Kyselina

Šablona:Infobox - chemická látka Kyseliny (latinsky acida) jsou chemické látky, které jsou v nejjednodušší definici schopné odštěpit vodíkový kation (proton) nebo přijmout elektronový pár. Ve vodném roztoku zvyšují koncentraci oxoniových kationtů (H₃O⁺) a snižují tak pH roztoku pod hodnotu 7. Mezi typické vlastnosti kyselin patří kyselá chuť (kterou by se však neměla ověřovat jejich přítomnost), schopnost reagovat s kovy za vzniku vodíku a se zásadami v neutralizační reakci za vzniku soli a vody.

Existuje několik teorií, které definují a zpřesňují chování kyselin a zásad. Nejstarší je Arrheniova teorie kyselin a zásad, následovaná obecnější Brønstedovou–Lowryho teorií a nejobecnější Lewisovou teorií.

Dějiny

Pojem kyselina byl znám již ve starověku, kdy lidé znali například kyselinu octovou v octu. Alchymisté ve středověku, jako například arabský učenec Džábir ibn Hajján, objevili a popsali silné anorganické kyseliny, jako je kyselina dusičná (aqua fortis) a lučavka královská (aqua regia), směs kyseliny dusičné a chlorovodíkové, která je schopna rozpouštět i zlato.

Až do druhé poloviny 19. století se kyseliny a zásady rozlišovaly jen podle specifických projevů, jako je chuť nebo reaktivita. Systematický vědecký základ pro pochopení jejich podstaty položil až Svante Arrhenius v roce 1887 svou teorií elektrolytické disociace. Jeho práce byla dále rozšířena ve 20. století, kdy v roce 1923 nezávisle na sobě představili své teorie Johannes Nicolaus Brønsted a Thomas Martin Lowry, a ve stejném roce i Gilbert Newton Lewis.

Definice kyselin

Existují tři hlavní teorie definující kyseliny, které se vzájemně doplňují a rozšiřují.

Arrheniova teorie

Podle této nejstarší teorie, formulované Svantem Arrheniem, je kyselina látka, která při rozpouštění ve vodě (disociaci) zvyšuje koncentraci vodíkových kationtů H⁺ (protonů). Tyto protony se okamžitě vážou na molekuly vody za vzniku oxoniových kationtů H₃O⁺.

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻

Tato teorie je však omezena pouze na vodné roztoky.

Brønstedova–Lowryho teorie

Tato teorie, navržená v roce 1923, definuje kyselinu jako látku, která je dárcem (donorem) protonu (H⁺). Zásada je naopak příjemcem (akceptorem) protonu. Tato definice je obecnější a není omezena jen na vodné prostředí.

HA + B ⇌ A⁻ + BH⁺

Zde je HA kyselina, která odevzdá proton zásadě B. Látka A⁻ je tzv. konjugovaná zásada k původní kyselině a BH⁺ je konjugovaná kyselina k původní zásadě.

Lewisova teorie

Nejobecnější definici podal Gilbert Newton Lewis. Podle jeho teorie je kyselina jakákoli látka, která je schopna přijmout (akceptovat) volný elektronový pár a vytvořit tak kovalentní vazbu. Lewisova zásada je naopak donorem elektronového páru. Tato definice zahrnuje i látky, které neobsahují vodík, například chlorid hlinitý (AlCl₃) nebo oxid siřičitý (SO₂).

Vlastnosti kyselin

• Chuť: Vodné roztoky kyselin mají charakteristickou kyselou chuť. Ochutnáváním se však nikdy nesmí zjišťovat přítomnost kyselin.
• Žíravost: Koncentrované silné kyseliny jsou silné žíraviny, které mohou způsobit vážné poleptání.
• Reakce s kovy: Kyseliny reagují s většinou kovů (např. zinek, železo, hořčík) za vzniku soli a uvolňování plynného vodíku.

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂

• Reakce s uhličitany a hydrogenuhličitany: Kyseliny reagují s těmito látkami za vzniku soli, vody a oxidu uhličitého.

CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂

• Reakce s indikátory: Kyseliny mění barvu acidobazických indikátorů. Například lakmusový papírek se v kyselém prostředí zbarví červeně, fenolftalein zůstává bezbarvý.
• Vodivost: Roztoky kyselin vedou elektrický proud, protože obsahují volně pohyblivé ionty. Jsou to elektrolyty.

Síla kyselin

Síla kyseliny vyjadřuje její schopnost odštěpovat proton. Podle míry disociace ve vodném roztoku se kyseliny dělí na silné a slabé.

• Silné kyseliny jsou ve vodě téměř úplně disociovány. Do této skupiny patří například kyselina sírová (H₂SO₄), kyselina chlorovodíková (HCl) nebo kyselina dusičná (HNO₃).
• Slabé kyseliny jsou ve vodě disociovány jen částečně. Patří sem většina organických kyselin, jako je kyselina octová (CH₃COOH) nebo kyselina mravenčí (HCOOH), a některé anorganické, například kyselina uhličitá (H₂CO₃).

Míra kyselosti se vyjadřuje pomocí stupnice pH, což je záporný logaritmus koncentrace oxoniových kationtů. Kyselé roztoky mají pH < 7. Čím je kyselina silnější, tím je její pH nižší. Sílu kyseliny také kvantifikuje disociační konstanta kyseliny (Kₐ), respektive její záporný logaritmus pKₐ. Silné kyseliny mají vysokou hodnotu Kₐ a nízkou hodnotu pKₐ.

Dělení kyselin

Kyseliny lze dělit podle několika kritérií:

Podle přítomnosti kyslíku

• Kyslíkaté kyseliny (oxokyseliny): V molekule obsahují kyslík. Jejich obecný vzorec je HₓEₙOₘ. Příklady jsou kyselina sírová (H₂SO₄) a kyselina dusičná (HNO₃).
• Bezkyslíkaté kyseliny: Neobsahují kyslík. Vznikají obvykle rozpuštěním plynných sloučenin vodíku s halogeny nebo jinými nekovy ve vodě. Příklady jsou kyselina chlorovodíková (HCl) a kyselina sirovodíková (H₂S).

Podle původu

• Anorganické (minerální) kyseliny: Jsou odvozeny od anorganických sloučenin. Patří sem všechny výše uvedené silné kyseliny.
• Organické kyseliny: Jsou to organické sloučeniny s kyselými vlastnostmi. Nejvýznamnější skupinou jsou karboxylové kyseliny, které obsahují karboxylovou skupinu -COOH. Jsou obecně slabší než anorganické kyseliny. Příklady zahrnují kyselinu octovou, mravenčí a citronovou.

Využití

Kyseliny mají široké uplatnění v mnoha oblastech:

• Průmysl: Kyselina sírová je jednou z nejvyráběnějších chemikálií na světě a používá se při výrobě hnojiv, plastů, léčiv a v autobateriích. Kyselina dusičná se využívá k výrobě hnojiv a výbušnin. Kyselina chlorovodíková se používá při zpracování kovů a v chemické syntéze.
• Potravinářství: Mnoho organických kyselin se používá jako aditiva. Kyselina citronová a kyselina fosforečná dodávají nápojům kyselou chuť. Kyselina octová (v octu) a kyselina benzoová slouží jako konzervanty.
• Domácnost: Zředěné kyseliny jako kyselina octová nebo kyselina citronová se používají jako čisticí prostředky k odstraňování vodního kamene.
• Biologie: Kyseliny jsou základem života. Aminokyseliny jsou stavebními kameny bílkovin. Nukleové kyseliny (DNA a RNA) nesou genetickou informaci. Kyselina chlorovodíková v žaludku pomáhá trávit potravu.

Bezpečnost

Při manipulaci s kyselinami, zejména koncentrovanými, je nutné dodržovat přísná bezpečnostní opatření. Je nezbytné používat osobní ochranné pomůcky, jako jsou ochranné brýle, rukavice a laboratorní plášť. Práce by měla probíhat v dobře větraných prostorách nebo v digestoři.

Při ředění kyselin se vždy lije kyselina do vody, nikdy naopak, kvůli silnému uvolňování tepla, které by mohlo způsobit vystříknutí žíraviny. V případě zasažení kůže nebo očí je nutné postižené místo okamžitě a důkladně oplachovat velkým množstvím vody a vyhledat lékařskou pomoc.