Matematika pro každého
Thiokyselina je kyslíkatá kyselina, ve které je jeden nebo více atomů kyslíku nahrazeno atomem síry. Náhradu vyjadřuje v názvu předpona thio-, a když se nahrazuje víc kyslíků, dostane číslovku: dithio- (2), trithio- (3), tetrathio- (4). Zbytek názvu i koncovka zůstávají stejné jako u výchozí kyseliny. Nejznámější je kyselina thiosírová:
`\begin{gathered} \text{kyselina sírová}\quad \ce{H2SO4} \\[6pt] \text{kyselina thiosírová}\quad \ce{H2S2O3} \end{gathered}`
Z kyseliny sírové zmizel jeden kyslík a na jeho místě je síra. Protože síra už v kyselině jednou je (jako centrální atom), obě síry se ve vzorci sečtou a píše se `\ce{H2S2O3}`, ne `\ce{H2SO3S}`.
Celé názvosloví thiokyselin tedy stojí na tom, co už znáte z kyslíkatých kyselin: nejdřív sestavíte obyčejnou kyselinu, pak v ní vyměníte tolik kyslíků, kolik říká předpona.
Zjednodušeně nakresleno: v kyselině thiosírové je jeden z kyslíků kyseliny sírové nahrazený sírou (červeně). Všechno ostatní, včetně dvou skupin OH, zůstává.
Co znamená předpona thio-
Slovo thio pochází z řeckého theion, síra. V chemickém názvosloví znamená vždy totéž: na místě kyslíku je síra. Počet vyměněných atomů říká řecká číslovka před ní:
| Předpona | Kolik O nahrazeno S | Příklad |
|---|---|---|
| thio- | 1 | kyselina thiosírová `\ce{H2S2O3}` |
| dithio- | 2 | kyselina dithiouhličitá `\ce{H2COS2}` |
| trithio- | 3 | kyselina trithiouhličitá `\ce{H2CS3}` |
| tetrathio- | 4 | kyselina tetrathioarseničná `\ce{H3AsS4}` |
Oxidační číslo centrálního atomu se náhradou nemění. Síra na místě kyslíku má stejně jako kyslík oxidační číslo −II, takže součet zůstane nulový a koncovka zůstane stejná: ve všech třech kyselinách uhličité, dithiouhličité a trithiouhličité má uhlík IV (koncovka -ičitá). Kdo si koncovky nepamatuje, najde je v tabulce koncovek oxidačních čísel.
Stejně se tvoří názvy, když kyslík nahradí jiný prvek ze 16. skupiny: předpona seleno- znamená selen místo kyslíku, telluro- tellur. Ve školních úlohách se ale téměř vždy setkáte jen se sírou.
Jak napsat vzorec thiokyseliny z názvu
Postup má tři kroky:
- Škrtněte předponu a napište vzorec výchozí kyseliny. Z kyseliny thiosírové se stane kyselina sírová `\ce{H2SO4}`.
- Podle předpony vyměňte kyslíky za síru: thio- jeden, dithio- dva, trithio- tři, tetrathio- čtyři.
- Když je centrálním atomem sama síra, sečtěte obě síry do jednoho symbolu.
Vzorec výchozí kyseliny se sestaví z oxidačního čísla: kyselina s lichým oxidačním číslem má obvykle jeden vodík, se sudým dva (uhličitá, sírová, molybdenová), výjimkou jsou třeba fosforečná a arseničná se třemi. Kyslíků je tolik, aby součet oxidačních čísel vyšel nula. Podrobně to rozebírá článek Názvosloví kyselin.
Příklad 1
Napište vzorec kyseliny thiosírové.
Výchozí je kyselina sírová. Koncovka -ová znamená oxidační číslo VI, vodíky jsou dva a kyslíků vyjde `(2 + 6) : 2 = 4`, tedy `\ce{H2SO4}`. Předpona thio- vymění jeden kyslík za síru: zbudou 3 kyslíky a přibude jedna síra.
`\ce{H2SO4} \ \longrightarrow\ \ce{H2SO3S} = \ce{H2S2O3}`
Kontrola oxidačních čísel: `2\cdot(+1) + 6 + (-2) + 3\cdot(-2) = 0`. Kyselina thiosírová je `\ce{H2S2O3}`.
Příklad 2
Napište vzorec kyseliny trithiouhličité.
Kyselina uhličitá je `\ce{H2CO3}` (uhlík IV, dva vodíky, `(2 + 4) : 2 = 3` kyslíky). Trithio- znamená tři výměny, a kyslíky jsou tam právě tři, takže se vymění všechny: `\ce{H2CS3}`. Kyselina dithiouhličitá by byla `\ce{H2COS2}` a thiouhličitá `\ce{H2CO2S}`.
Příklad 3
Napište vzorec kyseliny dithiofosforečné.
Kyselina fosforečná je `\ce{H3PO4}` (fosfor V, tři vodíky, `(3 + 5) : 2 = 4` kyslíky). Dithio- vymění dva z nich: `\ce{H3PO2S2}`. Kyslík se ve vzorci píše před síru, tak jako ve vzorcích `\ce{H2COS2}` nebo `\ce{H2MoO2S2}`.
Převod z názvu na vzorec umí i kalkulačka thiokyseliny, vzorec z názvu, která ukáže všechny tři kroky i s výchozí kyselinou.
Jak pojmenovat thiokyselinu ze vzorce
Opačný směr je stejně jednoduchý, jen se kroky obrátí. Všechny síry, které nejsou centrálním atomem, vraťte zpátky na kyslík, pojmenujte vzniklou kyselinu a počet vrácených atomů síry napište do předpony.
Příklad 4
Pojmenujte kyselinu `\ce{H3AsS4}`.
Centrálním atomem je arsen, všechny čtyři síry tedy stojí na místě kyslíku. Po vrácení dostaneme `\ce{H3AsO4}`. Oxidační číslo arsenu je `4\cdot 2 - 3 = 5`, koncovka -ičná, kyselina arseničná. Čtyři vrácené síry dávají předponu tetrathio-: kyselina tetrathioarseničná.
Protože arsen tvoří i kyselinu `\ce{HAsO3}` se stejným oxidačním číslem, systematický název počet vodíků uvádí: kyselina trihydrogentetrathioarseničná. Obě podoby jsou správně, jak se počet vodíků do názvu zapisuje, vysvětluje Názvosloví kyselin 2.
Příklad 5
Pojmenujte kyselinu `\ce{H2S2O3}`.
Tady je potřeba chvíli přemýšlet, protože síra hraje dvě role. Jedna síra je centrální atom, jen ta druhá nahrazuje kyslík. Vrátíme tedy jednu síru na kyslík: `\ce{H2S2O3} \to \ce{H2SO4}`, kyselina sírová. Jedna výměna je předpona thio-: kyselina thiosírová.
Obecné pravidlo: počet kyslíků výchozí kyseliny je počet O plus počet S kromě centrálního atomu. U `\ce{H2S2O3}` je to `3 + 1 = 4`. Stejný rozbor udělá kalkulačka název thiokyseliny ze vzorce.
Přehled nejčastějších thiokyselin
Tabulka ukazuje thiokyseliny, které se objevují v učebnicích a sbírkách, s výchozí kyselinou v závorce a s aniontem, od kterého se tvoří názvy solí.
| Thiokyselina | Aniont |
|---|---|
| kyselina thiosírová `\ce{H2S2O3}` (z `\ce{H2SO4}`) | thiosíran `\ce{S2O3^2-}` |
| kyselina thiosiřičitá `\ce{H2S2O2}` (z `\ce{H2SO3}`) | thiosiřičitan `\ce{S2O2^2-}` |
| kyselina thiouhličitá `\ce{H2CO2S}` (z `\ce{H2CO3}`) | thiouhličitan `\ce{CO2S^2-}` |
| kyselina dithiouhličitá `\ce{H2COS2}` (z `\ce{H2CO3}`) | dithiouhličitan `\ce{COS2^2-}` |
| kyselina trithiouhličitá `\ce{H2CS3}` (z `\ce{H2CO3}`) | trithiouhličitan `\ce{CS3^2-}` |
| kyselina dithiofosforečná `\ce{H3PO2S2}` (z `\ce{H3PO4}`) | dithiofosforečnan `\ce{PO2S2^3-}` |
| kyselina trithioarsenitá `\ce{H3AsS3}` (z `\ce{H3AsO3}`) | trithioarsenitan `\ce{AsS3^3-}` |
| kyselina tetrathioarseničná `\ce{H3AsS4}` (z `\ce{H3AsO4}`) | tetrathioarseničnan `\ce{AsS4^3-}` |
| kyselina tetrathioantimoničná `\ce{H3SbS4}` (z `\ce{H3SbO4}`) | tetrathioantimoničnan `\ce{SbS4^3-}` |
| kyselina dithiomolybdenová `\ce{H2MoO2S2}` (z `\ce{H2MoO4}`) | dithiomolybdenan `\ce{MoO2S2^2-}` |
| kyselina tetrathiomolybdenová `\ce{H2MoS4}` (z `\ce{H2MoO4}`) | tetrathiomolybdenan `\ce{MoS4^2-}` |
Kyselina thiosírová a thiosírany
Volná kyselina thiosírová `\ce{H2S2O3}` je nestálá a za běžných podmínek se rozkládá. V laboratoři i v praxi se proto potkáte hlavně s jejími solemi, thiosírany. Aniont se jmenuje stejně jako u solí kyseliny sírové, jen s předponou: `\ce{SO4^2-}` je síranový aniont, `\ce{S2O3^2-}` thiosíranový.
Nejdůležitější je thiosíran sodný `\ce{Na2S2O3}`. Používal se jako ustalovač v klasické fotografii, v analytické chemii se jím titruje jod (jodometrie) a v medicíně slouží jako protijed při otravě kyanidy. Ve škole ho uvidíte při pokusu s kyselinou: po okyselení roztok zbělá a zakalí se vyloučenou sírou, protože kyselina thiosírová, která na okamžik vznikne, se hned rozloží.
`\begin{gathered} \ce{Na2S2O3 + 2HCl ->} \\[6pt] \ce{2NaCl + S v + SO2 ^ + H2O} \end{gathered}`
Soli dalších thiokyselin se tvoří úplně stejně: z kyseliny trithiouhličité je trithiouhličitan, třeba `\ce{K2CS3}` trithiouhličitan draselný, z kyseliny tetrathioantimoničné tetrathioantimoničnan sodný `\ce{Na3SbS4}`. Postup je stejný jako v článku Názvosloví solí, jen aniont nese předponu. Oběma směry je převádí kalkulačka thiosoli, vzorec z názvu a název thiosoli ze vzorce.
Thio-, di-, peroxo-: co si neplést
Kyselina thiosírová má ve vzorci dvě síry, a proto se snadno splete s kyselinami, které mají dvě síry z jiného důvodu. Předpona vždy říká, co se s kyselinou sírovou stalo:
| Kyselina | Vzorec | Co předpona znamená |
|---|---|---|
| sírová | `\ce{H2SO4}` | výchozí kyselina |
| thiosírová | `\ce{H2S2O3}` | jeden kyslík nahrazen sírou |
| disírová | `\ce{H2S2O7}` | dvě molekuly `\ce{H2SO4}` spojené po odštěpení vody (polykyselina) |
| peroxosírová | `\ce{H2SO5}` | jeden kyslík nahrazen skupinou `{-}\mathrm{O}{-}\mathrm{O}{-}` |
| peroxodisírová | `\ce{H2S2O8}` | dvě skupiny `\ce{SO3H}` spojené můstkem `{-}\mathrm{O}{-}\mathrm{O}{-}` |
A úplně jinou látkou je sulfan (sirovodík) `\ce{H2S}`, bezkyslíkatá kyselina, která kyslík nemá vůbec. Jak se tvoří názvy bezkyslíkatých kyselin, ukazuje článek Dvojprvkové sloučeniny vodíku.
Předponu thio- najdete i jinde, vždy se stejným významem. Kyselina thiokyanatá `\ce{HSCN}` vznikne z kyseliny kyanaté `\ce{HOCN}` výměnou kyslíku za síru a její sůl thiokyanatan draselný `\ce{KSCN}` dává s ionty `\ce{Fe^3+}` krvavě červené zbarvení, podle kterého se železo dokazuje. V organické chemii je thiomočovina `\ce{CS(NH2)2}` močovina `\ce{CO(NH2)2}` se sírou místo kyslíku.
Časté chyby
- Dvě síry napsané zvlášť. `\ce{H2SO3S}` obsahuje stejné atomy jako `\ce{H2S2O3}`, ale stejný prvek se ve vzorci píše jen jednou. Kyselina thiosiřičitá je `\ce{H2S2O2}`, ne `\ce{H2SO2S}`.
- Změněná koncovka. Náhrada kyslíku sírou oxidační číslo centrálního atomu nemění. Z kyseliny sírové je thiosírová, ne „thiosiřičitá“: ta pochází z kyseliny siřičité `\ce{H2SO3}`.
- Síra přidaná místo vyměněné. Thio- neznamená „přidej síru“, ale „vyměň kyslík“. Kdo k `\ce{H2SO4}` přidá síru a nechá čtyři kyslíky, dostane `\ce{H2S2O4}`, což je úplně jiná kyselina (dithioničitá).
- Víc výměn, než je kyslíků. Kyselina uhličitá má jen tři kyslíky, takže „tetrathiouhličitá“ neexistuje. Trithio- je u ní maximum.
- Centrální síra započítaná do předpony. `\ce{H2S2O3}` má dvě síry, ale jen jedna z nich nahrazuje kyslík. Je to thiosírová, ne dithiosírová.
Příklady k procvičení
Zkuste si nejdřív každý příklad sami, řešení se ukáže po kliknutí. Další kyseliny na rychlé opakování najdete v procvičování názvosloví kyselin.
1. Napište vzorce: kyselina dithiouhličitá, kyselina thiosiřičitá.
Kyselina uhličitá je `\ce{H2CO3}`, dithio- vymění dva ze tří kyslíků: `\ce{H2COS2}`.
Kyselina siřičitá je `\ce{H2SO3}` (síra IV). Thio- vymění jeden kyslík, a protože centrálním atomem je síra, obě síry se sečtou: `\ce{H2S2O2}`, ne `\ce{H2SO2S}`.
2. Pojmenujte kyseliny `\ce{H3PO2S2}` a `\ce{H2MoO2S2}`.
`\ce{H3PO2S2}`: po vrácení obou atomů síry na kyslík `\ce{H3PO4}`, kyselina fosforečná. Dvě výměny, kyselina dithiofosforečná (systematicky trihydrogendithiofosforečná).
`\ce{H2MoO2S2}`: po vrácení `\ce{H2MoO4}`, molybden má `4\cdot 2 - 2 = 6`, kyselina molybdenová. Dvě výměny, kyselina dithiomolybdenová.
3. Pojmenujte kyselinu `\ce{H2CS3}` a napište vzorec její draselné soli.
Uhlík je centrální atom, všechny tři síry nahrazují kyslík: `\ce{H2CO3}`, kyselina uhličitá, tedy kyselina trithiouhličitá.
Kyselina odevzdá oba vodíky, aniont `\ce{CS3^2-}` má náboj 2−, na něj připadají dva draselné kationty: `\ce{K2CS3}`, trithiouhličitan draselný.
4. Kolik kyslíků a kolik atomů síry má kyselina tetrathioantimoničná? Antimon v ní má oxidační číslo V a kyselina má tři vodíky.
Výchozí kyselina antimoničná má `(3 + 5) : 2 = 4` kyslíky, `\ce{H3SbO4}`. Tetrathio- vymění všechny čtyři.
`\ce{H3SbS4}`: žádný kyslík, čtyři atomy síry. Kontrola: `3\cdot(+1) + 5 + 4\cdot(-2) = 0`.
5. Spolužák napsal, že `\ce{H2S2O3}` je kyselina dithiosírová, protože má dvě síry. Má pravdu?
Nemá. Jedna síra je centrální atom, ta by ve vzorci byla i bez náhrady. Kyslík nahrazuje jen druhá: vrácením dostaneme `\ce{H2SO4}` a jedinou výměnu.
Je to kyselina thiosírová. Kyselina dithiosírová by měla vyměněné dva kyslíky, `\ce{H2S3O2}`.
6. Při pokusu okyselíte kyselinou chlorovodíkovou roztok, ve kterém je rozpuštěno 15,81 g thiosíranu sodného. (a) Napište vzorec thiosíranu sodného. (b) Kolik gramů síry se vyloučí, když thiosíran zreaguje celý podle rovnice uvedené výše v článku?
(a) Thiosíranový aniont `\ce{S2O3^2-}` má náboj 2−, sodík I, takže `\ce{Na2S2O3}`.
(b) Molární hmotnost thiosíranu sodného:
`\begin{aligned} M(\ce{Na2S2O3}) &= 2\cdot 22{,}99 + 2\cdot 32{,}06 \\ &\quad + 3\cdot 16{,}00 \\[4pt] &= 158{,}10\ \mathrm{g/mol} \end{aligned}`
`n = \dfrac{15{,}81}{158{,}10} = 0{,}100\ \mathrm{mol}`
Z rovnice vznikne z jednoho molu thiosíranu jeden mol síry:
`m(\ce{S}) = 0{,}100\cdot 32{,}06 \doteq 3{,}21\ \mathrm{g}`
Vyloučí se asi 3,2 g síry. Kontrola: obě síry dohromady tvoří `64{,}12 : 158{,}10`, tedy asi 41 % hmotnosti thiosíranu. Vyloučí se jen jedna z nich, tedy asi 20 %, a 20 % z 15,81 g jsou asi 3,2 g.
Kam dál
- Thiokyseliny, vzorec z názvu a název thiokyseliny ze vzorce: převod oběma směry i s postupem.
- Thiosoli: thiosíran sodný, trithiouhličitan a další soli thiokyselin.
- Názvosloví kyselin pro obyčejné kyslíkaté kyseliny a určení oxidačního čísla ve vzorci.
- Procvičování: názvosloví kyselin a názvosloví solí.
- Články: Názvosloví kyselin, Názvosloví kyselin 2, Názvosloví solí a Názvosloví oxidů.