Қышқыл — химиялық қосынды, көк лакмус қағазына қызғылт рең беретін ерітінді, дәмі қышқыл. Қышқылдар құрамына қарай оттекті, оттексіз болып, олардағы сутек атомдарының сандарына қарай бір және көп негізді деп бөлінеді. Қышқыл ертітінділерде түсін өзгертетін заттарды индикаторлар деп атайды
Қышқылдар сутек атомынан және қышқыл қалдығынан құралған күрделі зат, олар екі топқа бөлінеді:Оттекті және Оттексіз. Оттекті: HNO³, H²SO(4), H²CO³, H²SiO³, H³PO(4), H²SO³. Оттексіз: HCl, H(I), HBr, HF, H²S .
Азот, тұз, күкірт қышқылдары сұйық заттар, ал фосфор және бор қышқылы (Н3BО3) - қатты заттар болса, кремний қышқылы суда ерімейтін іркілдек зат. Көмір және күкіртті қышқылдары тұрақсыз, оңай айырылатын заттар.
Қышқылдардың құрылысының формуласын жазғанда әуелі сутектің таңбасын шетіне жазамыз, өйткені ол бір валентті элемент.
Оттексіз қышқылдарда сутек қышқыл түзуші элементпен тікелей байланысады: Н—CI Н—S—Н, т.б.
Аталуы
Кейбір қышқылдардың тарихи қалыптасқан атаулары бар: HCl - тұз қышқылы, HF - балқытқыш қышқыл; Н2РO4 - сутектің ортофосфаты, ал Н2СO3 - сутектің карбонаты деп аталады.
Ал халықаралық номенклатура бойынша Н2РO4 тетраоксотригидрофосфат деп молекула құрамындағы атомдардың сандары грек сандарымен көрсетіліп аталады. Қышқылдарға сәйкес келетін оксидтерді қышқылдардың ангидридтері (сусыз қышқыл) деп атайды.
Алынуы
Оттексіз қышқылдарды жай заттардың тікелей әрекеттесуі (синтез әдісі) бойынша алады:
Түзілген газдарды суда еріткенде қышқылдар алынады.
Кейбір оттекті қышқылдарды сәйкес оксидтерін сумен әрекеттестіріп алады:
Егер фосфорды жағып алып, түзілген ак буға су қосып шайқасақ, ерітінді лакмусты қызғылт түске бояйды, себебі мына реакциялар жүреді:
Кейбір ұшқыш, тұрақсыз және ерімейтін қышқылдарды олардың тұздарына концентрлі қышқылмен әсер етіп алуға болады.
Ас тұзының кристалдарына концентрлі күкірт қышқылын қосқанда хлорлы сутектің ақ тұманы газ күйінде бөлінеді, оны суда ерітіп тұз қышқылын аламыз.
Осы реакцияны кеңсе желіміне концентрлі тұз қышқылымен әсер етіп көрсетеміз.
Қышқылдардың түрлері
Қышқылдарды 2 үлкен категорияға бөлуге болады:
- Күшті (химиялық белсенді) қышқылдар, кейде бейорганикалық деп те аталады. Көміртегі атомдары жоқ қышқылдар күшті қышқылдар болып табылады. Олар химиялық дәрі-дәрмек, жарылғыш заттар, тыңайтқыштар, бояулар, пластмасса және синтетикалық талшықтар жасауда қолданылады. Күкірт қышқылы, фосфор қышқылы сияқты күшті қышқылдар басқаларына қарағанда көбірек қолданылады.
- Әлсіз (сұйытылған) қышқылдар. Әлсіз қышқылдардың құрамына көміртегі атомдары кіреді. Олар суда түгелімен диссоцияланбайды. Бірақ көптеген әлсіз қышқылдар органикалық еріткіштерде ериді.Әлсіз қышқылдар сусындар, косметикалық заттар, сабын, жуғыш заттар, тамақ, пластмассадан жасалған заттар және дәрілерді өндіруде қолданылады. Әлсіз қышқылдарды бейорганикалық қышқылдар деп те атайды. Әлсіз қышқылдарға құмырсқа қышқылы, сірке қышқылы, сүт қышқылы және симон қышқылы жатады.
Қышқылдардың химиялық қасиеттері
Қышқылдардың қасиеттері алуан түрлі болып келеді, оны көрсету үшін мынадай сұлба жазып аламыз:
Қышқылдар:
- белсенді металдармен
- негіздік оксидтермен
- негіздермен
- тұздармен
- қыздырудың әсері (кейбір қышқылдар үшін)
Қышқылдардың металдармен әрекеттесуі металдың белсенділігіне қарай жүреді; белсенді металдардың көпшілігі қышқылдардан сутегін ығыстырады:
Қышқылдардың негіздік оксидтермен әрекеттесуі нәтижесінде тұз бен су түзіледі:
Қышқылдар еритін де, ерімейтін де негіздермен әрекеттеседі:
Қышқылдар тұздармен алмасу реакциясына түседі
Кейбір қышқылдар қыздырғанда айырылады
Қолданылуы
HNO3 - азотты тыңайтқыштар алу үшін
H2SO4 - өте кең қолданыс табады, сондықтан оны химия өндірісінің «наны» деп атайды.
Н3РО4- фосфор тыңайтқыштарын алу үшін HCl - тұздарын алу үшін, медицинада.
Қышқылдық
Қышқылдық (орысша: кислотность) - ортаның рН өлшем бірлігінен берілетін сипаттамасы. Бұл өлшем бойынша рН7 мөлшері бейтарап орта саналады, егер ол көрсеткіштен жоғары болса ортаның сілтілік әсері жоғарылайды. РН шкаласы 10-дық логарифм негізінде жасалған сондықтан рН4 артық рН5 ортасына қарағанда 10 есе қышқыл, ал рН6 ортасына қарағанда 100 есе қышқыл болады.
Қышқылдар – құрамында металға алмаса алатын сутектің бір немесе бірнеше атомы бар және суда ерігенде сутек иондарын Н+ түзетін химиялық қосылыстар.
Ашылу тарихы
XVII ғасырда неміс химигі И.П. Глаубер (1604 – 1670) тұз қышқылды мен азот қышқылын өздерінің тұздарынан алып, қышқылды көп мөлшерде өндіруге жол ашты.
Ағылшын химигі Р.Бойль (1627 – 1691) Глауберден сатып алған тұз қышқылының ерітіндісін кездейсоқ көкшіл күлгін гүлге төгіп алып, оның бірден ашық қызыл түске боялғанын байқаған.
Осыдан барып ерітіндіде қышқылдың бар екендігін көрсететін индикаторларды (лакмус, фенолфталейн, метилоранж, т.б.) ашты. Ол индикаторларды зерттей келе фосфор қышқылын анықтайды. Алғаш қатты күйінде алынған бор қышқылын француз ғалымы М.Гомберг (1866 – 1947) ашты.
Кейіннен мұндай қатты күйде алынған қышқылдын саны көбейе түсті. Мыс., шарап қышқылын швед химигі К.В. Шееле (1742 – 1786) шарап тасымалдайтын бөшкенің ішкі қабырғасындағы «шарап тасы» деп аталатын қақтан тазартып алды.
Ол кейіннен жемістер мен өсімдіктерден лимон қышқылын, алма қышқылын, т.б. қышқылды қатты күйдегі кристалл түрінде бөліп алды. Көмір қышқылын ағылшын химигі Дж. Б. Пристли (1894 – 1984) көмір қышқыл газын суға еріту арқылы алды.
XVIII ғасырдың соңына қарай оннан астам қышқыл бөлініп алынды. Ол кездері қышқылға суда еритін қышқыл дәмі бар лакмус индикаторының түсін қызылға бояйтын заттар жатқызылды. қышқылдың химиялық құрамы кейіннен оттек және сутек газдары ашылғаннан соң барып айқындала бастады.
Француз химигі А.Л. Лавуазье құрамы оттекпен байланысқан қышқылды зерттеген. Алайда құрамында оттексіз қышқыл да болатыны тәжірибе жүзінде анықталды. Сондықтан, қышқыл оттекті және оттексіз деп екі үлкен топқа бөлінеді. Қышқылдың табиғатын зерттеу 1838 жылы неміс химигі Ю.Либих (1803 – 1873) ұсынған қышқылдың сутекті теориясынан басталды. Ол қышқыл деп құрамында металға орнын беретін сутек бар қосылыстарды, ал швед физик-химигі С.А. Аррениус (1859 – 1927) қышқыл деп суда өзінен сутек катионын бөлетін заттарды атады.
Д.И. Менделеев суда еритін заттардың онымен химиялық әрекеттесіп, гидраттанған бөлшектер түзетінін дәлелдеді. Бұл екі көзқарастың басын біріктірген орыс химигі И.А. Каблуков (1857 – 1942) қышқылдық қасиетке ие болатын сутек катионы емес, оның сумен әрекеттескенде түзілетін оксоний ионы (Н3О+) екенін анықтады. Мысалы, тұз қышқылы дегеніміз газ күйіндегі хлорсутектің суда әрі еріп, әрі гидраттанған екі ионы:
Қышқылдың судағы ерітіндісінде түзілетін оксоний иондарының мөлшері басым болса (диссоциациялану дәрежесі жоғары болса), ол күшті қышқыл қатарына жатады. Сұйық ерітінділерінде қышқылдың диссоциациялану дәрежесі 3%-ға дейін – әлсіз, ал 3 – 30%-ға дейінгісі – орташа, 30%-дан асса – күшті қышқыл деп аталады.
Қышқыл металдар орнын баса алатын сутек атомының санына қарай
- бірнегізді қышқылдар,
- көп негізді қышқылдар болып бөлінеді.
1915 жылы АҚШ ғалымы Франклин судан басқа еріткіштерде түзілетін қышқылдың болатынын ашты. Ол судың орнына сұйық күйдегі аммиакты алып аквохимияға сәйкестендіріп аммонохимияның негізін қалады. Қышқылдың қызметін суда оксоний ионы (Н3О+), аммонохимияда аммоний ионы (NH4+) атқарады. Суда еріткенде тұзға жататын мүсәтір NH4CІ (аммоний хлориді) сұйық аммиакта ерітілсе, онда ол қышқылдық қасиет көрсетеді.
1923 жылы дат химигі И.Н. Бренстед (1879 – 1947) өзінің протондық теориясында қышқылға өзінен протон (Н+) бөлуге қабілеті бар сутекті қосылыстардың барлығын да жатқызуды ұсынды. Ол алғаш рет сутекті қосылыстардың кез келген еріткішпен әрекеттесетіндігін дәлелдеп, қышқылдық жүйе түзуінің сапалық та, сандық та сипаттамасын жасап берді.
Осы жылы АҚШ ғалымы Г.Н. Льюис (1875 – 1946) жариялаған электрондық теориясында қышқыл деп өзіне электрон жұбын қосып алуға қабілетті бөлшектерді атады. Қышқылдың сутек катионы (Н+) акцептор қызметін атқарды. Кешенді қосылыстардың түзілуін сипаттайтын акцептор қышқылына басқа да металл катиондары жатады (мысалы, Cu2+, Fe3+, Zn2+, Hg2+, т.б.).
1939 жылы қышқылдың жалпылама теориясын қазақстандық ғалым, академик М.И. Усанович ұсынды. Оның пікірінше қышқыл өздерінен катион (протон) бөліп шығара алатын немесе анион (электрон) қосып ала алатын бөлшектер болып табылады. Бұл жоғарыда аталған теориялардағы (сутекті, протондық, электрондық, т.б.) анықтамалардың бәрін де қамтитын әмбебап теория болып табылады. Қышқылдық қасиетті атомдар да, молекулалар да, иондар да көрсете алады.
Құрамында сутек атомы бар молекулалар (НСІ, Н2SO4, т.б.), өзіне электрон қосып алуға бейім тотықтырғыштар (СІ2, О2, КМnO4, HNO3, т.б.), әсіресе, анионға қосыла алатын барлық катиондар (Na+, Mg2+, Al3+, Cu2+, Fe3+, Sn4+, т.б.) түгелдей қышқыл қызметін атқарады.
Зерттеулер нәтижесінде қышқылдың өзіндік ерекшеліктерін айқындауға қол жеткізілді. Мысалы, қоқырлы қышқылдың (фосфор элементін алу кезінде түзілетін фосфорлы қоқыр) таза термиялық фосфор қышқылынан айырмашылығы – құрамында тотықпай қалған фосфордың әр түрлі формалары (Р4, H2PO2, H2PO3, H3PO3), сілтілік, сілтілік-жер, ауыр металдар катиондары, фторидтер, органикалық заттар, тағыда басқа заттардың болуында.
Қоқырлы қышқыл фосфор тұздарын, сонымен қатар, натрий триполифосфатын алу кезінде қолданылады. қышқыл жылына мыңдаған, миллиондаған тоннамен шығарылып, шаруашылықтың көптеген салаларында, техника мен ғылымда кеңінен қолданылады.
Қазақстанда фосфор, күкірт қышқылдары көп мөлшерде өндіріледі. Күкірт қышқылы Жезқазған, Балқаш, Өскемен, тағыда басқа қалалардағы өндірістік цехтарда түсті металдардың құрамындағы күкірттен алынады. Бор қышқылы Батыс Қазақстандағы Индер боратынан өндіріледі. Сірке қышқылы көп жылдар бойы Теміртау маңынан алынып келді. Күкірт қышқылын кейде химия өнеркәсібінің «наны» деп атайды, себебі, ол автомашина мен ұшақтардың аккумуляторларынан бастап, химия өнеркәсібінде фосфор қышқылын, фосфат тыңайтқыштарын алуға, түсті металлургияда металдарды өңдеуге, оларды қышқылда ерітуге жұмсалады.
Күкірт қышқылы химиялық материалдардың ішіндегі ең көп қолданылатын зат, оның қатысуы нәтижесінде көптеген басқа қышқыл мен олардың тұздары бөлініп алынады. Органик. химияның қосылыстарын синтездеуде, талдау жасар алдында да, көміртекке айналдырып өртеуде де күкірт қышқылы қажет. Ал барлық тұздар-селитралар азот қышқылының қатысуымен алынады. Одан тыңайтқыштардың өзегі болып табылатын аммоний, калий, кальций селитралары алынады. Көптеген бояғыш заттардың негізі болып есептелетін анилинді алуға азот қышқылы мен күкірт қышқылы жұмсалады.
Арзан қопарғыш – динамиттің басты құраушысы азот қышқылының глицеринмен әрекеттескендегі туындысы. Одан күшті тринитротолуол қопарғышы да азот қышқылының қатынасуымен өндіріледі. Фосфор қышқылы да көп мөлшерде өндірілетін аса бағалы өнім. Оның бірі фосфор тыңайтқыштарын алуға жұмсалатын тазалығы төмендеу – термиялық фосфор қышқылы. Ал одан қымбат әрі тазалығы жоғары экстракц. фосфор қышқылы алынып тағам өнеркәсібінде лимонад, мармелад, сироптарға дәм кіргізу үшін қоспа ретінде пайдаланылады. Бұлардың екі түрі де Тараз қаласындағы фосфор өңдейтін заттарда алынады.
Тұз қышқылы өнеркәсіпте металдан (болат, шойын, т.б.) жасалатын бұйымдардың бетіндегі қақты, татты ерітіп тазалау үшін қолданылады. Содан соң олардың бетіне никель, хром, мырыш, мыс, алтын жалатып коррозияға ұшырамайтындай етуге болады. Тұз қышқылының көмегімен көптеген химиялық процестерді жүргізуге болады.
Қышқылға төзімділік
Қышқылға төзімділік – материалдардың жегі қышқылдар әсерлеріне төзу қабілеті; Ішкі төзімділік заттардың табиғатына, жегі ортаның тотығу-тотықсыздану қасиеттеріне, аниондардың табиғатына, қышқылдардың концентрациясы мен температурасына, сыртқы әсерлерге (қысым, температура, т.б.) тәуелді болады. Мысалы, хром және хромды болаттар 40%-дық азот қышқылына төзімді, ал 40%-дық күкірт қышқылында бүліне бастайды. Температура артқанда материалдардың қышқылға төзімділік күрт кемиді. Металдардың ішкі төзімділігі оның бірлік ауданынан жоғалтатын массасы бойынша анықталады (сағатына грамм/метр2). Бейметалл органикалық материалдардың ішкі төзімділігі қасиеті ісіну дәрежесіне және механикалық қасиеттерінің (беріктік шегі, аққыштық шегі, т.б.) өзгеру ерекшеліктеріне қарай бағаланады, ал бейметалл бейорганикалық материалдардың ішкі төзімділігі қышқылмен өңделгеннен кейін майдаланған материалдың массасының өзгеруі бойынша анықталады; Қышқылға берік заттар.
Қышқылды жаңбыр
Қышқылды жаңбыр – атмосфералық жауын-шашын түрлері (оған қар да жатады). Жаңбыр құрамында қышқылдың (pH<5,6) болатындығы ауа құрамында өндіріс қалдықтары (мыс., SO2, NO2, HCl, т.б.) мөлшерінің көптігіне байланысты. Осындай жауын-шашын түскен топырақ пен су айдындарының қышқылдығы артып, соның нәтижесінде қоршаған ортаның экожүйесі деградацияға ұшырайды. Атап айтқанда, су айдындарындағы балықтар мен су жануарлары жаппай қырылып, топырақ құнарсызданып, жеміс-жидек пен көкөніс және орман ағаштары өспей, солып қалады..Атмосфера құрамына еңген өндіріс қалдықтары күкірт диоксиді және азот оксидтері ондағы ылғалмен әрекеттесіп күкірт және азот қышқылдарын түзеді.Соның әсерінен жерге жауатын жаңбыр мен қар қышқылданады.Әдетте рН 5,6 кем болса жауын- шашын «қышқыл жаңбыр» деп аталады.Күкірт және азот оксидтері металургия өндірісінде және көмір, мұнай мен әр түрлі газдар жиналған кезде түзіліп атмосфера құрамына енеді, күкірт оксиді жылу электр станциясынан бөлінсе ,азот оксиді автомобильде жанармай жанған кезде түзіледі.Ғалымдардың зерттеуіне сүйенсек бір тонна отын жанғанда , жылу электр станциясында орта есеппен 150кг, ал автомобиль моторында 1кг бензин жанғанда , 270 г ластағыш заттар бөлінеді. Көмірді және мұнайды жаққан кезде түзілетін күкірт диоксиді газы атмосферада күкірт триоксидіне дейін тотығады.
Түзілген оксид
2SO2 +О2 → 2SO3
2SO2 +О2 → 2SO3
SO3 +Н2О→ Н2 SO4
Күкірт қышқылы ауа құрамында аэрозоль және майда тамшы түрінде болады. Азот оксиді де ауадағы ылғалмен әрекеттесіп,азот қышқылына айналады.
2 NO + O2 →2 NO2
4 NO2 + 2 Н2О+О2 → 4 Н NO3
Қышқыл жаңбырлар топырақ құрамына еніп,өсімдіктердің өсіп-жетілуіне қорек болатын қажетті заттармен бірге улы ауыр және жеңіл металдардың еруіне мүм-кіндік туғызады. Өз кезегінде улы заттар келеңсіз жағдайларға алып келеді. Мысалы, аздап қышқылданған судағы алюминий мөлшерінің 0,2 мг/л балықтар үшін өте қауіпті, сонымен қатар ағаштардың өсуін тежейді.Қышқыл жаңбыр әсерінен ормандардың құрғақшылыққа және ауруға төзімділігі нашарлайды.Ал орман – табиғат санитары.Барлық тірі ағзаның тыныс алуына қажетті оттегінің мөлшеріне де әсер ететіні белгілі. Жаңбыр тамшыларында еріген күкірт қышқылы атмосферада тұман түзіп, адамдардың аллергия және басқа аурулармен науқастануына әкеледі. Қышқыл жаңбырларды болдырмаудың негізгі тәсілі техникалық қондырғыларды қолдану арқылы күкірт және азот оксидтерін атмосфераға жібермеу.
Қышқыл тау жыныстары
Қышқыл тау жыныстары – құрамында кремний оксиді 64%-дан жоғары болатын магмалық тау жыныстары. Олардың орташа химиялық құрамы: SіO2 64 – 78%, кейбір ультрақышқыл түрлерінде 80 – 85%-ға, ал магмалық кварцолиттерде (Үлгі:Силексит) 85 – 100%-ға жетеді. Олар интрузия және эффузия процестерінің нәтижесінде қалыптасады. Интруз. Қышқыл тау жынысының ішінде гранит, гранодиорит, аляскит, рапакиви, чарнокит, плагиогранит көп кездеседі. Эффузия Қышқыл тау жыныстарынан мол тарағандары липарит пен липариттік порфир, кварц порфирі мен кератофир, дацит пен дацит порфирі, фельзит пен жанартаулық шыныларға жататын обсидиан, пехштейн (қарамай тас), пемза (көпіршік тас), церлит. Қышқыл тау жыныстары, негізінен, кварцтан, калийлі және калий-натрийлі дала шпаты мен плагиоклаздан (альбиттен андезинге дейін) тұрады. Фемалық минералдар аз мөлшерде (5 – 10%) кездеседі, кейбір түрлерінде ғана 15 – 20%-ға жетеді. Олар – биотит, амфибол, пироксен (сирек), тағыда басқа қышқыл тау жыныстардың көпшілігінде кварц 20 – 40%, калишпат (ортоклаз, микроклин, санидин) 20 – 40%, плагиоклаз 20 – 50% болады. Онда кездесетін акцессор минералдар (апатит, сфен, магнетит, циркон, монацит, торит, малакон, ксенотим, пирохлор, турмалин, т.б.) сирек металды, радиобелсенді болып келеді. Қышқыл тау жыныстары – қызғылт сары, қызыл, күрең қызыл, кейде ашық сұр түсті. [[Интрузия Қышқыл тау жыныстары бірқалыпты ірі, порфир кейіптес, ал эффузия түріндегілері өте ұсақ түйірлі немесе шыны тәрізді аморфты массадан құралған. Эффузия қышқыл тау жыныстары күмбезді, тасқын, жамылғы, желі пішіндес, ал интрузия Қышқыл тау жыныстары батолит, лакколит, шток, желі тәріздес келеді. Барлығы да қалыпты, сілтілілеу және сілтілі қатарлар болып бөлінеді. Олардың арасында көбірек тарағаны қалыпты және сілтілі қатарлар. Қышқыл тау жыныстардың жанартаулық шынылардан ғана тұратындары обсидиан, пемза, перлит түрлеріне бөлінеді. Қышқыл тау жыныстары қышқыл магманың кристалдануынан, терең жер қыртысындағы шөгінді жыныстардың балқуынан (палингенезінен), метасоматикалық жолмен пайда болады. Олар әшекейлеу ісінде (рапакиви мен амазонитті гранит), құрылыс материалдары ретінде (пемза, т.б.) кеңінен пайдаланылады.
Дереккөздер
- Химия: Жалпы білім беретін мектептің сыныбына арналған оқулық. Усманова М.Б., Сақариянова Қ.Н. –Алматы: Атамұра, 2009. - 216 бет. ISBN9965-34-887
- Полиграфия, өлшеу техникасы, ағаш өңдеу жабдыктары және металл өңдеу техникасы мен технологиясы: Қазақша-орысша терминдердің түсіндірме сөздігі.