الأحماض المؤكسدة: خصائص عامة
تُصنف الأحماض المؤكسدة وتشمل حمض النيترك HNO₃ بجميع تراكيزه وحمض الكبريتيك المركز H₂SO₄. وتكمن ميزتها في أن خواصها المؤكسدة لا تُحددها كاتيونات الهيدروجين، بل العنصر المكون للحامض في أعلى حالة أكسدة له (N⁺⁵، S⁺⁶).
الفروق الجوهرية عن الأحماض العادية:
- تتفاعل مع الفلزات بغض النظر عن موقعها في متسلسلة النشاط الكيميائي، بما في ذلك الفلزات التي تقع على يمين الهيدروجين (Cu، Ag، Hg)؛
- لا يتصاعد الهيدروجين في التفاعلات مع الفلزات؛ وبدلًا من ذلك يتشكل ناتج اختزال العنصر المركزي للحمض;
- قادرة على أكسدة اللافلزات (S، P، C، I₂)، الأحماض الهيدروجينية (HBr، HI) وعدد من الأملاح (الكبريتيدات، البروميدات، اليوديدات).
تفاعلات H₂SO₄ المركز مع الفلزات
ناتج اختزال الكبريت يعتمد على نشاط الفلز. كلما كان الفلز أكثر نشاطاً، كلما اكتساب ذرة الكبريت (S⁺⁶) إلكترونات أكثر:
- الفلزات النشطة (القلوية، القلوية الترابية، Mg، Zn بزيادة) ← H₂S (S⁻²)، انتقال 8 إلكترونات؛
- الفلزات متوسطة النشاط (Zn، Fe، Cr، إلخ) ← S (S⁰)، انتقال 6 إلكترونات؛
- الفلزات ضعيفة النشاط (Cu، Ag، Hg) ← SO₂ (S⁺⁴)، انتقال إلكترونين.
هام: سلوك H₂SO₄ المخفف يشبه الحمض العادي — فهو يتفاعل فقط مع الفلزات التي تقع على يمين الهيدروجين مع تصاعد H₂. وفي البرودة، يعمل H₂SO₄ المركز على تخميد (تخميل) Fe، Al، Cr.
تفاعلات HNO₃ مع الفلزات
يُحدد ناتج اختزال النيتروجين بعاملين: نشاط الفلز وتركيز الحمض. كلما كان الفلز أكثر نشاطاً والحمض أكثر تخفيفاً، كلما كان اختزال النيتروجين أعمق (المنطق: عند التخفيف تقل جزيئات HNO₃ "المتنافسة"، لذلك يحصل كل منها على إلكترونات أكثر).
- HNO₃ المخفف + فلز نشط ← NH₄NO₃ (N⁻³)، انتقال 8 إلكترونات؛
- HNO₃ المخفف + فلز متوسط النشاط ← NO (N⁺²)؛
- HNO₃ المخفف + فلز ضعيفة النشاط ← NO (N⁺²)، انتقال 3 إلكترونات؛
- HNO₃ المركز + فلز نشط ← N₂O (N⁺¹)؛
- HNO₃ المركز + فلز ضعيفة النشاط ← NO₂ (N⁺⁴)، انتقال إلكترون واحد.
يعمل HNO₃ المركز في البرودة على تخميد Fe، Al، Cr، Ni؛ ولا يتفاعل مع Au وPt (بينما يُذيبهما "الماء الملكي").
التفاعل مع اللافلزات
الأحماض المؤكسدة قادرة على أكسدة S، P، C، I₂. وعادةً ما ينتقل اللافلز إلى أعلى حالة أكسدة له:
- S → H₂SO₄ (S⁺⁶);
- P → H₃PO₄ (P⁺⁵);
- C → CO₂ (C⁺⁴);
- I₂ → HIO₃ (I⁺⁵، وليس إلى الحد الأقصى +7).
نواتج الاختزال قياسية: بالنسبة لـ HNO₃ المركز — NO₂، وللمخفف — NO، ولـ H₂SO₄ المركز — SO₂.
استثناء: تفاعل H₂SO₄ المركز مع الكبريت يعتبر تفاعل تأكسد واختزال ذاتي (تتناسب معا) ، ونتيجته غاز SO₂ وحيد (لا يتكون H₂SO₄، وإلا لعاد التفاعل إلى اليسار): S + 2H₂SO₄(конц) → 3SO₂ + 2H₂O.
التفاعلات مع الأحماض الهيدروجينية والأملاح
تؤكسد الأحماض المؤكسدة HI وHBr (ولكن ليس HCl وHF). وهنا يظهر بوضوح الفارق في القوة المؤكسدة:
- مع HI يُعطي H₂SO₄ المركز I₂، H₂S وH₂O — انتقال 8 إلكترونات إلى الكبريت؛
- مع HI يُعطي HNO₃ المركز I₂ وNO₂ — انتقال إلكترون واحد إلى النيتروجين؛
- مع HBr تسير التفاعلات وفق مخطط مماثل، لكن اختزال الكبريت يصل فقط إلى SO₂ (البروم عامل مختزل أضعف من اليود).
مع أملاح هاليدات الهيدروجين (KBr، KI) تتكون المادة البسيطة (Br₂، I₂)، ملح حمضي (KHSO₄ أو KNO₃) وناتج اختزال الحمض مع الماء.
التفاعلات مع "الكبريتيدات السوداء"
توجد أربعة كبريتيدات سوداء غير قابلة للذوبان: CuS، PbS، HgS، Ag₂S. وهي تتفاعل حصرياً مع HNO₃ المركز وفق مخطط خاص: يتحول الفلز إلى نترات، وتتأكسد الكبريتات فوراً إلى S⁺⁶ (على هيئة H₂SO₄)، بينما يختزل النيتروجين فقط إلى NO₂ (يكتسب إلكتروناً واحداً):
MeS + HNO₃(конц) → Me(NO₃)ₙ + H₂SO₄ + NO₂ + H₂O.
خاصية التفاعل: الكبريتيد غير ذوبان، والحمض مركز، لذلك لا يحدث اختزال عميق للنيتروجين، في المقابل تتأكسد الكبريت إلى أقصى حد — بمقدار 8 إلكترونات.
النقاط الرئيسية
- الأحماض المؤكسدة: HNO₃ بجميع تراكيزه وH₂SO₄ المركز حصراً.
- في التفاعلات مع الفلزات لا يتصاعد الهيدروجين — بل يتشكل ناتج اختزال N أو S.
- بالنسبة لـ H₂SO₄ (المركز): الفلزات النشطة ← H₂S، المتوسطة ← S، الضعيفة ← SO₂.
- بالنسبة لـ HNO₃: كلما كان الفلز أكثر نشاطاً والحمض أكثر تخفيفاً، كلما كان اختزال النيتروجين أعمق (من NO₂ إلى NH₄NO₃).
- HNO₃ وH₂SO₄ المركزان يخمدان Fe، Al، Cr في البرودة.
- اللافلزات (S، P، C، I₂) تأكسد إلى أعلى حالة أكسدة؛ والاستثناء — تفاعل H₂SO₄ المركز مع الكبريت يعطي SO₂ فقط.
- الكبريتيدات السوداء CuS، PbS، HgS، Ag₂S تؤكسد بـ HNO₃ المركز مع تحويل الكبريت إلى H₂SO₄ وتصاعد NO₂.
- HCl وHF لا تأكسد بالأحماض المؤكسدة؛ بينما HBr وHI تأكسد، علماً أن اليود عامل مختزل أقوى.