Kiseline i njihova svojstva

Kiseline su velika skupina kemijskih spojeva s kojima se svakodnevno susrećemo. Neke dobro poznajemo po okusu jer ih koristimo u prehrani. To su blage kiseline poput octene (octa) i limunske kiseline koju nalazimo u soku limuna, naranči i mandarina. Druge su pak kiseline koje koristi industrija toliko jake da mogu otapati i razarati različite materijale poput stijena i metala. Njih često nalazimo i u sredstvima za čišćenje. Zato prilikom upotrebe tih sredstava treba biti oprezan. U jake kiseline ubrajamo npr. sumpornu kiselinu (H2SO4), klorovodičnu (HCl) i dušičnu kiselinu (HNO₃).

Što ustvari kiselinama daje kiselost? Objasnimo to na primjeru klorovodične kiseline. Klorovodična kiselina dobiva se otapanjem plina klorovodika u vodi. Kada se molekula klorovodika nađe u vodi ona svoj proton, tj. vodikov ion (H⁺), daje molekuli vode koja tada postaje pozitivno nabijena čestica (H₃O⁺ ion). Ostatak molekule klorovodika postaje negativno nabijen Cl^– ion. Nastali H3O⁺ ion naziva se oksonijev ion i upravo on otopini daje kiselost. Sada je jasno da će otopina biti to kiselija što je više oksonijevih iona u njoj.

HCl	.....+.....	H2O	→	H3O+	+	Cl–
klorovodik	+	voda	→	oksinijev..ion	+	kloridni..ion

Kako se ispituje i mjeri kiselost? Kiselost se ispituje indikatorima, a mjeri pH-vrijednošću otopine, koju iskazujemo pH-skalom u rasponu od 1 do 14. Ovisno o tome kakav je pH otopine, indikator poprima različitu boju na skali boja. Ako je pH manji od 7 otopina je kisela. Kiselost raste što je ta vrijednost manja. Ako pH iznosi 7, kao što je to slučaj s čistom vodom, otopina je neutralna, a ako je pH veći od 7 znači da je otopina sve lužnatija.

Kako jake kiseline nagrizaju kožu, pri radu s njima obavezno treba nositi zaštitne rukavice i naočale. U nastavi kemije, prilikom izvođenja pokusa, najčešće se koriste razrijeđene kiseline. Razrijeđivanjem koncentriranih kiselina oslobađa se puno topline pa je važno znati ispravno ih razrijediti da ne dođe do ozljeda. Važno je upamtiti da se nikada ne dodaje voda u kiselinu, što je jednostavno zapamtiti i kao VUK (voda u kielinu). Dakle, VUK je opasan. Zbog velike oslobođene topline, voda naglo isparava i prska na sve strane, noseći sa sobom opasne kapljice kiseline. Sve kiseline razrijeđujemo tako da ih u tankom mlazu, polagano, uz miješanje, dodajemo velikom volumenu vode. Znači, uvijek dodajemo kiselinu u vodu (KUV).

Pogledajmo što se događa s tvarima organskog porijekla ako na njih stavimo malo koncentrirane sumporne kiseline. Za pokus ćemo upotrijebiti Petrijevu zdjelicu s pregradama u kojima se nalazi komadić papira, vate i tkanine. Na sva tri uzorka kapaljkom dodamo nekoliko kapi koncentrirane sumporne kiseline. Vidimo promjene. Sva tri uzorka su pocrnjela. Zašto? Organske tvari poput papira, vate i pamuka izgrađene su od ugljika, kisika i vodika. Koncentrirana sumporna kiselina, s druge pak strane, ima sposobnost oduzimanja vode tvarima s kojima dolazi u doticaj. Kada sumporna kiselina papiru, vati i pamuku oduzme vodu, dakle vodik i kisik, u zdjelici ostaje samo ugljik, a ugljik je crne boje. Zato kažemo da je koncentrirana sumporna kiselina jako dehidratacijsko sredstvo.

Provjerimo ovu tvrdnju još jednom u pokusu s običnim bijelim šećerom i koncentriranom sumpornom kiselinom. Visoku staklenu čašu napunimo do trećine običnim šećerom. Šećer navlažimo destiliranom vodom i promiješamo staklenim štapićem. Zatim oprezno uz stakleni štapić ulijemo malo koncentrirane sumporne kiseline. Sadržaj opet promiješamo, nakon čega štapić postavimo vertikalno u sredinu čaše. Smjesa je pocrnila. Pojavljuje se dim i neugodan miris sumporova dioksida i raspadnutog šećera. Temperatura smjese raste, a nastaje i vodena para koja se kondenzira na stijenci čaše. Smjesa se od nastalih plinova počinje nadimati i penjati uz stakleni štapić kao stup. Zašto je šećer pocrnio? Šećer je poput ostalih organskih tvari izgrađen od ugljika, vodika i kisika. Budući da je koncentrirana sumporna kiselina jako dehidratacijsko sredstvo, ona šećeru oduzima vodu. Kao posljedica, i ovdje se izluči ugljik od kojega potječe crna boja stupa. Šećer je uslijed djelovanja koncentrirane sumporne kiseline pougljenio. Iz prikazanih pokusa je vidljivo da s jakim kiselinama uvijek treba biti oprezan.

Većina kiselina nastaje reakcijom nemetalnih oksida i vode. Evo nekoliko primjera:

1) reakcijom sumporova dioksida i vode nastaje sumporasta kiselina:
SO₂ + H₂O → H₂SO₃
2) reakcijom sumporova trioksida i vode nastaje sumporna kiselina:
SO₃ + H₂O → H₂SO₄
3) reakcijom ugljikova dioksida i vode nastaje ugljična kiselina:
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
Ugljična kiselina je slaba kiselina, koja gaziranim pićima daje kiselkast okus, a mjehurići koji izlaze iz njih potječu od ugljikovog dioksida koji nastaje njezinim razlaganjem.