О едком и не очень

– Эти идиоты поместили фарфоровый контейнер со «студнем» в специальную камеру, предельно изолированную… То есть это они думали, что камера предельно изолирована, но когда они открыли контейнер манипуляторами, «студень» пошел через металл и пластик, как вода через промокашку, вырвался наружу, и все, с чем он соприкасался, превращалось опять же в «студень». Погибло тридцать пять человек, больше ста изувечено, а все здание лаборатории приведено в полную негодность. Вы там бывали когда-нибудь? Великолепное сооружение! А теперь «студень» стек в подвалы и нижние этажи… Вот вам и прелюдия к контакту.

— А. Стругацкий, Б. Стругацкий «Пикник на обочине»

Привет, %%username%!

В том, что я всё ещё что-то пишу — вините вот этого человека. Он навеял идею.

Просто, немного поразмыслив, я решил, что небольшой экскурс по едким веществам получится относительно быстро. Может кому-то будет и интересно. А кому-то — и полезно.

Поехали.

Сразу определимся с понятиями.

Едкий — 1. Разъедающий химически. 2. Резкий, вызывающий раздражение, боль. 3. Язвительный, колкий.

Ожегов С.И. Словарь русского языка. — М.: Рус.яз., 1990. — 921 с.

Итак, отбрасываем сразу два последних значения слова. Также отбрасываем «едкие» лакриматоры — которые не столько едкие, сколько вызывают слезотечение, и стерниты — которые вызывают кашель. Да, ниже будут вещества, которые обладают и этими свойствами, но они — что главное! — действительно разъедают материалы, а иногда и плоть.

Мы не будем рассматривать вещества, едкие только для человека и подобных — в виду специфического разрушения мембран клеток. А потому иприты останутся не у дел.

Мы будем рассматривать соединения, которые в комнатных условиях — жидкости. Поэтому жидкий кислород и азот, а также газы типа фтора рассматривать не будем, хотя их можно считать едкими, да.

Как обычно, взгляд будет исключительно субъективным, основанным на собственном опыте. И да — вполне возможно, что кого-то я и не упомню — пиши комментарии, %username%, в течение трёх суток с момента публикации я буду дополнять статью тем, что забылось с самого начала!

И да — у меня нет времени и сил строить «хит-парад», поэтому будет сборная солянка. И со всеми исключениями — она вышла довольно короткой.

Едкие щелочи

А конкретно — uидроксиды щелочных металлов: лития, натрия, калия, рубидия, цезия, франция, гидроксид таллия (I) и гидроксид бария. Но:

• Литий, цезий, рубидий и барий отбрасываем — дорого и редко встретишь
• Если ты, %username%, встретишь гидроксид франция, то едкость тебя будет волновать в последнюю очередь — он жутко радиоактивный
• То же и с таллием — он ядовит до жути.

А потому остались натрий и калий. Но будем откровенны — свойства у всех едких щелочей очень схожие.

Гидроксид натрия — как «каустическая сода» — известен всем. Гидроксид калия как пищевая добавка Е525 — тоже. По свойствам оба похожи: сильно гигроскопичны, то бишь тянут воду, на воздухе «расплываются». Хорошо растворяются в воде, при этом выделяется большое количество теплоты.

«Расплывание» на воздухе — по сути образование очень концентрированных растворов щелочей. А потому если положить кусочек едкой щёлочи на бумагу, кожу, некоторые металлы (тот же алюминий) — то по прошествии времени обнаружится, что материал хорошо подъело! То, что показывали в «Бойцовском клубе» — очень похоже на правду: действительно, потные руки — да в щёлочь — будет больно! Лично мне показалось больнее, чем от соляной кислоты (о ней ниже).

Впрочем, если руки очень сухие — скорее всего в именно сухой щёлочи ничего и не почувствуешь.

Едкие щёлочи отлично разваливают жиры на глицерин и соли жирных кислот — так и варят мыло (привет, «Бойцовский клуб!») Чуть дольше, но так же действенно расщепляются белки — то есть в принципе щёлочи плоть растворяют, особенно крепкие растворы — да при нагревании. Недостатком в сравнении с той же хлорной кислотой (о ней тоже ниже) является то, что все щёлочи тянут углекислый газ из атмосферы, а потому сила будет постепенно снижаться. Кроме того, щёлочи реагируют и с компонентами стекла — стекло мутнеет, хотя чтобы его всё растворить — тут, конечно, надо постараться.

К едким щелочам иногда относят и тетраалкиламмоний гидроксиды, например

Гидроксид тетраметиламмония

На самом деле в этих веществах объединились свойства катионных поверхностно-активных веществ (ну это как обычное мыло — только катионное: тут активная частица дифильная частица — с зарядом «+», а в мыле — с зарядом «-«) и относительно высокая основность. Если попадёт на руки — можно намылить в воде и помыть, как мылом, если в водном растворе погреть волосы, кожу или ногти — растворятся. «Едкость» на фоне гидроксидов натрия и калия — так себе.

Серная кислота

H2SO4
Самая популярная, наверное, во всех историях. Не самая едкая, но достаточно неприятная: концентрированная серная кислота (которая 98%) — маслянистая жидкость, которая очень любит воду, а потому у всех её отнимает. Отнимая воду у целлюлозы и сахара, обугливает их. Точно так же она радостно отнимет воду и у тебя, %username%, особенно если налить её на нежную кожу лица или в глаза (ну в глаза на самом деле всё будет попадать с приключениями). Особо добрые люди мешают серную кислоту с маслом, чтобы труднее смывалась и лучше впитывалась в кожу.

Кстати, забирая воду, серная кислота здоров разогревается, что ещё больше делает картину сочной. А потому смывать её водой — очень плохая идея. Лучше — маслом (смывать, а не втирать — а потом уже смыть водой). Ну или большим потоком воды, чтобы сразу и охлаждать.

«Сначала вода, а потом кислота — иначе случится большая беда!» — это именно про серную кислоту, хотя почему-то все считают, что про любую кислоту.

Будучи окислителем, серная кислота окисляет поверхность металлов до оксидов. А поскольку взаимодействие оксидов с кислотами проходит при участии воды как катализатора — а воду серная кислота не отдаёт — то происходит эффект, называемый пассивацией: плотная, нерастворимая и непроницаемая плёнка оксида металла защищает его от дальнейшего растворения.

По этому механизму концентрированную серную кислоту посылают в далёкие дали железо, алюминий. Примечательно, что если кислоту разбавить — появляется вода, и посылать не получается — металлы растворяются.

Кстати, оксид серы SO3 растворяется в серной кислоте и получается олеум — который иногда ошибочно пишут как H2S2O7, но это не совсем верно. У олеума тяга к воде ещё больше.

Собственные ощущения от попадания серной кислоты на руку: немного тепло, потом чуток печёт — смыл под краном, ничего страшного. Фильмам не верьте, но на лицо капать не советую.

Органики часто пользуются хромпиком или «хромовой смесью» — это бихромат калия растворённый в серной кислоте. По сути это — раствор хромовой кислоты, он хорош для мытья посуды от остатков органики. При попадании на руку тоже жжётся, но по сути — серная кислота плюс токсичный шестивалентный хром. Дырок в руке не дождёшься, разве что на одежде.

Автор этих строк знаком с идиотом, который вместо бихромата калия использовал перманганат калия. При контакте с органикой немножко жахнуло. Присутствующие обделались отделались лёгким испугом.

Соляная кислота

HCl
Выше 38% в воде не бывает. Одна из самых популярных кислот для растворения — в этом она покруче остальных, потому что технологически может быть очень чистой, а кроме действия, как кислота, ещё и образует комплексные хлориды, которые повышают растворимость. Кстати, именно по этой причине нерастворимый хлорид серебра очень даже растворим в концентрированной соляной кислоте.

Эта при попадании на кожу жжётся чуток сильнее, субъективно — ещё и зудит, к тому же воняет: если в лаборатории с плохой вытяжкой работать много с концентрированной соляной кислотой — твой стоматолог скажет тебе «спасибо»: ты его озолотишь на пломбах. Кстати, помогает жвачка. Но не сильно. Лучше — вытяжка.

Поскольку не маслянистая и с водой сильно не разогревается, то едкость — только к металлам, и то не ко всем. Кстати, сталь в концентрированной соляной кислоте пассивируется и говорит ей «не-а!». Чем и пользуются при транспортировке.

Азотная кислота

HNO3
Тоже очень популярная, её тоже почему-то боятся — а зря. Концентрированная — это которая до 70% — она самая популярная, выше — это «дымящая», чаще всего никому не нужная. Есть ещё безводная — так та ещё и взрывается.

Будучи окислителем, пассивирует многие металлы, которые покрываются нерастворимой плёнкой и говорят: «до свидания» — это хром, железо, алюминий, кобальт, никель и другие.

С кожей моментально реагирует по принципу ксантопротеиновой реакции — будет жёлтое пятно, что означает, что ты, %username%, всё-таки состоишь из белка! Через какое-то время жёлтая кожа слезет, как при ожоге. При этом щиплет меньше соляной, хотя воняет не хуже — и на этот раз токсичнее: летящие окислы азота не очень хороши для организма.

В химии используют так называемую «нитрующую смесь» — самая популярная состоит из серной и азотной кислот. Используется в синтезах, в частности в получении весёлого вещества — пироксилина. По едкости — тот же хромпик плюс красивая жёлтая кожа.

Так же есть «царская вода» — это часть азотной кислоты на три части соляной. Используется для растворения некоторых металлов, в основном — драгоценных. На разном соотношении и добавлении воды основан капельный метод проверки пробы золотых изделий — кстати, специалистов по этому методу очень сложно надурить с подделкой. По едкости для кожи — та же «нитрующая смесь» плюс воняет отменно, запах не спутаешь ни с чем, он тоже довольно токсичный.

Есть ещё «обратная царская водка» — когда соотношение наоборот, но это редкая специфика.

Фосфорная кислота

H3PO4
На самом деле я привёл формулу ортофосфорной кислоты — самой распространённой. А есть ещё метафосфорная, полифосфорные, ультрафосфорные — короче, хватает, но неважно.

Концентрированная ортофосфорная кислота (85%) — это такой сиропчик. Кислота она сама по себе средняя, её часто используют в пищевой промышленности, кстати — когда тебе ставят пломбы, то поверхность зуба предварительно протравливают фосфорной кислотой.

Коррозионность у неё так себе, но есть неприятный нюанс: этот сиропчик хорошо впитывается. Поэтому если капнет на вещи — впитается, а потом будет потихоньку разъедать. И если от азотной и соляной кислоты будет пятно или дырка — то от фосфорной вещь будет разлазиться, особенно это красочно на обуви, когда дырка как бы крошиться, пока не получится насквозь.

Ну а вообще едкой её назвать сложно.

Плавиковая кислота

HF
Концентрированная плавиковая кислота — это примерно 38%, хотя и бывают странные исключения.

Слабенькая кислота, которая берёт яростной любовью фторид-ионов образовывать стойкие комплексы со всем, с кем можно. Поэтому на удивление растворяет то, что другие, более сильные подруги — не могут, а потому очень часто используется в разных смесях для растворения. При попадании на руку ощущения будут больше от других компонентов таких смесей, но есть нюанс.

Плавиковая кислота растворяет SiO2. То есть песок. То есть стекло. То есть кварц. Ну и так далее. Нет, если ты плеснёшь на окно этой кислотой — оно не растворится, но мутное пятно останется. Чтобы растворить — нужно долго держать, а ещё лучше — нагреть. При растворении выделяется SiF4, который так полезен для здоровья, что лучше это делать под вытяжкой.

Маленький, но приятный нюанс: кремний содержится у тебя, %username%, в ногтях. Так вот, если плавиковая кислота попадёт под ногти — ты ничего не заметишь. Но ночью спать не сможешь — болеть будет ТАК, что иногда возникает желание оторвать палец. Поверь, друг — я знаю.

И вообще плавиковая кислота токсична, канцерогенна, впитывается через кожу и масса всего — но мы-то сегодня про едкость, правда?

Помнишь, мы договаривались в самом начале, что фтора не будет? Его и не будет. Но будут…

Фториды инертных газов

На самом деле фтор — суровый парень, с ним особо не повыпендриваешься, а потому некоторые инертные газы образуют с ним фториды. Известны такие стабильные фториды: KrF2, XeF2, XeF4, XeF6. Всё это — кристаллы, которые на воздухе с разной скоростью и охотой разлагаются влагой до плавиковой кислоты. Едкость — соответствующая.

Иодоводородная кислота

HI
Самая сильная (по степени диссоциации в воде) бинарная кислота. Сильный восстановитель, чем пользуются химики-органики. На воздухе окисляется и становится бурой, чем и пачкает при контакте. Ощущения при контакте — как от соляной. Всё.

Хлорная кислота

HClO4
Одна из самых сильных (по степени диссоциации в воде) кислот вообще (с ней конкурируют суперкислоты — о них ниже) — функция кислотности Гаммета (численное выражение способности среды быть донором протонов по отношению к произвольному основанию, чем меньше — тем сильнее кислота) составляет -13. Безводная — сильный окислитель, любит взрываться, да и вообще неустойчива. Концентрированная (70%-72%) — окислитель не хуже, часто используют в разложении биологических объектов. Разложение интересно и захватывающе тем, что может взрываться в процессе: нужно следить, чтобы не было частиц угля, чтобы не кипело слишком бурно и т.д. Хлорная кислота к тому же довольно грязная — её невозможно очистить субперегонкой, взрывается зараза! Поэтому используют её нечасто.

При попадании на кожу жжётся, ощущения как от соляной. Воняет. Когда видите в фильмах, что кто-то кинул труп в ёмкость с хлорной кислотой — и он растворился, то да, такое возможно — но долго или греть. Если греть — может рвануть (см. выше). Так что будьте критичны к кинематографу (я, кажется, видел это в «Кловерфилд, 10»).

Кстати, едкость оксида хлора (VII) Cl2O7 и оксида хлора (VI) Cl2O6 — это итог того, что с водой эти оксиды образуют хлорную кислоту.

А теперь представим, что мы решили в одном соединении объединить сильную кислотность — и едкость фтора: возьмём молекулу хлорной или серной кислоты — и заменим не ней все гидроксильные группы на фтор! Дрянь получится редкостная: она будет взаимодействовать с водой и подобными соединениями — и будет в месте реакции сразу получаться сильная кислота и плавиковая кислота. А?

Фториды серы, брома и иода

Помните мы договорились рассматривать только жидкости? По этой причине в нашу статью не попал трифторид хлора ClF3, который кипит при +12 °C, хотя все страшилки о том, что он жутко токсичен, воспламеняет стекло, противогаз и при разливании 900 килограммов — проедает 30 см бетона и метр гравия — всё это правда. Но мы же договорились — жидкости.

Однако есть жёлтая жидкость — пентафторид иода IF5, бесцветная жидкость — трифторид брома BrF3, светло-жёлтая — пентафторид брома BrF5, которые не хуже. BrF5, к примеру, тоже растворяет стекло, металлы и бетон.

Аналогично — среди всех фторидов серы жидким является только декафторид дисеры (иногда её называют ещё пятифтористой серой) — бесцветная жидкость с формулой S2F10. Но это соединение при обычных температурах достаточно стабильно, не разлагается водой — а потому не особо и едко. Правда, в 4 раза токсичнее фосгена с аналогичным механизмом действия.

Кстати, говорят, что пентафторид иода был «специальным газом» для заполнения атмосферы в спасательном шаттле в последних кадрах фильма «Чужой» 1979 года. Ну не помню, честно.

Суперкислоты

Термин «суперкислота» введён Джеймсом Конантом в 1927 году для классификации более сильных кислот, чем обычные минеральные кислоты. В некоторых источниках хлорную кислоту относят к суперкислоте, хотя это не так — она обычная минеральная.

Ряд суперкислот — это минеральные, к которым подцепили галоген: галоген тянет на себя электроны, все атомы очень сильно гневаются, а достаётся всё как обычно водороду: тот отваливается в виде Н+ — бабах: вот и кислота стала сильнее.

Примеры — фторсерная и хлорсерная кислоты


У фторсерной кислоты функция Гаммета -15,1, кстати, благодаря фтору, эта кислота постепенно растворяет пробирку, в которой хранится.

Потом кто-то из умных подумал: а давайте возьмём кислоту Льюиса (вещество, способное принять пару электронов другого вещества) и смешаем с кислой Бренстеда (веществом, которое способно отдавать протон)! Смешали пентафторид сурьмы с плавиковой кислотой — получили гексафторсурьмяную кислоту HSbF6. В этой системе плавиковая кислота выделяет протон (H+), а сопряжённое основание (F−) изолируется координационной связью с пентафторидом сурьмы. Так образуется большой октаэдрический анион (SbF6−), являющийся очень слабым нуклеофилом и очень слабым основанием. Став «свободным», протон обусловливает сверхкислотность системы — функция Гаммета -28!

А потом пришли другие и сказали, а чего это кислоту Бернстеда взяли слабую — и придумали вот что.

Тетрафторметансульфоновая кислота
— сама по себе уже суперкислота (функция Гаммета — 14,1). Так вот, к ней добавили опять пентафторид сурьмы — получили снижение до -16,8! Такой же фокус с фторсерной кислотой дал снижение до -23.

А потом группа ученых с химической кафедры американского университета Калифорнии под управлением профессора Кристофера Рида затусила с коллегами из Института катализа СО РАН (Новосибирск) и придумали карборановую кислоту H(CHB11Cl11). Ну «карборановой» её назвали для обычных людей, а если хочешь почувствовать себя учёным — произнеси «2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12-ундекахлор-1-карба-клозо-додекаборан(12)» три раза и быстро.

Так выглядит эта красотка

Это — сухой порошочек, который растворим в воде. Это и есть Самая Сильна Кислота на текущий момент. Карборановая кислота приблизительно в миллион раз сильнее концентрированной серной кислоты. В обычных шкалах измерить силу кислоты не удается, так как кислота протонирует все известные слабые основания и все растворители, в которых она растворяется, включая воду, бензол, фуллерен-60, диоксид серы.

Впоследствии Кристофер Рид в интервью службе новостей Nature сказал: «Идея синтеза карборановой кислоты родилась из фантазий «о молекулах, никогда прежде не создаваемых.» месте с коллегами он хочет использовать карборановую кислоту для окисления атомов инертного газа ксенона — просто потому, никто прежде этого не делал. Оригинально, что сказать.

Ну поскольку суперкислоты — это обычные кислоты, то и действуют они обычно, только немного сильнее. Ясно, что кожу будут жечь, но это не значит — что растворять. Фторсульфоновая — отдельный случай, но там всё благодаря фтору, как и в плавиковой.

Тригалогенуксусные кислоты

А конкретно — трифторуксусная и трихлоруксусная кислота



Милы и приятны сочетанием свойств органического полярного растворителя и достаточно сильной кислоты. Воняют — похоже на уксус.

Самая няшка — трифторуксусная кислота: 20%-ный раствор разрушает металлы, пробку, резину, бакелит, полиэтилен. На коже жжётся и образует сухие язвы, доходящие до мышечного слоя.

Трихлоруксусная в этом плане — младший брат, но тоже ничего. Кстати, аплодисменты слабому полу: в погоне за красотой, некоторые идут на так называемую процедуру ТСА-пилинга (ТСА — это TetraChloroAcetate) — когда этой самой тетрахлоруксусной кислотой растворяют верхний огрубевший слой кожи.

Правда, если косметолог заболтается по телефону, возможен фэйл

Ну вот примерно так, если говорить про жидкость и про едкость. Будут ещё дополнения?

Источник: habr.com