιού σε οξικό οξύ. Τελικά προκύπτει διάλυμα οξικού οξέος 7% w/v. οξειδάση C H OH O CH COOH H O 17

10 1.12 Ταξινόμηση και ονοματολογία οξέων. Σύμφωνα με τη θεωρία του Arrhenius, κάθε οξύ, όταν διαλύεται στο νερό, δίνει κατιόντα Η +. Άρα στον μοριακό τύπο κάθε οξέος υπάρχει απαραίτητα το στοιχείο υδρογόνο (Η). Τα οξέα ταξινομούνται, δηλαδή μπορούμε να τα κατατάξουμε, σε κάποιες κατηγορίες: Α. Ανόργανα οξέα Τα οξέα αυτά διακρίνονται σε δύο υποκατηγορίες: α) Μη οξυγονούχα οξέα Γενικός μοριακός τύπος: Η x A (δεν περιέχουν οξυγόνο). Αποτελούνται από υδρογόνο, με φορτίο +1, και από ένα ανιόν Α, το ο- ποίο είναι αμέταλλο, με φορτίο x. Ονομάζονται: υδρο + όνομα ανιόντος Α. Παραδείγματα HCl: υδροχλώριο (υδρογόνο + χλώριο) HBr: υδροβρόμιο (υδρογόνο + βρόμιο) H 2 S: υδρόθειο (υδρογόνο + θείο) Όταν διαλύονται στο νερό, παίρνουν την κατάληξη οξύ. Παράδειγμα HCl (aq) : υδροχλωρικό οξύ β) Οξυγονούχα οξέα Γενικός μοριακός τύπος: Η x A. Το Α είναι μια ομάδα ατόμων η οποία ονομάζεται πολυατομικό ανιόν και περιέχει το στοιχείο οξυγόνο. Ονομάζονται με το όνομα του ανιόντος και την κατάληξη οξύ. Παραδείγματα HNO 3(aq) : νιτρικό οξύ (υδρογόνο + νιτρικό ανιόν) H 2 SΟ 4(aq) : θειικό οξύ (υδρογόνο + θειικό ανιόν) H 2 CO 3(aq) : ανθρακικό οξύ (υδρογόνο + ανθρακικό ανιόν) H 3 PO 4(aq) : φωσφορικό οξύ (υδρογόνο + φωσφορικό ανιόν) 18 ΟΞΕΑ

11 Β. Οργανικά οξέα Ανήκουν στις οργανικές ενώσεις (δες κεφάλαιο 14). Ονομάζονται διαφορετικά από τα ανόργανα οξέα. Παραδείγματα CH 3 COOH (aq) οξικό οξύ (οξικό ανιόν + υδρογόνο) ή αιθανικό οξύ HCOOH (aq) μυρμηκικό οξύ (μυρμηκικό ανιόν + υδρογόνο) ή μεθανικό οξύ Υπάρχει ένα οργανικό οξύ το οποίο ονομάζεται όπως τα ανόργανα μη οξυγονούχα οξέα: HCN (aq) υδροκυάνιο (υδρογόνο + κυανιούχο ανιόν) Σημείωση: Όσα οξέα έχουν ένα άτομο Η στο μόριό τους ονομάζονται μονοπρωτικά οξέα (π.χ. HCl, HNO 3 ), όσα έχουν δύο άτομα Η ονομάζονται διπρωτικά (π.χ. H 2 SO 4 ) και όσα έχουν τρία άτομα H ονομάζονται τριπρωτικά (π.χ. H 3 ΡO 4 ) Γραφή του μοριακού τύπου ενός οξέος. Στον μοριακό τύπο κάθε οξέος το αλγεβρικό άθροισμα των φορτίων του κατιόντος Η + και του ανιόντος πρέπει να είναι ίσο με μηδέν (π.χ. στο Η + Cl το άθροισμα των φορτίων είναι (+ 1) + ( 1) = 0). Για να συμβαίνει αυτό, το φορτίο του ανιόντος μπαίνει, σαν δείκτης (θετικός αριθμός), κάτω δεξιά στο υδρογόνο (εκτός από την περίπτωση όπου είναι 1, οπότε παραλείπεται). Παράδειγμα Το θειικό οξύ αποτελείται από κατιόν Η + 2 και από θειικό ανιόν ( SO 4 ), το οποίο έχει φορτίο 2. Το 2 του θειικού ανιόντος μπαίνει κάτω δεξιά στο υδρογόνο. Έτσι έχουμε τον μοριακό τύπο: H 2 SO 4 19

12 Πίνακας κατιόντων και ανιόντων Πολυατομικά ιόντα Μονοατομικά ιόντα NO 3 νιτρικό κατιόντα ανιόντα NO 2 νιτρώδες Η + F 2 SO 4 θειικό Κ + Cl 2 SO 3 θειώδες Na + Br 2 CO 3 ανθρακικό Ag + I 3 PO 4 φωσφορικό Ca 2+ O 2 OH υδροξείδιο Ba 2+ S 2 NH + 4 αμμώνιο Mg 2+ N 3 ClO 4 υπερχλωρικό Zn 2+ P 3 ClO 3 χλωρικό Fe 2+ C 4 ClO 2 χλωριώδες Fe 3+ HCO 3 όξινο ανθρακικό Al 3+ Cu + Cu 2+ Sn 2+ Pb Ποια είναι τα σπουδαιότερα οξέα; Οξέα περιέχονται σε πολλά γνωστά φυσικά (π.χ. τροφές) ή τεχνητά παρασκευάσματα. Κάποια οξέα υπάρχουν ελεύθερα στη φύση. Τα σπουδαιότερα οξέα δίνονται στον ακόλουθο πίνακα. 20 ΟΞΕΑ

13 Όνομα οξέος Μοριακός τύπος Πού περιέχεται Οξικό οξύ CH 3 COOH Ξίδι Μεθανικό οξύ ΗCOOH Υγρό τσουκνίδας Υγρό δήγματος (τσιμπήματος) μυρμηγκιού Κιτρικό οξύ C 6 H 8 O 7 Χυμός εσπεριδοειδών Τρυγικό οξύ C 4 H 6 O 6 Κρασί Γαλακτικό οξύ C 3 H 6 O 3 Γιαούρτι - Ξινισμένο γάλα Φωσφορικό οξύ H 3 PO 4 Αναψυκτικά τύπου cola Ανθρακικό οξύ H 2 CO 3 Αεριούχα αναψυκτικά Υδροχλώριο HCI Σπίρτο του άλατος Νιτρικό οξύ HNO 3 Ακουαφόρτε Θειικό οξύ H 2 SO 4 Βιτριόλι Υδρόθειο H 2 S Ελεύθερο σε θειούχες πηγές Υδροκυάνιο HCN Αμυγδαλίνη (πικραμύγδαλο) Ακετυλοσαλικυλικό οξύ C 9 H 8 O 4 Ασπιρίνη Ασκορβικό οξύ C 6 H 8 O 6 Βιταμίνη C (φρούτα - λαχανικά) Παρανοήσεις στα οξέα Τι να αποφεύγουμε Ο όξινος χαρακτήρας είναι ιδιότητα των μορίων των οξέων. Ο όξινος χαρακτήρας εμφανίζεται μόνο όταν τα οξέα διαλύονται στο νερό (θεωρία Arrhenius), δηλαδή σε υδατικά διαλύματα, όπου τα οξέα ιοντίζονται και δίνουν Η +. Ο όξινος χαρακτήρας οφείλεται στα ιόντα Η + και δεν αποτελεί φυσική ιδιότητα των μορίων των οξέων. 21

14 Όλες οι χημικές ενώσεις που έχουν στο μόριό τους υδρογόνο είναι οξέα. Κάθε οξύ, σύμφωνα με τη θεωρία του Arrhenius, όταν διαλύεται στο νερό, δίνει κατιόντα Η +. Όμως η ζάχαρη, για παράδειγμα, η οποία έχει μοριακό τύπο C 12 H 22 O 11, όταν διαλυθεί στο νερό, δεν δίνει κατιόντα Η +. Το ίδιο ισχύει και για την αμμωνία, με μοριακό τύπο ΝΗ 3 (είναι βάση). Το μεθάνιο, με μοριακό τύπο CH 4, δεν διαλύεται στο νερό. Άρα κάθε ένωση η οποία περιέχει στο μόριό της υδρογόνο δεν είναι απαραίτητα οξύ. Λυμένες ασκήσεις με στοιχειομετρικούς υπολογισμούς 1.15 Πόσος όγκος διοξειδίου του άνθρακα (σε L) σε συνθήκες STP παράγεται από την αντίδραση 75 g ανθρακικού ασβεστίου με διάλυμα υδροχλωρίου; Δίνονται: Ar Ca = 40, Ar C = 12, Ar O = 16. Επειδή ο υπολογισμός του όγκου του διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) θα γίνει από τη μάζα του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ), πρέπει να βρεθεί η σχετική μοριακή μάζα του CaCO 3. Είναι: Mr CaCO3 = Ar Ca + Ar C + 3Ar O = 100 Γράφουμε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται: CaCO 3(s) + 2HCl (aq) CaCl 2(aq) + CO 2(g) + H 2 O ( ) 1 mol 1 mol 100 g 22,4 L 75 g x; L 75 g x = 22,4 L = 16,8 LCO2 100 g Συνεπώς παράγονται 16,8 L CO 2 σε συνθήκες STP Πόσος όγκος υδρογόνου (σε L) σε συνθήκες STP παράγεται από την αντίδραση διαλύματος υδροχλωρίου με 28 g σιδήρου; Δίνεται: Ar Fe = ΟΞΕΑ

15 Γράφουμε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται: Fe (s) + 2HCl (aq) FeCl 2(s) + H 2(g) 1 mol 1 mol 56 g 22,4 L 28 g x; L 28 g x = 22,4 L = 11,2 LH2 56 g Δηλαδή παράγονται 11,2 L H 2 σε συνθήκες STP. Απαντήσεις στις ερωτήσεις - ασκήσεις του σχολικού βιβλίου 1. Τι ονομάζεται όξινος χαρακτήρας; Να αναφέρετε τις κοινές ιδιότητες των οξέων. Όξινος χαρακτήρας ονομάζεται το σύνολο των κοινών ιδιοτήτων που παρουσιάζουν τα οξέα όταν διαλύονται στο νερό, δηλαδή σε υδατικά διαλύματα. Οι ιδιότητες αυτές είναι οι ακόλουθες: α) Έχουν χαρακτηριστική όξινη (ξινή) γεύση. β) Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών. γ) Αντιδρούν με τα ανθρακικά άλατα και παράγεται αέριο διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). δ) Αντιδρούν με ορισμένα μέταλλα και παράγεται αέριο υδρογόνο (H 2 ). 2. Πού οφείλονται οι κοινές ιδιότητες των διαλυμάτων των οξέων; Σύμφωνα με τη θεωρία του S. Arrhenius, όλα τα οξέα, όταν διαλύονται στο νερό, ιοντίζονται (διασπώνται) και δίνουν κατιόντα υδρογόνου (Η + ). Σε αυτά τα κατιόντα οφείλεται ο όξινος χαρακτήρας των υδατικών διαλυμάτων των οξέων. 23

16 3. Ποιες χημικές ενώσεις ονομάζονται οξέα κατά Arrhenius; Σύμφωνα με τη θεωρία του Arrhenius, οξέα ονομάζονται όλες οι ενώσεις οι οποίες, όταν διαλύονται στο νερό, δίνουν κατιόντα υδρογόνου (Η + ). 4. Ποιες ουσίες ονομάζονται δείκτες; Οι δείκτες είναι χημικές ουσίες (χρωστικές, συνήθως φυτικά εκχυλίσματα) οι οποίες παρουσία οξέων αλλάζουν χρώμα. Οι συνηθέστεροι δείκτες είναι: Το βάμμα του ηλιοτροπίου: Από μενεξεδί (μπλε) γίνεται κόκκινο. Η ηλιανθίνη: Από κίτρινη γίνεται κόκκινη. Το μπλε της βρομοθυμόλης: Από μπλε γίνεται κίτρινο. Η φαινολοφθαλεΐνη: Από κόκκινη γίνεται άχρωμη. 5. Αν ρίξετε ξίδι ή χυμό λεμονιού σε μαρμαρόσκονη, θα παρατηρήσετε παραγωγή φυσαλίδων. Στην παραγωγή ποιου αερίου οφείλονται οι φυσαλίδες; Το ξίδι και ο χυμός λεμονιού είναι υδατικά διαλύματα οξέων (οξικού και κιτρικού οξέος αντίστοιχα), ενώ η μαρμαρόσκονη περιέχει ανθρακικό άλας. Τα οξέα αντιδρούν με τα ανθρακικά άλατα και παράγεται αέριο διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Στο διοξείδιο του άνθρακα οφείλονται οι φυσαλίδες. 6. Δεν μπορούμε να φυλάσσουμε διαλύματα οξέων σε δοχεία από σίδηρο ή αργίλιο (αλουμίνιο). Γιατί; Τα διαλύματα οξέων αντιδρούν με ορισμένα μέταλλα, μεταξύ των οποίων είναι ο σίδηρος και το αργίλιο. Το αποτέλεσμα της αντίδρασης αυτής είναι η καταστροφή (διάβρωση) των δοχείων από σίδηρο ή αργίλιο. 7. Να αναφέρετε το αέριο το οποίο θα παραχθεί σε καθεμία από τις επόμενες περιπτώσεις: α) Διάλυμα υδροχλωρίου αντιδρά με σίδηρο. β) Μαγειρική σόδα αντιδρά με διάλυμα θειικού οξέος. 24 ΟΞΕΑ

17 Να περιγράψετε ένα πείραμα με το οποίο μπορεί να επιβεβαιωθεί ποιο είναι το αέριο που παράγεται σε κάθε περίπτωση. α) Αντιδρά διάλυμα οξέος με μέταλλο. Το αέριο είναι υδρογόνο: Η 2. β) Αντιδρά διάλυμα οξέος με ανθρακικό άλας. Το αέριο είναι διοξείδιο του άνθρακα: CO 2. Πείραμα 1 Σ έναν δοκιμαστικό σωλήνα βάζουμε πολύ μικρά κομματάκια ή ρινίσματα σιδήρου (Fe) και ρίχνουμε διάλυμα HCl. Αμέσως εμφανίζονται στο διάλυμα φυσαλίδες ενός αερίου, το οποίο είναι το υδρογόνο (H 2 ). Αν στον δοκιμαστικό σωλήνα στον οποίο συλλέγεται το H 2 πλησιάσουμε ένα σπίρτο αναμμένο, τότε το H 2 καίγεται με κρότο (έκρηξη), διότι αντιδρά με το οξυγόνο του αέρα (ανίχνευση υδρογόνου). Πείραμα 2 Αν ρίξουμε διάλυμα H 2 SO 4 σε μαγειρική σόδα, αρχίζει να παράγεται ένα αέριο που γίνεται αντιληπτό με το άφρισμα της σόδας. Το αέριο αυτό, που είναι CO 2, το διαβιβάζουμε σε διαυγές (καθαρό) διάλυμα υδροξειδίου του ασβεστίου (Ca(OH) 2 ), δηλαδή σε ασβεστόνερο. Αμέσως το ασβεστόνερο θολώνει, διότι το CO 2 αντιδρά με το υδροξείδιο του ασβεστίου και παράγεται αδιάλυτο ανθρακικό ασβέστιο (CaCO 3 ). Το θόλωμα δείχνει την παρουσία CO 2 (ανίχνευση). 8. Να γράψετε τους μοριακούς τύπους των χημικών ενώσεων: υδροχλώριο, θειικό οξύ, νιτρικό οξύ και οξικό οξύ. Να γράψετε επίσης τις χημικές εξισώσεις που δείχνουν τον σχηματισμό ιόντων κατά τη διάλυση των παραπάνω οξέων στο νερό. Μοριακοί τύποι Χημικές εξισώσεις ιοντισμού υδροχλώριο: HCl HCl(aq) H(aq) + Cl(aq) θειικό οξύ: H 2 SO 4 HSO + 2H 2 + SO 2 4(aq) (aq) 4(aq) νιτρικό οξύ: HNO 3 HNO3(aq) H(aq) + NO3(aq) οξικό οξύ: CH 3 COOH CH3 COOH(aq) H(aq) + CH3 COO(aq) 25