Matematika pro každého
Kyselina pentahydrogenjodistá má vzorec `\ce{H5IO6}`: pět atomů vodíku (penta = 5, hydrogen = vodík), jeden atom jodu s oxidačním číslem VII a šest atomů kyslíku. Kyselina trihydrogenjodistá je `\ce{H3IO5}` a obyčejná kyselina jodistá `\ce{HIO4}`. Ve všech třech je jod VII, proto mají všechny stejnou koncovku -istá a liší se jen číslovkou před slovem hydrogen.
`\begin{gathered} \ce{HIO4}\quad \text{kyselina jodistá} \\[4pt] \ce{H3IO5}\quad \text{kyselina trihydrogenjodistá} \\[4pt] \ce{H5IO6}\quad \text{kyselina pentahydrogenjodistá} \end{gathered}`
Koncovka názvu říká jen oxidační číslo centrálního atomu. Většině prvků to stačí, protože pro dané oxidační číslo tvoří jedinou kyselinu (sírová je vždy `\ce{H2SO4}`, dusičná vždy `\ce{HNO3}`). Jod, tellur, křemík, fosfor nebo bor ale tvoří při stejném oxidačním čísle víc kyselin, které se liší počtem vodíků a kyslíků. Aby bylo jasné, která je která, napíše se počet vodíků do názvu. Základy názvosloví kyselin, koncovky a pravidlo liché/sudé vysvětluje článek Názvosloví kyselin; tady na něj navážeme.
Číslovkové předpony a slovo hydrogen
Počet vodíků se v názvu vyjádří číslovkovou předponou a slovem hydrogen (z latinského hydrogenium, vodík). Obojí se píše dohromady s přídavným jménem, jedním slovem: kyselina trihydrogenjodistá, kyselina tetrahydrogenkřemičitá. Číslovky jsou stejné jako všude jinde v chemickém názvosloví:
mono 1, di 2, tri 3, tetra 4, penta 5, hexa 6, hepta 7, okta 8, nona 9, deka 10.
U kyselin se vystačí s čísly do šesti. Pro jeden vodík se mono nepíše: `\ce{HPO3}` je kyselina hydrogenfosforečná, ne monohydrogenfosforečná. Stejně se tvoří názvy hydrogensolí, třeba hydrogenuhličitan sodný.
Tvary se liší o molekulu vody
Když ke kyselině jodisté přidáme molekulu vody, dostaneme kyselinu trihydrogenjodistou, a když přidáme další, pentahydrogenjodistou:
`\begin{gathered} \ce{HIO4 + H2O -> H3IO5} \\[4pt] \ce{H3IO5 + H2O -> H5IO6} \end{gathered}`
Molekula vody přidá dva vodíky a jeden kyslík, tedy kladný náboj +2 a záporný −2. Oxidační číslo jodu se proto nezmění, ve všech třech tvarech vyjde VII. Plynou z toho dvě věci, které se hodí při kontrole:
- Počet vodíků stoupá po dvou. U jodu VII jsou to 1, 3 a 5 vodíků, u telluru VI 2, 4 a 6. Kyselina tetrahydrogenjodistá neexistuje: s jodem VII by potřebovala `(4+7):2=5{,}5` kyslíku.
- Vodíků je víc, ale kyselina není silnější. Pentahydrogenjodistá je dokonce slabší než jodistá. Síla kyseliny záleží na tom, kolik kyslíků zbývá bez vodíku, podrobně to rozebírá článek Kyslíkaté kyseliny.
Proč to umí zrovna jod a ne chlor? Ve strukturním vzorci sedí každý vodík na vlastním kyslíku (skupina OH) a všechny kyslíky jsou navázané na centrální atom. Velký atom jodu jich kolem sebe udrží šest, malý chlor nejvýš čtyři. Proto existuje `\ce{H5IO6}`, ale kyselina pentahydrogenchloristá ne.
Na obrázku je vidět, co číslovka v názvu počítá: kyselina pentahydrogenjodistá má pět skupin OH, hexahydrogentellurová šest. Starší učebnice místo číslovek používají předpony ortho- pro tvar s nejvíce vodíky (`\ce{H5IO6}` kyselina orthojodistá) a meta- pro tvar s nejméně vodíky (`\ce{HIO4}` kyselina metajodistá).
Jak z názvu napsat vzorec
Postup je stejný jako u ostatních kyslíkatých kyselin, jen počet vodíků nehádáme podle pravidla, ale přečteme ho z názvu:
- Z koncovky určete oxidační číslo centrálního atomu (-istá VII, -ová VI, -ičná V, -ičitá IV, -itá III).
- Z číslovky před slovem hydrogen přečtěte počet vodíků. Když v názvu žádná není, platí pravidlo: liché oxidační číslo jeden vodík, sudé dva (u fosforu, arsenu a boru tři).
- Kyslíků je polovina součtu vodíků a oxidačního čísla.
Příklad 1: kyselina pentahydrogenjodistá
Koncovka -istá znamená jod VII, penta znamená pět vodíků. Kyslíků je `(5+7):2=6`, takže vzorec je `\ce{H5IO6}`.
`\begin{gathered} \mathrm{H}^{\mathrm{I}}_{5}\,\mathrm{I}^{\mathrm{VII}}\,\mathrm{O}^{-\mathrm{II}}_{6} \\[4pt] 5\cdot(+1)+7+6\cdot(-2)=0 \end{gathered}`
Kontrola vyšla na nulu, vzorec je v pořádku.
Příklad 2: kyselina trihydrogenjodistá
Jod VII, tři vodíky, kyslíků `(3+7):2=5`. Vzorec je `\ce{H3IO5}`, kontrola `3+7-10=0`.
Příklad 3: kyselina hexahydrogentellurová
Koncovka -ová znamená tellur VI, hexa šest vodíků. Kyslíků je `(6+6):2=6`, vzorec `\ce{H6TeO6}`. Tady jsou kyslíky i vodíky po šesti a všechny kyslíky nesou vodík, jak ukazuje obrázek výše.
Všechny tvary jedné kyseliny vypíše naráz kalkulačka hydrogenkyselin: zadáte „kyselina jodistá“ a dostanete `\ce{HIO4}`, `\ce{H3IO5}` i `\ce{H5IO6}` s názvy.
Jak ze vzorce určit název
Oxidační číslo centrálního atomu se spočítá stejně jako u každé kyslíkaté kyseliny s jedním centrálním atomem: dvakrát počet kyslíků minus počet vodíků.
`\text{oxidační číslo} = 2\cdot \text{kyslíky} - \text{vodíky}`
Z oxidačního čísla je koncovka. Pak porovnáte počet vodíků se základním tvarem, tedy s tím, který dává pravidlo liché/sudé. Když se liší, patří do názvu číslovka s hydrogen.
Příklad 4: `\ce{H3IO5}`
Oxidační číslo jodu je `2\cdot 5-3=7`, koncovka -istá. Základní tvar kyseliny jodisté `\ce{HIO4}` má jeden vodík, tady jsou tři. Název je kyselina trihydrogenjodistá.
Příklad 5: `\ce{H4SiO4}`
Křemík: `2\cdot 4-4=4`, tedy IV a koncovka -ičitá. Podle pravidla má sudé oxidační číslo dva vodíky, základní tvar je `\ce{H2SiO3}`. Tady jsou čtyři, název je kyselina tetrahydrogenkřemičitá.
Příklad 6: `\ce{HPO3}`
Fosfor: `2\cdot 3-1=5`, koncovka -ičná. Běžná kyselina fosforečná je ale `\ce{H3PO4}` se třemi vodíky, tak se ve škole učí. Tvar s jedním vodíkem se proto jmenuje kyselina hydrogenfosforečná.
Název ze vzorce i s předponou hydrogen- a celým postupem vypíše převod vzorce kyseliny na název. Je určený pro thiokyseliny, ale stejně dobře si poradí s `\ce{H5IO6}` nebo `\ce{H4SiO4}`, kde žádná síra není.
Kdy se počet vodíků píše a kdy ne
Kyseliny, které mají při daném oxidačním čísle jediný tvar, se píšou bez předpony: kyselina sírová, dusičná, chloristá. Předponu hydrogen dostávají jen tvary, jejichž počet vodíků se od základního liší. U fosforečné a borité je základní tvar ten se třemi vodíky, protože ten se běžně používá, takže `\ce{H3PO4}` je prostě kyselina fosforečná. Kdo chce mít název úplně jednoznačný, může napsat i kyselina trihydrogenfosforečná, chyba to není.
Pozor na kyselinu jodistou. Podle pravidla patří název kyselina jodistá tvaru `\ce{HIO4}` a tak ji uvádí i kalkulačky na tomto webu. Látka, která se prodává v lahvičce s nápisem kyselina jodistá, je ale ve skutečnosti `\ce{H5IO6}`, bílé krystaly. `\ce{HIO4}` z ní vznikne až zahřátím ve vakuu, kdy ztratí dvě molekuly vody. Proto u jodu, kde na tom záleží, pište počet vodíků vždy: kyselina pentahydrogenjodistá, nebo kyselina hydrogenjodistá pro `\ce{HIO4}`.
Přehled kyselin s více tvary
Tyto dvojice a trojice se objevují ve středoškolských učebnicích a sbírkách. Všechny tvary vypočítala kalkulačka hydrogenkyselin; tučně jsou vyznačené látky, se kterými se opravdu pracuje.
| Vzorec | Kyselina | Poznámka |
|---|---|---|
| jod VII | ||
| `\ce{HIO4}` | jodistá | vzniká zahřátím `\ce{H5IO6}` ve vakuu |
| `\ce{H3IO5}` | trihydrogenjodistá | jen na papíře, ve škole jako cvičení |
| `\ce{H5IO6}` | pentahydrogenjodistá | skutečná látka, bílé krystaly |
| tellur VI | ||
| `\ce{H2TeO4}` | tellurová | tvar podle pravidla |
| `\ce{H4TeO5}` | tetrahydrogentellurová | jen na papíře, ve škole jako cvičení |
| `\ce{H6TeO6}` | hexahydrogentellurová | skutečná látka, bílé krystaly |
| křemík IV | ||
| `\ce{H2SiO3}` | křemičitá | tvar podle pravidla |
| `\ce{H4SiO4}` | tetrahydrogenkřemičitá | ve velmi zředěném roztoku |
| fosfor V | ||
| `\ce{HPO3}` | hydrogenfosforečná | sklovitá látka, s vodou dá `\ce{H3PO4}` |
| `\ce{H3PO4}` | fosforečná | běžná kyselina fosforečná |
| bor III | ||
| `\ce{HBO2}` | hydrogenboritá | vzniká zahřátím kyseliny borité |
| `\ce{H3BO3}` | boritá | běžná kyselina boritá, borová voda |
| arsen V | ||
| `\ce{HAsO3}` | hydrogenarseničná | jen na papíře, ve škole jako cvičení |
| `\ce{H3AsO4}` | arseničná | kyselina arseničná, jedovatá |
Víc tvarů má zpravidla jen nejvyšší oxidační číslo prvku. Kyselina jodičná (jod V) je jen `\ce{HIO3}`, tellur IV dává jen `\ce{H2TeO3}`.
Časté chyby
- Přidat vodíky a zapomenout na kyslíky. `\ce{H5IO4}` není pentahydrogenjodistá: `5+7=12` kladných nábojů potřebuje šest kyslíků, ne čtyři. Po každé úpravě počtu vodíků kyslíky přepočítejte.
- Číslovka počítá všechny vodíky, ne přidané. Pentahydrogenjodistá má pět vodíků celkem, ne `1+5=6`.
- Sudý počet vodíků u lichého oxidačního čísla. Kyselina tetrahydrogenjodistá ani dihydrogenjodistá nevychází na celý počet kyslíků. Když vám vyjde půl kyslíku, máte chybu v počtu vodíků.
- Monohydrogen. Pro jeden vodík se píše jen hydrogen: kyselina hydrogenboritá `\ce{HBO2}`.
- Dihydrogen- a di- jsou dvě různé věci. Dihydrogen počítá vodíky, samotné di- počítá centrální atomy: kyselina disírová `\ce{H2S2O7}` má dva atomy síry.
- Hydrogen v kyselině a v soli. V názvu kyseliny číslovka udává všechny vodíky molekuly. V názvu soli udává jen vodíky, které v aniontu zůstaly: dihydrogenfosforečnan sodný `\ce{NaH2PO4}` vznikl z kyseliny fosforečné, ne z žádné „dihydrogenfosforečné“. Víc v článku Názvosloví solí.
Příklady k procvičení
1. Napište vzorce: kyselina trihydrogenjodistá, kyselina tetrahydrogenkřemičitá, kyselina hydrogenboritá, kyselina tetrahydrogentellurová.
- trihydrogenjodistá: jod VII, tři vodíky, `(3+7):2=5`, `\ce{H3IO5}`
- tetrahydrogenkřemičitá: křemík IV, čtyři vodíky, `(4+4):2=4`, `\ce{H4SiO4}`
- hydrogenboritá: bor III, jeden vodík, `(1+3):2=2`, `\ce{HBO2}`
- tetrahydrogentellurová: tellur VI, čtyři vodíky, `(4+6):2=5`, `\ce{H4TeO5}`
2. Pojmenujte: `\ce{H5IO6}`, `\ce{H6TeO6}`, `\ce{HAsO3}`, `\ce{H3BO3}`.
- `\ce{H5IO6}`: `2\cdot 6-5=7`, jod VII, základní tvar má jeden vodík, tady je pět, kyselina pentahydrogenjodistá
- `\ce{H6TeO6}`: `2\cdot 6-6=6`, tellur VI, základní tvar má dva vodíky, tady je šest, kyselina hexahydrogentellurová
- `\ce{HAsO3}`: `2\cdot 3-1=5`, arsen V, běžná arseničná má tři vodíky, tady je jeden, kyselina hydrogenarseničná
- `\ce{H3BO3}`: `2\cdot 3-3=3`, bor III, tři vodíky jako běžná boritá, předpona není potřeba, kyselina boritá
3. Které z těchto kyselin nemohou existovat a proč? Kyselina tetrahydrogenjodistá, kyselina trihydrogenjodistá, kyselina pentahydrogenchloristá.
- tetrahydrogenjodistá: `(4+7):2=5{,}5`, půl atomu kyslíku nejde, neexistuje
- trihydrogenjodistá: `(3+7):2=5`, vzorec `\ce{H3IO5}` je v pořádku
- pentahydrogenchloristá: počet vychází, `(5+7):2=6`, ale šest kyslíků kolem malého atomu chloru se nevejde (unese nejvýš čtyři), neexistuje
4. Kolik molekul vody musí přijmout kyselina hydrogenfosforečná, aby z ní vznikla kyselina fosforečná? A kolik kyselina tellurová, aby vznikla hexahydrogentellurová? Napište rovnice.
Každá molekula vody přidá dva vodíky. `\ce{HPO3}` má jeden vodík, `\ce{H3PO4}` tři, stačí jedna molekula. `\ce{H2TeO4}` má dva vodíky, `\ce{H6TeO6}` šest, potřebuje dvě.
`\begin{gathered} \ce{HPO3 + H2O -> H3PO4} \\[4pt] \ce{H2TeO4 + 2H2O -> H6TeO6} \end{gathered}`
5. Na lahvičce v laboratoři je napsáno „kyselina jodistá, M = 227,94 g/mol“. O který tvar jde?
Spočítejte molární hmotnost všech tří tvarů (třeba v kalkulačce molární hmotnosti):
- `\ce{HIO4}`: 191,91 g/mol
- `\ce{H3IO5}`: 209,92 g/mol
- `\ce{H5IO6}`: 227,94 g/mol
Sedí `\ce{H5IO6}`, kyselina pentahydrogenjodistá. Kontrola: od `\ce{HIO4}` se liší o `227{,}94-191{,}91=36{,}03` g/mol, což jsou právě dvě molekuly vody (`2\cdot 18{,}015=36{,}03`).
Kam dál
- Procvičování názvosloví kyselin: vzorce a názvy běžných kyselin na čas.
- Kalkulačka hydrogenkyselin: všechny tvary jedné kyseliny naráz.
- Vzorec kyseliny z názvu a název kyseliny ze vzorce u běžných kyselin.
- Názvosloví kyselin: koncovky, pravidlo liché/sudé a bezkyslíkaté kyseliny.
- Kyslíkaté kyseliny: stavba, vznik z oxidu a vody, sytnost a síla kyselin.
- Thiokyseliny: když místo kyslíku stojí síra.