Kwasy dzielimy na tlenowe – zawierające atom(y) tlenu oraz beztlenowe – nie zawierające atomów tlenu. W praktyce kwasy beztlenowe to wodorki pierwiastków16 i 17 grupy.

Kwasy tlenowe mają różne wzory, nie można wyprowadzić ich wzoru wprost z stopnia utlenienia, natomiast kwasy na danym stopniu utlenienia mogą mieć jeden z przedstawionych w tabeli wzorów. Jednocześnie proszę zauważyć, iż wzory możliwych kwasów na danym stopniu utlenienia można wyprowadzić z wzorów tlenków dodając wielokrotność cząsteczki wody (dwa wodory i jeden tlen) do wzoru tlenku kwasowego.

W celu ustalenia wartościowości atomu centralnego kwasu o wzorze \(H_{n}E_{x}O_{y}\) można wykorzystać wzór \(st.\ utl.\ = \frac{2y\ - n}{x}\) .

Kwas tlenowy danego pierwiastka nazywamy jako kwas pierwiastkowy dodając końcówkę -owy oraz stopień utlenienia atomu centralnego, jeżeli istnieje więcej niż jeden kwas tlenowy danego pierwiastka(np. siarka - kwas siarkowy (VI) i kwas siarkowy(IV), węgiel - kwas węglowy - już bez (IV), gdyż kwas węglowy jest jeden). Wartościowość reszty kwasowej równa jest ilości urwanych wodorów. Stopień utlenienia lub wartościowość atomu centralnego prawie zawsze jest różna od wartości reszty kwasowej.

W tabelce wymieniono znane kwasy tlenowe:

Im wyższy stopień utlenienia atomu centralnego (lub po prostu więcej tlenu w kwasie teg samego pierwiastka) tym silniejszy kwas w serii kwasów tego samego pierwiastka (np HClO ₄ > HClO ₃ > HClO ₂ > HClO). Również im większa elektroujemność atomu centralnego w danym kwasie tlenowym tym silniejszy kwas (HClO>HBrO> HIO). W budowie elektronowej kwasów tlenowych występują tylko wiązania tlen - wodór, za wyjątkiem kwasów:H ₃ PO ₃ oraz H ₃ PO ₂ więc większość kwasów tlenowych dysocjuje wszystkie wodory, które ma.

Resztę kwasową danego kwasu tworzymy przez wyrzucenie słowa kwas (już to kwasem nie jest) zamianę końcówki -owy na -an, z ewentualny zmiękczeniem (-ian), tak, aby łatwiej było to wymówić; np. dla kwasu siarkowego (IV) nazwa reszty to siarczan(IV), dla kwasu azotowy(V) - azotan (V), dla kwasu manganowy (VI) nazwa reszty to manganian (VI) . Wartościowość reszty kwasowej jest równa liczbie odłączonych wodorów i jednocześnie ujemnemu ładunkowi danej reszty. Kwas azotowy (V) zawiera w wzorze jeden wodór, w związku z czym symbol reszty to NO ₃ ^- o wartościowości reszty 1 i ładunku (-1) analogicznie dla kwasu manganowego (VI) posiadamy dwa wodory, więc wartościowość reszty to 2, ładunek (-2), a wzór MnO ₄ ^2- .

Kwasy beztlenowe

Kwasy beztlenowe można sklasyfikować jako wodorki 16 i 17 grupy (tlenowce i fluorowce). Wzór ogólny kwasu beztlenowego to H ₂ E (dla 16 grupy) lub HE (dla 17 grupy). Dany kwas nazywamy kwasem pierwiastkowodorowym (np. kwas siarkowodorowy H ₂ S, kwas tellurowodorowy H ₂ Te, kwas fluorowodorowy HF)

Wzór reszty kwasów beztlenowych wyprowadzamy analogicznie jak w przypadku kwasów tlenowych - pozbawiając danego kwasu wodorów, zarówno ujemny ładunek danej reszty kwasowej jak i wartościowość jest równa ilości pozbawionych wodorów i jednoczenie równa wartości atomu centralnego. Nazwę danej reszty kwasowej wyprowadzamy przez odrzucenie z nazwy danego kwasu słowa kwas oraz zamianę zakończenia "-owodorowy" na "-ek". Przykładem jest HCl - kwas chlorowodorowy, przez odrzucenie jednego wodoru (bo tyle posiada) otrzymujemy symbol reszty kwasowej - Cl ^- , przez podmianę chloro wodorowy ek otrzymujemy chlorek. Analogicznie kwas selenowodorowy - H ₂ Se - przez wykreślenie dwóch wodorów dostajemy symbol reszty Se ^2- (wartościowość oczywiście wynosi 2) a nazwa tej reszty to selenek. Jedynym kwasem, w którym występuje przegłos w nazwie reszty kwasowej to reszta kwasu siarkowodorowego - S ^2- - siarczek.

Moc kwasów beztlenowych rośnie ze wzrostem okresu, w którym znajduje się heteroatom (HI>HBr>HCl>HF; H ₂ Te> H ₂ Se> H ₂ S> H ₂ O) oraz z wzrostem grupy (HCl> H ₂ S, HBr> H ₂ Se). Powodem tej zależności jest zwiększenie promienia atomu centralnego, a tym samym słabsze nakładanie się orbitali wodór – atom tworzący kwas.

Otrzymywanie

Kwasy beztlenowe otrzymujemy przez absorbcję odpowiedniego gazu w wodzie. Związki te rozpuszczają się w wodzie tworząc wiązania wodorowe z cząsteczkami wody, dodatkowo zawarty w nim jon protowy (H ⁺ ) trwale wiąże się z cząsteczkami wody tworząc jony \(H_{3}O^{+}\) , co uniemożliwia usunięcie mocnego kwasu podczas gotowania jego roztworu. Odpowiednie wodorki otrzymuje się przez syntezę bezpośrednią - spalanie atomów danego niemetalu w atmosferze wodoru.

np \(.\ H_{2} + Cl_{2}\ \rightarrow 2HCl\)

Kwasy tlenowe uzyskuje się przez reakcję odpowiedniego tlenku kwasowego z wodą, np.

\[\mathbf{S}O_{3}\ + \ H_{2}O \rightarrow \ H_{2}\mathbf{S}O_{4}.\]

\[\mathbf{C}O_{2}\ + \ H_{2}O\ \rightarrow \ H_{2}\mathbf{C}O_{3}.\]

Należy podkreślić, iż wygotowanie roztworów wodnych kwasów nietrwałych powoduje ich rozpad do wody i tlenku kwasowego

\[\mathbf{S}O_{2}\ + \ H_{2}O \rightarrow \ H_{2}\mathbf{S}O_{3}\]

Jedną z metod otrzymywania kwasów jest ich wypieranie z soli przy użyciu mocniejszych kwasów. Jednocześnie wiadomym jest, iż generowanie w ten sposób słabych kwasów nietrwałych mija się z celem - ulegają one rozkładowi dając wodę i tlenek kwasowy.

\[H_{2}\mathbf{S}O_{4}\ + \ 2K\mathbf{N}O_{3} \rightarrow \ K_{2}\mathbf{S}O_{4}\ + \ 2H\mathbf{N}O_{3}\]

\[H_{2}\mathbf{S}O_{4}\ + \ Ca\mathbf{C}O_{3}\ \rightarrow \ Ca\mathbf{S}O_{4}\ + \ \mathbf{S}O_{2}\ + \ H_{2}O\]

W przypadku reakcji tlenku kwasowego o stopniu utlenienia takim, dla którego kwas nie istnieje otrzymujemy dwa kwasy tlenowe, otrzymujemy dwa kwasy, jeden o stopniu utlenienia niższym, drugi o wyższym. Najczęściej są to kwasy o stopniu utlenienia najbliżej stopnia utlenienia tlenku, choć nie jest to być reguła, jednak w tym wypadku powinno się to dać wywnioskować z kontekstu zadania, lub bezpośrednio z budowy tlenku. Spójrzmy na reakcję tlenku azotu (IV) z wodą:

\[2\ \mathbf{N}O_{2}\ + H_{2}O\ \rightarrow H\mathbf{N}O_{2}\ + \ H\mathbf{N}O_{3}\]

Jak widać w tabeli, nie istnieje kwas azotowy (IV), ale istnieje kwas o wartościowości (III) i (V), więc je otrzymujemy. Analogicznie jeżeli rozpatrzymy reakcję Cl ₂ O ₆

\[\mathbf{C}\mathbf{l}_{2}O_{6}\ + \ H_{2}O\ \ \rightarrow \ H\mathbf{Cl}O4\ + H\mathbf{Cl}O3\]

Kwas chlorowy (VI) nie istnieje, więc analogicznie otrzymujemy kwasy chlorowe na najbliższym stopniu utlenienia - (V) oraz (VII).

W przypadku reakcji pierwiastkowego fluorowca (stopień utlenienia jest równy 0) otrzymujemy kwasy na stopniu utlenienia -I oraz I

\[\mathbf{C}\mathbf{l}_{2}\ + H_{2}O\ \rightarrow H\mathbf{Cl}\ + H\mathbf{Cl}O\]

Reakcja ta praktycznie jest ograniczona fluorowców.

Reakcje kwasów

Reakcje kwasów omówiłem poniżej dzieląc je na kwasy silne, słabe i słabe nietrwałe. Kwas mocny to taki, który dysocjuje (prawie) całkowicie na jony \(H^{+}\) oraz aniony reszty kwasowej w roztworach wodnych, kwas słaby to taki, który w tym roztworze jest w większości niezdysocjowany. Podział ten jest podziałem płynnym i w przypadku niektórych związków ciężko jest tą granicę postawić. O sile kwasu mówi tak zwana, omówiona dalej i dostępna w tablicach maturalnych wartość stałej dysocjacji kwasowej ( \(K_{a}\) ). Reakcja kwasów, zarówno silnych jak i słabych z tlenkiem zasadowym praktycznie zawsze prowadzi do otrzymania związków typu soli. Wyjątki mogą się pojawić tylko dla reakcji tlenków amfoterycznych z słabymi kwasami, możliwe jest wtedy powstanie produktów o charakterze hydroksysoli lub wodorosoli. Przykładem takiej reakcji jest reakcja zachodząca przy pokrywaniu się dachów miedzianych patyną:

\[Cu(OH)_{2}\ + CO_{2} \rightarrow Cu(OH)HCO_{3}\]

Wróćmy do omawiania tabeli:

Reakcja jakiekolwiek kwasu, bez znaczenia na jego trwałość i moc, z tlenkiem zasadowym (K ₂ O) lub tlenkiem amfoterycznym takim jak Cr ₂ O ₃ prowadzi do otrzymania soli oraz wody. Dla kwasu siarkowego wzór jego soli potasowej możemy ustalić jako K ₂ SO ₄ gdyż potas jest jednowartościowy, a reszta kwasu siarkowego dwuwartościowa.

Zapisując równanie reakcji po bilansie otrzymujemy

\[H_{2}SO_{4}\ + \ K_{2}O \rightarrow \ K_{2}SO_{4}\ + \ H_{2}O\]

Analogiczny produkt jest dla reakcji pomiędzy kwasem siarkowym (IV) i siarkowodorowym, produktem wtedy jest odpowiednio sól potasowa kwasu siarkowego (IV) K ₂ SO ₃ oraz sól potasowa kwasu siarkowodorowego K ₂ S

\[H_{2}SO_{3}\ + \ K_{2}O \rightarrow \ K_{2}SO_{3}\ + \ H_{2}O\]

\[H_{2}S\ + \ K_{2}O \rightarrow \ K_{2}S\ + \ H_{2}O\]

Analogicznie wzór produktu reakcji tlenku chromu (III) z kwasem siarkowym(VI) czyli soli kwasu siarkowego H ₂ SO ₄ i chromu o wartościowości (III) możemy ustalić jako Cr ₂ (SO ₄ ) ₃ .

\[3Cr_{2}O_{3}\ + 2\ H_{2}SO_{4} \rightarrow \ Cr_{2}\left( SO_{4} \right)_{3}\ + \ 3H_{2}O.\]

Dla reakcji tlenku chromu (III) z słabymi kwasami takimi jak kwas siarkowy (IV) czy kwas siarkowodorowy otrzymujemy analogiczne sole - siarczan(IV) chromu \(\ Cr_{2}\left( SO_{3} \right)_{3}\) oraz siarczek chromu (III) Cr ₂ S ₃

\[3Cr_{2}O_{3}\ + 2\ H_{2}SO_{3} \rightarrow \ Cr_{2}\left( SO_{3} \right)_{3}\ + \ 3H_{2}O\]

\[3Cr_{2}O_{3}\ + 2\ H_{2}S \rightarrow \ Cr_{2}S_{3}\ + \ 3H_{2}O\]

Sole są też głównymi produktami reakcji zasady lub wodorotlenku amfoterycznego z kwasem, również niezależnie od jego mocy oraz trwałości, w reakcji tej również powstaje woda. Odpowiednio dla reakcji wodorotlenku wapnia z kwasem siarkowym(VI), siarkowym(IV) oraz siarkowodorowym otrzymujemy siarczan(VI) wapnia, siarczan(IV) wapnia oraz siarczek wapnia. Równania reakcji po zbilansowaniu mają postać:

\[H_{2}SO_{4}\ + \ Ca(OH)_{2} \rightarrow \ CaSO_{4}\ + \ 2H_{2}O\]

\[H_{2}SO_{3}\ + \ Ca(OH)_{2} \rightarrow CaSO_{3}\ + \ 2H_{2}O\]

\[H_{2}S\ + \ Ca(OH)_{2} \rightarrow \ CaS\ + \ 2H_{2}O\]

Tak samo przebiegają reakcje wodorotlenków amfoterycznych z kwasami dając sole. W reakcji wodorotlenku żelaza(III) z kwasem siarkowym (VI) otrzymujemy sól siarczan (VI) żelaza (III), reakcja po zbilansowaniu ma postać:

\[2Fe(OH)_{3}\ + 3H_{2}SO_{4} \rightarrow Fe_{2}\left( SO_{4} \right)_{3}\ + \ 3H_{2}O\]

Analogicznie przebiegają reakcje z innymi kwasami - siarkowym (IV) i siarkowodorowym

\[2Fe(OH)_{3}\ + 3H_{2}SO_{3} \rightarrow \ Fe_{2}\left( SO_{3} \right)_{3}\ + \ 3H_{2}O\]

\[2Fe(OH)_{3}\ + 3H_{2}S \rightarrow \ Fe_{2}S_{3}\ + \ 3H_{2}O\]

Jak widać w omówionych powyżej reakcjach moc i trwałość kwasu nie powoduje różnicy w reaktywności. Inaczej zachodzą reakcje pomiędzy kwasami.