Қышқылдар

Қышқылдар – құрамында металға алмаса алатын сутектің бір немесе бірнеше атомы бар және суда ерігенде сутек иондарын Н+ түзетін химиялық қосылыстар. 17 ғ-да неміс химигі И.П. Глаубер (1604 – 1670) тұз І-ы мен азот І-ын өздерінің тұздарынан алып, І-ды 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 І. 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. І-ды қатты күйдегі кристалл түрінде бөліп алды. Көмір І-ын ағылшын химигі Дж. Б. Пристли (1894 – 1984) көмір қышқыл газын суға еріту арқылы алды. 18 ғ-дың соңына қарай оннан астам І. бөлініп алынды. Ол кездері І-ға суда еритін қышқыл дәмі бар лакмус индикаторының түсін қызылға бояйтын заттар жатқызылды. І-дың хим. құрамы кейіннен оттек және сутек газдары ашылғаннан соң барып айқындала бастады. Француз химигі А.Л. Лавуазье құрамы оттекпен байланысқан І-ды зерттеген. Алайда құрамында оттексіз І. да болатыны тәжірибе жүзінде анықталды. Сондықтан, І. оттекті және оттексіз деп екі үлкен топқа бөлінеді. І-дың табиғатын зерттеу 1838 ж. неміс химигі Ю.Либих (1803 – 1873) ұсынған І-дың сутекті теориясынан басталды. Ол І. деп құрамында металға орнын беретін сутек бар қосылыстарды, ал швед физик-химигі С.А. Аррениус (1859 – 1927) І. деп суда өзінен сутек катионын бөлетін заттарды атады. Д.И. Менделеев суда еритін заттардың онымен хим. 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. Мыс., тұз қышқылы дегеніміз газ күйіндегі хлорсутектің суда әрі еріп, әрі гидраттанған екі ионы: НСlН2О=Н3О+Cl–. І-дың судағы ерітіндісінде түзілетін оксоний иондарының мөлшері басым болса (диссоциациялану дәрежесі жоғары болса), ол күшті І. қатарына жатады. Сұйық ерітінділерінде І-дың диссоциациялану дәрежесі 3%-ға дейін – әлсіз, ал 3 – 30%-ға дейінгісі – орташа, 30%-дан асса – күшті І. деп аталады. І. металдар орнын баса алатын сутек атомының санына қарай бірнегізді қышқылдар және көп негізді қышқылдар болып бөлінеді. 1915 ж. АІШ ғалымы Франклин судан басқа еріткіштерде түзілетін І-дың 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 ж. дат химигі И.Н. Бренстед (1879 – 1947) өзінің протондық теориясында І-ға 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 АІШ ғалымы Г.Н. Льюис (1875 – 1946) жариялаған электрондық теориясында І. деп өзіне электрон жұбын қосып алуға қабілетті бөлшектерді атады. Қышқылдың сутек катионы (Н+) акцептор қызметін атқарды. Кешенді қосылыстардың түзілуін сипаттайтын акцептор І-ына басқа да металл катиондары жатады (мыс., Cu2+, Fe3+, Zn2+, Hg2+, т.б.). 1939 ж. І-дың жалпылама теориясын қазақстандық ғалым, акад. М.И. Усанович ұсынды. Оның пікірінше І. 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 І. қызметін атқарады. Зерттеулер нәтижесінде І-дың өзіндік ерекшеліктерін айқындауға қол жеткізілді. Мыс., 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, органик. заттар, т.б. заттардың болуында. Қоқырлы қышқыл фосфор тұздарын, сонымен қатар, натрий триполифосфатын алу кезінде қолданылады. І. жылына мыңдаған, миллиондаған тоннамен шығарылып, шаруашылықтың көптеген салаларында, техника мен ғылымда кеңінен қолданылады. Қазақстанда фосфор, күкірт қышқылдары көп мөлшерде өндіріледі. Күкірт І-ы Жезқазған, Балқаш, Өскемен, т.б. қалалардағы өндірістік цехтарда түсті металдардың құрамындағы күкірттен алынады. Бор қышқылы Бат. 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 І-да ерітуге жұмсалады. Күкірт қышқылы хим. материалдардың ішіндегі ең көп қолданылатын зат, оның қатысуы нәтижесінде көптеген басқа І. 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 қ-ндағы фосфор өңдейтін з-ттарда 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 хим. процестерді жүргізуге болады. Әдеб.: Бірімжанов Б.А., Нұрахметов Н.Н., Жалпы химия, А., 1993; Нұрахметов Н.Н., Қышқылдық-негіздік әрекеттесу теориялары, А., 1998; Мартыненко Б.В., Химия: кислоты и основания, М., 2003. Н. Нұрахметов  

Қышқылдар – құрамында металға алмаса алатын сутектің бір немесе бірнеше атомы бар және суда ерігенде сутек иондарын Н+ түзетін химиялық қосылыстар. 17 ғ-да неміс химигі И.П. Глаубер (1604 – 1670) тұз І-ы мен азот І-ын өздерінің тұздарынан алып, І-ды 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 І. 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. І-ды қатты күйдегі кристалл түрінде бөліп алды. Көмір І-ын ағылшын химигі Дж. Б. Пристли (1894 – 1984) көмір қышқыл газын суға еріту арқылы алды. 18 ғ-дың соңына қарай оннан астам І. бөлініп алынды. Ол кездері І-ға суда еритін қышқыл дәмі бар лакмус индикаторының түсін қызылға бояйтын заттар жатқызылды. І-дың хим. құрамы кейіннен оттек және сутек газдары ашылғаннан соң барып айқындала бастады. Француз химигі А.Л. Лавуазье құрамы оттекпен байланысқан І-ды зерттеген. Алайда құрамында оттексіз І. да болатыны тәжірибе жүзінде анықталды. Сондықтан, І. оттекті және оттексіз деп екі үлкен топқа бөлінеді. І-дың табиғатын зерттеу 1838 ж. неміс химигі Ю.Либих (1803 – 1873) ұсынған І-дың сутекті теориясынан басталды. Ол І. деп құрамында металға орнын беретін сутек бар қосылыстарды, ал швед физик-химигі С.А. Аррениус (1859 – 1927) І. деп суда өзінен сутек катионын бөлетін заттарды атады. Д.И. Менделеев суда еритін заттардың онымен хим. 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. Мыс., тұз қышқылы дегеніміз газ күйіндегі хлорсутектің суда әрі еріп, әрі гидраттанған екі ионы: НСlН2О=Н3О+Cl–. І-дың судағы ерітіндісінде түзілетін оксоний иондарының мөлшері басым болса (диссоциациялану дәрежесі жоғары болса), ол күшті І. қатарына жатады. Сұйық ерітінділерінде І-дың диссоциациялану дәрежесі 3%-ға дейін – әлсіз, ал 3 – 30%-ға дейінгісі – орташа, 30%-дан асса – күшті І. деп аталады. І. металдар орнын баса алатын сутек атомының санына қарай бірнегізді қышқылдар және көп негізді қышқылдар болып бөлінеді. 1915 ж. АІШ ғалымы Франклин судан басқа еріткіштерде түзілетін І-дың 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 ж. дат химигі И.Н. Бренстед (1879 – 1947) өзінің протондық теориясында І-ға 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 АІШ ғалымы Г.Н. Льюис (1875 – 1946) жариялаған электрондық теориясында І. деп өзіне электрон жұбын қосып алуға қабілетті бөлшектерді атады. Қышқылдың сутек катионы (Н+) акцептор қызметін атқарды. Кешенді қосылыстардың түзілуін сипаттайтын акцептор І-ына басқа да металл катиондары жатады (мыс., Cu2+, Fe3+, Zn2+, Hg2+, т.б.). 1939 ж. І-дың жалпылама теориясын қазақстандық ғалым, акад. М.И. Усанович ұсынды. Оның пікірінше І. 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 І. қызметін атқарады. Зерттеулер нәтижесінде І-дың өзіндік ерекшеліктерін айқындауға қол жеткізілді. Мыс., 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, органик. заттар, т.б. заттардың болуында. Қоқырлы қышқыл фосфор тұздарын, сонымен қатар, натрий триполифосфатын алу кезінде қолданылады. І. жылына мыңдаған, миллиондаған тоннамен шығарылып, шаруашылықтың көптеген салаларында, техника мен ғылымда кеңінен қолданылады. Қазақстанда фосфор, күкірт қышқылдары көп мөлшерде өндіріледі. Күкірт І-ы Жезқазған, Балқаш, Өскемен, т.б. қалалардағы өндірістік цехтарда түсті металдардың құрамындағы күкірттен алынады. Бор қышқылы Бат. 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 І-да ерітуге жұмсалады. Күкірт қышқылы хим. материалдардың ішіндегі ең көп қолданылатын зат, оның қатысуы нәтижесінде көптеген басқа І. 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 қ-ндағы фосфор өңдейтін з-ттарда 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 хим. процестерді жүргізуге болады.

Әдеб.: Бірімжанов Б.А., Нұрахметов Н.Н., Жалпы химия, А., 1993; Нұрахметов Н.Н., Қышқылдық-негіздік әрекеттесу теориялары, А., 1998; Мартыненко Б.В., Химия: кислоты и основания, М., 2003.

Н. Нұрахметов