Вещества с кислотным характером были известны с древних времён. Какие вещества считать таковыми, было понятно: они кислые на вкус, хотя далеко не все кислоты можно пробовать безнаказанно, например циановодородную (синильную).
Различные кислоты содержатся в соке многих фруктов и овощей, придавая им кислый вкус; они образуются при скисании молока или сладкого фруктового сока. В последнем случае образуется уксус — водный раствор уксусной кислоты.
Кислый вкус характерен для всех растворимых в воде кислот — лимонной, винной, яблочной, уксусной, щавелевой, аскорбиновой; эти кислоты вы наверняка пробовали на вкус, но, конечно, не в чистом виде, а в составе плодов и ягод.
Интересно, что лимонная кислота имеет одновременно и кислый, и сладкий вкус. Некоторые кислоты широко используются в пищевой промышленности.
Уксус добавляют в маринады и салаты.
А фосфорную кислоту в небольших количествах — к напиткам типа фанты и кока-колы для улучшения их вкусовых качеств и создания кислой среды, которая препятствует размножению микроорганизмов. С алхимических времён были известны неорганические кислоты — серная (H2SО4), соляная (НС1), азотная (HNО3), фосфорная (Н3РО4), хотя их формулы были установлены много позже.
Впоследствии немало различных кислот было выделено из растений и животных организмов, о чём говорят их названия: виноградная, лимонная, миндальная, сахарная, щавелевая, муравьиная (она содержится не только в муравьях, но и в крапиве) и десятки других. Было очевидно, что у кислот должны быть общие характерные черты.
Так, французский химик А. Л. Лавуазье считал, что все кислоты содержат кислород, что и отразил в названии этого элемента («рождающий кислоты», на латыни oxygenium).
Действительно, большинство известных в конце XVIII века кислот содержали кислород.
Однако вскоре было доказано, что в составе соляной кислоты кислорода нет. Это же оказалось справедливым для сероводородной, синильной и ряда других кислот. К 1830 году благодаря работам английского химика X. Дэви и немецких химиков И. Я. Берцелиуса и Ю. Либиха стало ясно, что общее для всех кислот не кислород, а атомы водорода, причём не любые, а только способные замещаться на атомы металлов.
Юстус Либих дал кислотам такое определение: это соединения водорода, в которых водород легко может быть замещён металлами.
Если бы Лавуазье это знал, возможно, он словом «кислород» назвал бы как раз водород, поскольку именно водород обязательно входит в состав любой кислоты.
Следует отметить, что в составе кислот могут быть атомы водорода, не способные к замещению на металлы.
Например, в уксусной кислоте С2Н4О2 из четырёх атомов водорода «кислым» является только один.
Такие кислоты называются одноосновными.
Чтобы подчеркнуть этот факт, формулу уксусной кислоты записывают так, чтобы «кислый» атом водорода стоял отдельно: СНХООН.
Эта формула иллюстрирует общее правило: «кислые» атомы водорода в большинстве случаев соединены с атомами кислорода.
Три атома водорода, соединённые в уксусной кислоте с атомом углерода, не являются «кислыми» (как и все четыре атома водорода в молекуле метана СН4, который кислотой не является). Другой пример — фосфорноватистая кислота Н3РО2.
Из трёх атомов водорода замещаться может только один, а значит, эта кислота одноосновная, и её формулу иногда записывают так: Н[Н2РО2]. А всё потому, что «кислый» атом водорода в этом веществе связан с атомом кислорода, тогда как остальные два — с атомами фосфора.
Пример двухосновной кислоты — серная кислота H2SО4, в которой «кислыми» являются оба атома водорода, и оба они могут замещаться на атомы металлов.
Фосфорная кислота Н3РО4 является трёхосновной и т. д. Такие кислоты, как серная (H2SО4), соляная (НС1), азотная (HNО3), относятся к сильным кислотам. Эти кислоты легко растворяют многие металлы (с некоторыми из них реакция идёт очень бурно), они быстро вступают в различные другие реакции.
Известно также множество слабых кислот, например борная Н3ВО3, угольная Н2СО3, сернистая H2SО3, которые с металлами реагируют крайне неохотно. К слабым относятся и большинство органических кислот.
Познакомимся с некоторыми кислотами.
Соляная кислота представляет собой водный раствор газа хлороводорода НС1. Этот газ очень хорошо растворяется в воде: при комнатной температуре в 1 л воды может раствориться до 450 л хлороводорода! Соляной эту кислоту назвали потому, что её натриевая соль NaCl — это обычная поваренная соль (химическое название — хлорид натрия).
Соляная кислота вырабатывается клетками желудка и потому содержится в желудочном соке; там она помогает пищеварению. При пониженной кислотности врачи могут рекомендовать выпивать перед едой до 2 мл 8%-го раствора соляной кислоты, разведённого в половине стакана воды.
Намного более опасна серная кислота. В чистом виде это тяжёлая маслянистая жидкость, способная обугливать органические соединения.
Если в химический стакан поместить тонко размолотый сахар (сахарную пудру), а потом смочить его неразбавленной серной кислотой, то смесь быстро почернеет, а потом из стакана полезет столб чёрного угля, вспененного выделяющимися газами.
При разбавлении концентрированной серной кислоты водой смесь сильно разогревается.