Кислоты, основания и щелочи

Слово «кислота» происходит от латинского слова «кислый». Некоторые продукты с нашего стола, к примеру, уксус или лимонный сок, — кислоты. Основание — соединение, химически противоположное кислоте, и при реакции с кислотой дает нейтральное соединение — соль. Растворимые в воде основания называются щелочами. В цитрусовых плодах — грейпфрутах, апельсинах лимонах — содержатся лимонная и аскорбиновая кислоты. Пчелиный яд – кислота. Нейтрализовать её можно основанием. В цитрусовых плодах – грейпфрутах, апельсинах, лимонах – содержится лимонная и аскорбиновая кислоты.

Кислоты

Кислоты — это соединения, содержащие водород и образующие ионы водорода (Н⁺) при растворении в воде. Ионы — это частицы с электрическим зарядом (см. статью «Химические связи»). Именно ионы придают кислотам их свойства, но существовать они могут только в растворе. Следовательно, свойства кислот проявляются исключительно в растворах. Молекула серной кислоты (H₂SO₄) состоит из атомов водорода, серы и кислорода. В состав соляной кислоты (НСl) входят водород и хлор. Кислота считается сильной, если большинство ее молекул распадаются в растворе, выделяя ионы водорода. Соляная, серная, азотная кислоты относятся к сильным. Сила кислоты измеряется числом рН — водородным показателем. Сильные кислоты очень агрессивны; попав на поверхность предмета или на кожу, они прожигают её. На контейнерах с сильными кислотами ставятся принятые во всем мире символы, означающие «опасно» и «высокая активность».

Такие кислоты, как лимонная или уксусная, т.е. произведенные живыми организмами, называются органическими. Кислоты широко применяются в химической и медицинской промышленности, в производстве продуктов питания и синтетических волокон. Виноградный уксус содержит слабую кислоту, называемую уксусной. В помидорах есть органическая салициловая кислота. В цветных пятнах на коже морских улиток содержится кислота с неприятным вкусом, отпугивающая хищников. Для всех кислот характерно сходное поведение в химических реакциях. Например, при реакциях кислот с основаниями образуется нейтральное соединение — соль и вода. Реакции кислот с большинством металлов дают соль и водород. Реагируя с карбонатами, кислоты дают соль, углекислый газ и воду. Известный кулинарам пекарный порошок содержит гид­рокарбонат натрия и винную кислоту. Когда в муку, содержащую пекарный порошок, добавляют воду, кислота и карбонат порошка вступают в реакцию, углекислый газ начинает выделятся в виде пузырьков, и это помогает тесту подниматься.

Основания и щелочи

Основание — это соединение, химически противоположное кислоте. Щелочью называется основание, растворимое в воде. Смешиваясь с кислотой, основание нейтрализует её свойства, и продуктом реакции является соль. Зубная паста — основание, нейтрализующее кислоту, оставшуюся во рту после приема пищи. Бытовые жидкие очистители содержат щелочи растворяющие грязь. Желудочные таблетки содержат щелочи, нейтрализующие обращающуюся при несварении желудка кислоту. С точки зрения химии основания — это вещества, способные присоединять ионы водорода (Н⁺) из кислоты. Ион оксида (О^2-) и ион гидроксида (ОН^—) могут соединяться с ионами водорода в кислоте. Значит, оксиды металлов, например оксид магния, и гидроксиды металлов, например гидроксид натрия (едкий натр), являются основаниями. Гидроксид натрия (NаОН) состоит из натрия, кислорода и водорода. Гидроксид магния (Мg(ОН)₂) состоит из магния, кислорода и водорода.

Многие основания и щёлочи — очень едкие вещества и потому опасны: они разъедают живые ткани. Жидкие очистители содержат щелочи, растворяющие грязь. В бумажной промышленности гидроксид натрия растворяет древесную смолу и освобождает волокна целлюлозы, из которых производится бумага. Гидроксид натрия (едкий натр) используется в чистящих жидкостях, а также (как и гидроксид калия) для производства мыла. Мыло — это соль, образующаяся при реакции щелочей с кислотами растительных жиров. Жало осы выпускает щелочь, которую можно нейтрализовать кислотой, например уксусом.

рН и индикаторы

Сила кислот и оснований определяется числом рН. Это мера концентрации ионов водорода в растворе. Число рН изменяется от 0 до 14. Чем меньше рН, тем выше концентрация водородных ионов. Раствор, рН которого меньше 7, — кислота. Апельсиновый сок имеет рН 4, значит, это кислота. Вещества с рН = 7 нейтральны, а вещества с рН больше 7 — основания или щелочи. рН кислоты или щелочи можно определить с помощью индикатора. Индикатор — это вещество, меняющее цвет при контакте с кислотой или щелочью. Так лакмус краснеет в кислоте и синеет в щелочи. Кислота окрашивает синюю лакмусовую бумажку в красные цвет, а красная лакмусовая бумажка в щелочи становится синей или фиолетовой. Лакмус получают из примитивных растений, называемых лишайниками. Другие растения, например, гортензия и краснокочанная капуста, также являются природными индикаторами.

Так называемый универсальный индикатор – это смесь нескольких красок. Он меняет цвет в зависимости от pH вещества. Он становится красным, оранжевым или желтым в кислотах, зеленым или желтым в нейтральных растворах и синим или фиолетовым в щелочах.

Серная кислота

Серная кислота играет важную роль в промышленности, прежде всего в производстве удобрений на основе суперфосфатов и сульфата аммония. Она также используется в производстве синтетических волокон, красителей, пластмасс, лекарств, взрывчатых веществ, моющих средств, автомобильных аккумуляторов. Когда-то серную кислоту называли минеральной кислотой, так как ее получали из серы — вещества, встречающегося в земной коре в виде минерала. Серная кислота очень активна и агрессивна. При растворении в воде она выделяет много тепла, поэтому ее нужно вливать в воду, но не наоборот — тогда кислота растворится, а вода поглотит тепло. Она — мощный окислитель, т.е. при реакциях окисления она отдает кислород другим веществам. Серная кислота также является осушителем, т.е. забирает воду, связанную с другим веществом. Когда сахар (C₁₂H₂₂O₁₁) растворяется в концентрированной серной кислоте, кислота забирает у сахара воду, и от сахара остается пенящаяся масса черного угля.

Кислоты в почве

Кислотность почвы зависит от характера образовавших ее пород и от растущих на ней растений. На меловых и известняковых породах почва обычно щелочная, а на лугах, в песчаных и лесистых районах она более кислая. Кислотность также повышают кислотные дожди. Для земледелия лучше всего подходят нейтральные или слабокислые почвы, рН которых от 6,5 до 7. Разлагаясь, мертвые листья образуют органическую гуминовую кислоту и повышают кислотность почвы. Там, где почвы чересчур кислотные, в них добавляют измельченный известняк или гашеную известь (гидроксид кальция), т.е. основания, которые нейтрализуют кислоты почвы. Такие растения, как рододендроны и азалии хорошо растут на кислотных почвах. Цветы гортензии на кислотной почве синие, а на щелочной — розовые. Гортензия – природный индикатор. На кислотных почвах её цветы синие, а на щелочных розовые.