Кислоти: класифікація і назви кислотних залишків

Кислота — це складна речовина, до складу якої входять атоми Гідрогену, здатні заміщуватися атомами металу, і кислотний залишок. З погляду теорії електролітичної дисоціації кислота — це електроліт, який під час дисоціації у водному розчині утворює з катіонів лише йони Гідрогену H⁺. Наприклад:

HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻

Класифікація за складом

За наявністю Оксигену кислоти поділяють на дві групи:

• Безоксигенові кислоти — не містять атомів Оксигену. Це водні розчини сполук неметалічних елементів з Гідрогеном: HF (флуоридна), HCl (хлоридна), HBr (бромідна), HI (йодидна), H₂S (сульфідна).

• Оксигеновмісні кислоти — містять атоми Оксигену. Їм відповідають кислотні оксиди: H₂SO₄ (сульфатна, відповідає SO₃), H₂SO₃ (сульфітна, SO₂), HNO₃ (нітратна, N₂O₅), HNO₂ (нітритна, N₂O₃), H₃PO₄ (ортофосфатна, P₂O₅), H₂CO₃ (карбонатна, CO₂), H₂SiO₃ (силікатна, SiO₂).

Класифікація за основністю

Основність кислоти — це кількість атомів Гідрогену в її молекулі, які здатні заміщуватися металом. Не всі атоми Гідрогену у формулі обов'язково заміщуються!

• Одноосновні кислоти — містять один атом Гідрогену, здатний до заміщення: HCl, HNO₃, HNO₂, HF.

• Двоосновні кислоти — два такі атоми: H₂SO₄, H₂SO₃, H₂S, H₂CO₃, H₂SiO₃.

• Триосновна кислота — три атоми: H₃PO₄.

Важливий виняток — оцтова кислота CH₃COOH. У її формулі чотири атоми Гідрогену, але металом заміщується лише той Гідроген, що входить до складу карбоксильної групи COOH. Тому оцтова кислота одноосновна.

Класифікація за силою (здатністю до дисоціації)

Сила кислоти показує, наскільки повно вона дисоціює на йони у водному розчині. Основність і сила — різні характеристики!

Нестійкі кислоти H₂CO₃ і H₂SO₃ існують лише у водному розчині й легко розкладаються на відповідний оксид і воду:

H₂CO₃ → CO₂↑ + H₂OH₂SO₃ → SO₂↑ + H₂O

Фізичні властивості деяких кислот

• H₂SO₄ — важка оліїста рідина, добре розчиняється у воді з виділенням теплоти.

• HNO₃ — летка рідина з характерним запахом.

• H₃PO₄ — тверда кристалічна речовина, добре розчинна у воді.

• H₂SiO₃ — нерозчинна у воді, утворює драглистий осад.

• HCl і H₂S — розчини газів у воді (хлоридна кислота — розчин хлороводню, сульфідна — розчин сірководню).

У програмі НМТ використовують систематичні назви кислот. Традиційні назви («соляна», «сірчана», «азотна») також можуть траплятися в умові, але у відповідях слід послідовно застосовувати систематичні.

Назви кислот (систематичні)

Назви кислотних залишків (аніонів)

Назва кислотного залишку залежить від того, чи містить кислота Оксиген, і від ступеня окиснення кислотоутворювального елемента.

• Безоксигенові залишки мають суфікс -ид (-ід): хлорид Cl⁻, флуорид F⁻, йодид I⁻, бромід Br⁻, сульфід S²⁻.

• Оксигеновмісні залишки з вищим ступенем окиснення елемента мають суфікс -ат: сульфат SO₄²⁻ (S⁺⁶), нітрат NO₃⁻ (N⁺⁵), карбонат CO₃²⁻ (C⁺⁴), силікат SiO₃²⁻ (Si⁺⁴), ортофосфат PO₄³⁻ (P⁺⁵).

• Оксигеновмісні залишки з нижчим ступенем окиснення елемента мають суфікс -іт (-ит): сульфіт SO₃²⁻ (S⁺⁴), нітрит NO₂⁻ (N⁺³).

Заряд кислотного залишку

Заряд кислотного залишку дорівнює кількості відщеплених йонів H⁺. Валентність залишку чисельно дорівнює модулю заряду.

Кислотні залишки з Гідрогеном (кислі солі)

Якщо заміщується не вся кількість атомів Гідрогену, утворюються кислі солі. Їхні аніони містять Гідроген:

Назв кислотних залишків немає в довідкових матеріалах НМТ. Таблиця розчинності подає аніони лише формулами (від OH⁻ до CH₃COO⁻). Тому цю таблицю потрібно вивчити напам'ять!

На НМТ можуть запропонувати перелік формул і попросити вибрати ту, що належить до кислот. Ось головна ознака: у формулі кислоти Гідроген записано на першому місці, а далі — кислотний залишок.

Приклади кислот: HNO₃, H₃PO₄, H₂S, H₂SO₄, HCl.

Не кислоти, хоч і містять Гідроген

Не кожна речовина, що має Гідроген у формулі, є кислотою. Ось типові випадки:

Як скласти формулу кислоти за назвою залишку

Кількість атомів Гідрогену в кислоті дорівнює модулю заряду кислотного залишку:

• Сульфіт SO₃²⁻ (заряд 2−) → H₂SO₃

• Ортофосфат PO₄³⁻ (заряд 3−) → H₃PO₄

• Нітрит NO₂⁻ (заряд 1−) → HNO₂

• Сульфат SO₄²⁻ (заряд 2−) → H₂SO₄

• Хлорид Cl⁻ (заряд 1−) → HCl

Ступінь окиснення кислотоутворювального елемента в кислоті й у залишку однаковий. Наприклад, у H₂SO₄ і SO₄²⁻ Сульфур має ступінь окиснення +6, а в H₂SO₃ і SO₃²⁻ — +4.

Кислотні оксиди, що відповідають кислотам

Кожній оксигеновмісній кислоті відповідає кислотний оксид, у якому елемент має той самий ступінь окиснення:

Розгляньмо чотири типові завдання НМТ, які перевіряють уміння класифікувати кислоти та називати їхні залишки.

Приклад 1. Логічні пари: кислота — назва середньої солі

Установи відповідність між кислотою (1–3) і назвою її середньої солі з Натрієм (А–Д).

Розв'язання. Визначаємо кислотний залишок для кожної кислоти та його назву.

• H₂SO₃ — сульфітна кислота, залишок SO₃²⁻ — сульфіт. Сіль: натрій сульфіт (Б).

• H₂S — сульфідна кислота, залишок S²⁻ — сульфід. Сіль: натрій сульфід (В).

• HNO₂ — нітритна кислота, залишок NO₂⁻ — нітрит. Сіль: натрій нітрит (Д).

Відповідь: 1 → Б, 2 → В, 3 → Д. Зайві: А (натрій сульфат — сіль H₂SO₄) і Г (натрій нітрат — сіль HNO₃).

Типові помилки: плутають сульфіт і сульфат (обидва містять Оксиген, але з різним ступенем окиснення Сульфуру), а також нітрит і нітрат.

Приклад 2. Вибір однієї відповіді: ряд двоосновних кислот

У якому рядку всі кислоти є двоосновними?

• А H₂SO₄, HNO₃, H₂S

• Б H₂SO₄, H₂S, H₂CO₃

• В H₃PO₄, H₂SO₄, H₂CO₃

• Г H₂SO₄, CH₃COOH, H₂S

Розв'язання. Двоосновні кислоти мають два атоми Гідрогену, здатні заміщуватися металом.

• Варіант А: HNO₃ — одноосновна (один H). Не підходить.

• Варіант Б: H₂SO₄ (два H), H₂S (два H), H₂CO₃ (два H) — усі двоосновні. Підходить.

• Варіант В: H₃PO₄ — триосновна (три H). Не підходить.

• Варіант Г: CH₃COOH — одноосновна (заміщується лише H групи COOH). Не підходить.

Відповідь: Б.

Приклад 3. Вибір однієї відповіді: формула гідрогенортофосфат-йона

Яку формулу має гідрогенортофосфат-йон?

• А H₂PO₄⁻

• Б HPO₄²⁻

• В PO₄³⁻

• Г HPO₄⁻

Розв'язання. Ортофосфатна кислота H₃PO₄ — триосновна. Якщо заміщується один атом H, утворюється дигідрогенортофосфат H₂PO₄⁻. Якщо заміщуються два атоми H — гідрогенортофосфат HPO₄²⁻. Якщо всі три — ортофосфат PO₄³⁻. Префікс «гідроген-» означає, що в залишку залишився один атом Гідрогену.

Гідрогенортофосфат-йон має один атом H і заряд 2−.

Відповідь: Б (HPO₄²⁻).

Чому інші варіанти неправильні: А (H₂PO₄⁻) — дигідрогенортофосфат (два H); В (PO₄³⁻) — ортофосфат (без H); Г (HPO₄⁻) — неправильний заряд, має бути 2−.

Приклад 4. Вибір однієї відповіді: слабка безоксигенова двоосновна кислота

Яка кислота є слабкою, безоксигеновою та двоосновною?

• А HCl

• Б H₂S

• В H₂SO₃

• Г H₂SO₄

Розв'язання. Перевіряємо кожну ознаку для кожного варіанта.

Відповідь: Б (H₂S).

Типові помилки: обирають HCl (сильна, одноосновна), H₂SO₃ (оксигеновмісна) або H₂SO₄ (сильна, оксигеновмісна).

На НМТ з хімії тема кислот вважається нескладною, але саме тут учні роблять багато помилок через неуважність або плутанину в назвах. Ось найпоширеніші пастки.

• Плутають сульфіт, сульфат і сульфід. Запам'ятай: сульфід S²⁻ — безоксигеновий залишок (суфікс -ид); сульфіт SO₃²⁻ — оксигеновмісний з S⁺⁴ (суфікс -іт); сульфат SO₄²⁻ — оксигеновмісний з S⁺⁶ (суфікс -ат). Аналогічно: нітрит NO₂⁻ (N⁺³) і нітрат NO₃⁻ (N⁺⁵).

• Визначають основність за всіма атомами Гідрогену у формулі. Наприклад, CH₃COOH має чотири атоми H, але металом заміщується лише Гідроген карбоксильної групи COOH. Тому оцтова кислота одноосновна, а не чотириосновна.

• Визначають заряд залишку за кількістю атомів Оксигену, а не Гідрогену. Наприклад, у SO₄²⁻ заряд 2−, а не 4−. Заряд дорівнює кількості відщеплених йонів H⁺, а не кількості атомів Оксигену.

• Вважають H₃PO₄ сильною кислотою, бо вона триосновна. Основність і сила — різні характеристики. H₃PO₄ — кислота середньої сили, хоча й триосновна. Серед кислот програми сильні — HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄ (сильні також HClO₄, HMnO₄).

• Записують H₂CO₃ чи H₂SO₃ як стійкий продукт реакції. Ці кислоти існують лише в розчині й одразу розкладаються на оксид і воду: H₂CO₃ → CO₂ + H₂O, H₂SO₃ → SO₂ + H₂O. У рівняннях реакцій замість них пишуть відповідний оксид і воду.

• Не впізнають традиційні назви. «Соляна» і хлоридна — це HCl. «Сірчана» і сульфатна — це H₂SO₄. «Азотна» і нітратна — це HNO₃. На НМТ можуть подати будь-яку з назв.

Тема «Кислоти» (2.2.3) є частиною розділу «Класи неорганічних сполук» програми НМТ. У демоваріанті 2026 року окремого завдання, де ця тема була б основною, немає. Однак знання про кислоти потрібні для виконання завдань на солі, зокрема завдання № 11 (тема 2.2.4, вибір однієї відповіді з чотирьох, 1 бал), яке перевіряє основність кислоти й різницю між середніми та кислими солями.

Формати завдань

• Логічні пари (завдання 19–20): 1–3 → А–Д, дві букви зайві, 1 бал за кожну правильно встановлену пару. Тема: «кислота — назва солі» або «кислота — основність».

• Вибір однієї відповіді з чотирьох (завдання 1–18): 1 бал. Можуть перевіряти класифікацію кислот, назви залишків, заряд аніона тощо.

Що можна і не можна використовувати

Назв кислот і кислотних залишків у довідкових матеріалах НМТ немає. Таблиця розчинності подає аніони лише формулами (від OH⁻ до CH₃COO⁻). Тому назви залишків і відповідність «кислота — залишок» потрібно знати напам'ять.

Стратегія виконання

Коли бачиш завдання на кислотний залишок, дій у два кроки:

1. Визнач заряд залишку за кількістю атомів Гідрогену в кислоті. Наприклад, H₂SO₄ → залишок має заряд 2−.

2. Визнач ступінь окиснення кислотоутворювального елемента — він підкаже суфікс: -ат (вищий ступінь) чи -іт (нижчий). Для H₂SO₄ Сульфур має +6 → сульфат. Для H₂SO₃ Сульфур має +4 → сульфіт.

• Кислота — складна речовина, що складається з атомів Гідрогену, здатних заміщуватися металом, і кислотного залишку.

• Основність — кількість атомів Гідрогену, що заміщуються металом. Одноосновні (HCl, HNO₃, HNO₂, HF), двоосновні (H₂SO₄, H₂SO₃, H₂S, H₂CO₃, H₂SiO₃), триосновна (H₃PO₄).

• Сильні кислоти: HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄. Решта кислот програми — слабкі або середньої сили.

• Суфікси залишків: -ид (безоксигенові), -ат (вищий ступінь окиснення), -іт (нижчий ступінь окиснення).

• Заряд залишку дорівнює кількості відщеплених йонів H⁺. Валентність залишку — модуль заряду.

• Формула кислоти за назвою залишку: кількість атомів H дорівнює модулю заряду залишку (SO₃²⁻ → H₂SO₃, PO₄³⁻ → H₃PO₄).

• Нестійкі кислоти: H₂CO₃ і H₂SO₃ існують лише в розчині, розкладаються на оксид і воду.

• Ознака кислоти у формулі: Гідроген записано першим, далі кислотний залишок. NH₃, CH₄, H₂O, NaH, NaHCO₃, NaOH — не кислоти.