Двухосновная кислота¶

Двухосновная кислота — это кислота, молекула которой содержит два ионизируемых (подвижных) атома водорода, то есть способна отдавать два протона H⁺ в растворе. Кислоты, содержащие один такой атом, называются одноосновными, содержащие три — трёхосновными. Число основных атомов водорода определяет так называемую основность кислоты и во многом задаёт характер её взаимодействия с щелочами, оксидами и солями.

¶Определение и строение

Основность кислоты не тождественна общему числу атомов водорода в молекуле. Двухосновной является лишь та кислота, у которой оба атома водорода связаны с кислородом и проявляют кислотные свойства. Так, у уксусной кислоты CH₃COOH в молекуле четыре атома водорода, но кислотный — только один, поэтому уксусная кислота одноосновная. У серной кислоты H₂SO₄ оба атома водорода входят в состав гидроксильных групп —SOOH и проявляют кислотные свойства, что делает её двухосновной.

Ионизация двухосновной кислоты происходит ступенчато, в два этапа:

H₂A ⇌ H⁺ + HA⁻ HA⁻ ⇌ H⁺ + A²⁻

Каждая ступень характеризуется собственной константой диссоциации K₁ и K₂, причём K₁ всегда существенно больше K₂: после потери первого протона отрицательный заряд на ионе HA⁻ удерживает оставшийся водород прочнее. Для серной кислоты K₁ ≈ 10³, K₂ ≈ 1,2·10⁻².

¶Классификация

Основные неорганические двухосновные кислоты:

Среди органических двухосновных кислот распространены дикарбоновые (диоксикислотные) кислоты общей формулы HOOC—(CH₂)ₙ—COOH, например щавелевая (H₂C₂O₄), малоновая, янтарная, лимонная и адипиновая кислоты.

¶Характерные свойства

¶Реакция с щелочами

Двухосновная кислота может реагировать со щелочью в двух вариантах — в зависимости от соотношения реагентов:

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O (нейтральный сульфат) H₂SO₄ + NaOH → NaHSO₄ + H₂O (кислый сульфат)

Образование кислых солей — типичная особенность двухосновных и трёхосновных кислот. Кислые соли, например гидросульфат натрия NaHSO₄, в растворе проявляют кислые свойства, поскольку ион HA⁻ способен отдавать оставшийся протон.

¶Реакция с оксидами и карбонатами

H₂SO₄ + CuO → CuSO₄ + H₂O H₂SO₄ + Na₂CO₃ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

При взаимодействии с карбонатами выделяется углекислый газ — качественная реакция на карбонат-ион.

¶Свойства анионов

Анион двухосновной кислоты может вступать в реакции ионного обмена. Сульфат-ион SO₄²⁻ обнаруживается в растворе по выпадению белого осадка сульфата бария:

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl

Сульфит-ион SO₃²⁻, наоборот, обнаруживается по выделению диоксида серы с кислотой и по характерному запаху.

¶Применение

Серная кислота — один из важнейших продуктов химической промышленности; её годовое мировое производство превышает 250 млн тонн. Применяется в производстве минеральных удобрений (суперфосфат, аммофос), сернокислых солей, аккумуляторных электролитов, при очистке нефтепродуктов, в металлургии для травления металлов.

Угольная кислота H₂CO₃ образуется при растворении углекислого газа в воде и участвует в природном круговороте углерода, определяя pH природных вод. Кремниевая кислота является компонентом силикатных пород и стекла. Щавелевая кислота применяется при чистке и пиклировании металлов, а также в бытовой химии.

¶Двухосновные кислоты в школьной химии

В учебной программе к двухосновным кислотам традиционно относят серную, сернистую, угольную и кремниевую кислоты. Умение распознать основность кислоты по формуле и составить уравнения реакций с образованием нормальных и кислых солей — обязательный элемент подготовки к экзаменам по химии.

¶Источники

• Габриелян О. С. «Химия. 9 класс» — М.: Просвещение.
• Хомченко Г. П. «Химия для поступающих в вузы».
• Рабинович В. А., Хомченко Г. П. «Химия для абитуриентов».
• Справочник «Неорганическая химия» под ред. Н. Т. Кудрявцева.