2. Zasady reagują z kwasami tworząc sól i wodę (reakcja neutralizacji). Na przykład:
KOH + HC1 = KS1 + H2O;
Fe(OH) 2 + 2HNO 3 = Fe(NO 3) 2 + 2H 2 O
3. Zasady reagują z tlenkami kwasowymi, tworząc sól i wodę:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 2 + H 2 O.
4. Roztwory alkaliczne reagują z roztworami soli, jeśli w rezultacie powstaje nierozpuszczalna zasada lub nierozpuszczalna sól. Na przykład:
2NaOH + CuSO 4 = Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4;
Ba(OH)2 + Na2SO4 = 2NaOH + BaSO4 ↓
5. Po podgrzaniu nierozpuszczalne zasady rozkładają się na zasadowy tlenek i wodę.
2Fe(OH) 3 Fe 2 O 3 + ZH 2 O.
6. Roztwory alkaliczne oddziałują z metalami, tworząc amfoteryczne tlenki i wodorotlenki (Zn, Al itp.).
2AI + 2KOH + 6H 2 O = 2K + 3H 2.
Zdobycie podstaw
Paragon rozpuszczalne zasady:
a) oddziaływanie metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych z wodą:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2;
b) oddziaływanie tlenków metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych z wodą:
Na2O + H2O = 2NaOH.
2. Odbiór nierozpuszczalne zasady działanie zasad na rozpuszczalne sole metali:
2NaOH + FeSO 4 = Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4.
Kwasy - substancje złożone, po dysocjacji w wodzie powstają jony wodoru H + i żadne inne kationy.
Właściwości chemiczne
Ogólne właściwości kwasów w roztworach wodnych określa obecność jonów H + (a raczej H 3 O +), które powstają w wyniku dysocjacji elektrolitycznej cząsteczek kwasu:
1. Kwasy w równym stopniu zmieniają barwę wskaźników (tab. 6).
2. Kwasy oddziałują z zasadami.
Na przykład:
H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + ZN2O;
H3PO4 + 2NaOH = Na2HPO4 + 2H2O;
H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O;
3. Kwasy oddziałują z zasadowymi tlenkami:
2HCl + CaO = CaCl2 + H2O;
H 2 SO 4 + Fe 2 O 3 = Fe 2 (SO 4) 3 + ZN 2 O.
4. Kwasy oddziałują z tlenkami amfoterycznymi:
2HNO 3 + ZnO = Zn(NO 3) 2 + H 2 O.
5. Kwasy reagują z niektórymi solami pośrednimi, tworząc nową sól i nowy kwas. Reakcje są możliwe, jeśli w rezultacie powstaje nierozpuszczalna sól lub słabszy (lub bardziej lotny) kwas niż pierwotny. Na przykład:
2HC1+Na2CO3 = 2NaCl+H2O +CO2;
2NaCl + H 2 SO 4 = 2 HCl + Na 2 SO 4.
6. Kwasy oddziałują z metalami. Charakter produktów tych reakcji zależy od charakteru i stężenia kwasu oraz od aktywności metalu. Na przykład rozcieńczony kwas siarkowy, kwas solny i inne kwasy nieutleniające reagują z metalami, które znajdują się w szeregu standardowych potencjałów elektrod (patrz rozdział 7.) na lewo od wodoru. W wyniku reakcji powstaje sól i gazowy wodór:
H2SO4 (dil)) + Zn = ZnSO4 + H2;
2HC1 + Mg = MgCl2 + H2.
Kwasy utleniające (stężony kwas siarkowy, kwas azotowy HNO 3 o dowolnym stężeniu) również oddziałują z metalami znajdującymi się w szeregu standardowych potencjałów elektrod po wodorze, tworząc sól i produkt redukcji kwasu. Na przykład:
2H 2 SO 4 (stęż.) + Zn = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
Otrzymywanie kwasów
1. Kwasy beztlenowe otrzymuje się w drodze syntezy z prostych substancji i późniejszego rozpuszczenia produktu w wodzie.
S + H. 2 = H. 2 S.
2. Oksokwasy otrzymuje się w reakcji tlenków kwasowych z wodą.
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.
3. Większość kwasów można otrzymać w reakcji soli z kwasami.
Na 2 SiO 3 + H 2 SO 4 = H 2 SiO 3 + Na 2 SO 4.
Wodorotlenki amfoteryczne
1. W środowisku obojętnym (czysta woda) wodorotlenki amfoteryczne praktycznie nie rozpuszczają się i nie dysocjują na jony. Rozpuszczają się w kwasach i zasadach. Dysocjację wodorotlenków amfoterycznych w środowisku kwaśnym i zasadowym można wyrazić następującymi równaniami:
Zn+ OH - Zn(OH)H + + ZnO
A1 3+ + ZON - Al(OH) 3 H + + AlO+ H 2 O
2. Wodorotlenki amfoteryczne reagują zarówno z kwasami, jak i zasadami, tworząc sól i wodę.
Oddziaływanie wodorotlenków amfoterycznych z kwasami:
Zn(OH)2 + 2HCl + ZnCl2 + 2H2O;
Sn(OH) 2 + H 2 SO 4 = SnSO 4 + 2H 2 O.
Oddziaływanie wodorotlenków amfoterycznych z zasadami:
Zn(OH) 2 + 2NaOH Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O;
Zn(OH)2 + 2NaOH Na2;
Pb(OH)2 + 2NaOHNa2.
Sole – produkty zastąpienia atomów wodoru w cząsteczce kwasu atomami metalu lub zastąpienia jonu wodorotlenkowego w cząsteczce zasady resztami kwasowymi.
Ogólne właściwości chemiczne soli
1. Sole w roztworach wodnych dysocjują na jony:
a) sole średnie dysocjują na kationy metali i aniony reszt kwasowych:
NaCN =Na + +СN - ;
6) sole kwasowe dysocjują na kationy metali i aniony złożone:
KHSO3 = K + + HSO3 -;
c) sole zasadowe dysocjują na złożone kationy i aniony reszt kwasowych:
AlOH(CH 3 COO) 2 = AlOH 2+ + 2CH 3 COO - .
2. Sole reagują z metalami, tworząc nową sól i nowy metal. Metal ten może wyprzeć z roztworów soli tylko te metale, które znajdują się po jego prawej stronie w szeregu napięcia elektrochemicznego:
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.
Rozpuszczalne sole reagują z zasadami, tworząc nową sól i nową zasadę. Reakcja jest możliwa, jeśli wytrąci się powstała zasada lub sól.
Na przykład:
FeCl3 +3KOH = Fe(OH)3 ↓+3KS1;
K 2 CO 3 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 ↓ + 2KOH.
4. Sole reagują z kwasami, tworząc nowy słabszy kwas lub nową nierozpuszczalną sól:
Na2CO3 + 2HC1 = 2NaCl + CO2 + H2O.
Kiedy sól reaguje z kwasem, tworząc daną sól, otrzymuje się sól kwaśną (jest to możliwe, jeśli sól tworzy kwas wielozasadowy).
Na przykład:
Na2S + H2S = 2NaHS;
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2.
5. Sole mogą oddziaływać ze sobą, tworząc nowe sole, jeśli jedna z soli wytrąci się:
AgNO 3 + KC1 = AgCl↓ + KNO 3.
6. Wiele soli rozkłada się pod wpływem ogrzewania:
MgCO3MgO+CO2;
2NaNO3 2NaNO2 + O2 .
7. Sole zasadowe reagują z kwasami tworząc sole średnie i wodę:
Fe(OH) 2NO 3 +HNO 3 = FeOH(NO 3) 2 +H 2O;
FeOH(NO 3) 2 + HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + H 2 O.
8. Sole kwaśne reagują z zasadami tworząc średnie sole i wodę:
NaHSO4 + NaOH = Na2SO3 + H2O;
KN 2 RO 4 + KON = K 2 NRO 4 + H 2 O.
Otrzymywanie soli
Wszystkie metody otrzymywania soli opierają się na właściwościach chemicznych najważniejszych klas związków nieorganicznych. W tabeli przedstawiono dziesięć klasycznych metod otrzymywania soli. 7.
Oprócz ogólnych metod otrzymywania soli możliwe są również niektóre metody prywatne:
1. Oddziaływanie metali, których tlenki i wodorotlenki są amfoteryczne, z zasadami.
2. Fuzja soli z niektórymi tlenkami kwasowymi.
K 2 CO 3 + SiO 2 K 2 SiO 3 + CO 2 .
3. Oddziaływanie zasad z halogenami:
2KOH + Cl2KCl + KClO + H2O.
4. Oddziaływanie halogenków z halogenami:
2KVg + Cl2 = 2KS1 + Br2.
Cóż, aby uzupełnić naszą znajomość alkoholi, podam także formułę innej znanej substancji - cholesterolu. Nie każdy wie, że jest to alkohol jednowodorotlenowy!
|`/`\\`|<`|w>`\`/|<`/w$color(red)HO$color()>\/`|0/`|/\<`|w>|_q_q_q<-dH>:a_q|0<|dH>`/<`|wH>`\|dH; #a_(A-72)<_(A-120,d+)>-/-/<->`\
Na czerwono zaznaczyłem w nim grupę hydroksylową.
Kwasy karboksylowe
Każdy winiarz wie, że wino należy przechowywać bez dostępu powietrza. W przeciwnym razie zrobi się kwaśny. Ale chemicy znają powód – jeśli dodasz kolejny atom tlenu do alkoholu, otrzymasz kwas.Przyjrzyjmy się wzorom kwasów otrzymywanych ze znanych nam już alkoholi:
| Substancja | Formuła szkieletowa | Formuła brutto | ||
|---|---|---|---|---|
| Kwas metanowy (kwas mrówkowy) |
H/C`|O|\OH | HCOOH | O//\OH | |
| Kwas etanowy (kwas octowy) |
H-C-C\OH; H|#C|H | CH3-COOH | /`|O|\OH | |
| Kwas propanowy (kwas metylooctowy) |
H-C-C-C\OH; H|#2|H; H|#3|H | CH3-CH2-COOH | \/`|O|\OH | |
| Kwas butanowy (kwas masłowy) |
H-C-C-C-C\OH; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H | CH3-CH2-CH2-COOH | /\/`|O|\OH | |
| Uogólniona formuła | (R)-C\OH | (R)-COOH lub (R)-CO2H | (R)/`|O|\OH |
Charakterystyczną cechą kwasów organicznych jest obecność grupy karboksylowej (COOH), która nadaje takim substancjom właściwości kwasowe.
Każdy, kto próbował octu, wie, że jest bardzo kwaśny. Powodem tego jest obecność w nim kwasu octowego. Zazwyczaj ocet stołowy zawiera od 3 do 15% kwasu octowego, a resztę (głównie) wodę. Spożycie kwasu octowego w postaci nierozcieńczonej stwarza zagrożenie dla życia.
Kwasy karboksylowe mogą mieć wiele grup karboksylowych. W tym przypadku są to tzw.: dwuzasadowy, trójzasadowy itp...
Produkty spożywcze zawierają wiele innych kwasów organicznych. Oto tylko kilka z nich:
Nazwa tych kwasów odpowiada produktom spożywczym, w których są zawarte. Nawiasem mówiąc, należy pamiętać, że istnieją tutaj kwasy, które mają również grupę hydroksylową, charakterystyczną dla alkoholi. Takie substancje nazywane są kwasy hydroksykarboksylowe(lub hydroksykwasy).
Poniżej pod każdym z kwasów znajduje się znak określający nazwę grupy substancji organicznych, do której należy.
Radykałowie
Rodniki to kolejna koncepcja, która wpłynęła na wzory chemiczne. Samo słowo jest chyba znane każdemu, ale w chemii radykałowie nie mają nic wspólnego z politykami, rebeliantami i innymi obywatelami o aktywnej pozycji.
Tutaj są to tylko fragmenty cząsteczek. A teraz dowiemy się, co czyni je wyjątkowymi i zapoznamy się z nowym sposobem zapisywania wzorów chemicznych.
W tekście kilkakrotnie wspomniano już o uogólnionych wzorach: alkohole - (R)-OH i kwasy karboksylowe - (R)-COOH. Przypomnę, że -OH i -COOH są grupami funkcyjnymi. Ale R jest radykałem. Nie bez powodu jest przedstawiany jako litera R.
Mówiąc dokładniej, rodnik jednowartościowy jest częścią cząsteczki pozbawioną jednego atomu wodoru. Cóż, jeśli odejmiemy dwa atomy wodoru, otrzymamy rodnik dwuwartościowy.
Rodniki w chemii otrzymały własne nazwy. Niektóre z nich otrzymały nawet łacińskie oznaczenia podobne do oznaczeń pierwiastków. Poza tym czasami we wzorach rodniki można wskazać w formie skróconej, bardziej przypominającej formuły brutto.
Wszystko to pokazano w poniższej tabeli.
| Nazwa | Formuła strukturalna | Przeznaczenie | Krótka formuła | Przykład alkoholu | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Metyl | CH3-() | Ja | CH3 | (Ja)-OH | CH3OH | |
| Etyl | CH3-CH2-() | Et | C2H5 | (Et)-OH | C2H5OH | |
| Przeciąłem się | CH3-CH2-CH2-() | Pr | C3H7 | (Pr)-OH | C3H7OH | |
| Izopropyl | H3C\CH(*`/H3C*)-() | i-Pr | C3H7 | (i-Pr)-OH | (CH3)2CHOH | |
| Fenyl | `/`=`\//-\\-{} | Doktorat | C6H5 | (Ph)-OH | C6H5OH | |
Myślę, że tutaj wszystko jest jasne. Chcę tylko zwrócić uwagę na rubrykę, w której podane są przykłady alkoholi. Niektóre rodniki są zapisane w formie przypominającej wzór brutto, ale grupę funkcyjną zapisuje się osobno. Na przykład CH3-CH2-OH zamienia się w C2H5OH.
W przypadku łańcuchów rozgałęzionych, takich jak izopropyl, stosuje się konstrukcje z nawiasami.
Istnieje również takie zjawisko jak wolne rodniki. Są to rodniki, które z jakiegoś powodu oddzieliły się od grup funkcyjnych. W tym przypadku naruszona zostaje jedna z zasad, od których rozpoczęliśmy badanie wzorów: liczba wiązań chemicznych nie odpowiada już wartościowości jednego z atomów. No cóż, albo możemy powiedzieć, że jedno z połączeń staje się otwarte na jednym końcu. Wolne rodniki zwykle żyją przez krótki czas, ponieważ cząsteczki mają tendencję do powrotu do stabilnego stanu.
Wprowadzenie do azotu. Aminy
Proponuję zapoznać się z innym pierwiastkiem, który wchodzi w skład wielu związków organicznych. Ten azot.
Jest to oznaczone literą łacińską N i ma wartościowość trzy.
Zobaczmy, jakie substancje otrzyma się, jeśli do znanych węglowodorów doda się azot:
| Substancja | Rozszerzony wzór strukturalny | Uproszczony wzór strukturalny | Formuła szkieletowa | Formuła brutto |
|---|---|---|---|---|
| Aminometan (metyloamina) |
H-C-N\H;H|#C|H | CH3-NH2 | \NH2 | |
| Aminoetan (etyloamina) |
H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H | CH3-CH2-NH2 | /\NH2 | |
| Dimetyloamina | H-C-N<`|H>-CH; H|#-3|H; H|#2|H | $L(1,3)H/N<_(A80,w+)CH3>\dCH3 | /N<_(y-.5)H>\ | |
| Aminobenzen (Anilina) |
H\N|C\\C|C<\H>`//C<|H>`\C<`/H>`||C<`\H>/ | NH2|C\\CH|CH`//C<_(y.5)H>`\HC`||HC/ | NH2|\|`/`\`|/_o | |
| Trietyloamina | $nachylenie(45)H-C-C/N\C-C-H;H|#2|H; H|#3|H; H|#5|H;H|#6|H; #N`|C<`-H><-H>`|C<`-H><-H>`|H | CH3-CH2-N<`|CH2-CH3>-CH2-CH3 | \/N<`|/>\| |
Jak zapewne już zgadłeś z nazw, wszystkie te substancje są zjednoczone pod ogólną nazwą aminy. Grupa funkcyjna ()-NH2 nazywa się grupa aminowa. Oto kilka ogólnych wzorów amin:
Ogólnie rzecz biorąc, nie ma tu żadnych specjalnych innowacji. Jeśli te formuły są dla Ciebie jasne, możesz bezpiecznie zaangażować się w dalsze studiowanie chemii organicznej, korzystając z podręcznika lub Internetu.
Ale chciałbym także porozmawiać o wzorach w chemii nieorganicznej. Przekonasz się, jak łatwo będzie je zrozumieć po przestudiowaniu struktury cząsteczek organicznych.
Racjonalne formuły
Nie należy wnioskować, że chemia nieorganiczna jest łatwiejsza niż chemia organiczna. Oczywiście cząsteczki nieorganiczne wyglądają na znacznie prostsze, ponieważ nie mają tendencji do tworzenia złożonych struktur, takich jak węglowodory. Ale wtedy musimy przestudiować ponad sto pierwiastków tworzących układ okresowy. Elementy te mają tendencję do łączenia się zgodnie z ich właściwościami chemicznymi, ale z licznymi wyjątkami.
Więc nic ci nie powiem. Tematem mojego artykułu są wzory chemiczne. A dzięki nim wszystko jest stosunkowo proste.
Najczęściej stosowany w chemii nieorganicznej racjonalne formuły. A teraz dowiemy się, czym różnią się od tych, które już znamy.
Najpierw zapoznajmy się z innym pierwiastkiem - wapniem. Jest to również bardzo powszechny element.
Jest wyznaczony Ok i ma wartościowość dwa. Zobaczmy, jakie związki tworzy ze znanymi nam węglem, tlenem i wodorem.
| Substancja | Formuła strukturalna | Racjonalna formuła | Formuła brutto |
|---|---|---|---|
| Tlenek wapnia | Ca=O | CaO | |
| Wodorotlenek wapnia | H-O-Ca-O-H | Ca(OH)2 | |
| Węglan wapnia | $nachylenie(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1 | CaCO3 | |
| Wodorowęglan wapnia | HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH | Ca(HCO3)2 | |
| Kwas węglowy | H|O\C|O`|/O`|H | H2CO3 |
Na pierwszy rzut oka widać, że formuła racjonalna jest czymś pomiędzy formułą strukturalną a brutto. Jednak nie jest jeszcze jasne, w jaki sposób są one uzyskiwane. Aby zrozumieć znaczenie tych wzorów, należy wziąć pod uwagę reakcje chemiczne, w których biorą udział substancje.
Wapń w czystej postaci jest miękkim białym metalem. Nie występuje w przyrodzie. Ale całkiem możliwe jest kupienie go w sklepie chemicznym. Zwykle przechowuje się go w specjalnych słoikach bez dostępu powietrza. Ponieważ w powietrzu reaguje z tlenem. Właściwie dlatego nie występuje w naturze.
Zatem reakcja wapnia z tlenem:
2Ca + O2 -> 2CaO
Liczba 2 przed wzorem substancji oznacza, że w reakcji biorą udział 2 cząsteczki.
Wapń i tlen wytwarzają tlenek wapnia. Substancja ta również nie występuje w przyrodzie, ponieważ reaguje z wodą:
CaO + H2O -> Ca(OH2)
Rezultatem jest wodorotlenek wapnia. Jeśli przyjrzysz się bliżej jego wzorowi strukturalnemu (w poprzedniej tabeli), zobaczysz, że składa się z jednego atomu wapnia i dwóch grup hydroksylowych, które już znamy.
Takie są prawa chemii: jeśli do substancji organicznej dodamy grupę hydroksylową, otrzymamy alkohol, a jeśli dodamy ją do metalu, otrzymamy wodorotlenek.
Jednak wodorotlenek wapnia nie występuje w przyrodzie ze względu na obecność dwutlenku węgla w powietrzu. Chyba każdy słyszał o tym gazie. Powstaje podczas oddychania ludzi i zwierząt, spalania węgla i produktów naftowych, podczas pożarów i erupcji wulkanów. Dlatego jest zawsze obecny w powietrzu. Ale rozpuszcza się również całkiem dobrze w wodzie, tworząc kwas węglowy:
CO2 + H2O<=>H2CO3
Podpisać<=>wskazuje, że reakcja może przebiegać w obu kierunkach w tych samych warunkach.
Zatem wodorotlenek wapnia rozpuszczony w wodzie reaguje z kwasem węglowym i zamienia się w słabo rozpuszczalny węglan wapnia:
Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O
Strzałka w dół oznacza, że w wyniku reakcji substancja wytrąca się.
Przy dalszym kontakcie węglanu wapnia z dwutlenkiem węgla w obecności wody następuje odwracalna reakcja, w wyniku której powstaje kwaśna sól - wodorowęglan wapnia, który jest dobrze rozpuszczalny w wodzie
CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2
Proces ten wpływa na twardość wody. Gdy temperatura wzrasta, wodorowęglan zamienia się z powrotem w węglan. Dlatego w regionach o twardej wodzie w czajnikach tworzy się kamień.
Kreda, wapień, marmur, tuf i wiele innych minerałów składają się głównie z węglanu wapnia. Występuje także w koralowcach, muszlach mięczaków, kościach zwierząt itp.
Ale jeśli węglan wapnia zostanie podgrzany na bardzo dużym ogniu, zamieni się w tlenek wapnia i dwutlenek węgla.
Ta krótka opowieść o cyklu wapniowym w przyrodzie powinna wyjaśnić, dlaczego potrzebne są racjonalne formuły. Zatem racjonalne formuły są zapisywane w taki sposób, aby grupy funkcyjne były widoczne. W naszym przypadku jest to:
Ponadto poszczególne pierwiastki - Ca, H, O (w tlenkach) - są również niezależnymi grupami.Jony
Myślę, że czas zapoznać się z jonami. To słowo jest chyba znane każdemu. Po przestudiowaniu grup funkcyjnych nic nie kosztuje nas ustalenie, czym są te jony.
Ogólnie rzecz biorąc, natura wiązań chemicznych jest taka, że niektóre pierwiastki oddają elektrony, a inne je zyskują. Elektrony to cząstki o ładunku ujemnym. Pierwiastek z pełnym zestawem elektronów ma ładunek zerowy. Jeśli oddał elektron, to jego ładunek staje się dodatni, a jeśli go przyjął, to staje się ujemny. Przykładowo wodór ma tylko jeden elektron, który dość łatwo oddaje, zamieniając się w jon dodatni. We wzorach chemicznych znajduje się specjalny wpis:
H2O<=>H^+ + OH^-
Tutaj widzimy tego jako rezultat dysocjacja elektrolityczna woda rozpada się na dodatnio naładowany jon wodoru i ujemnie naładowaną grupę OH. Jon OH^- nazywa się jon wodorotlenkowy. Nie należy jej mylić z grupą hydroksylową, która nie jest jonem, ale częścią pewnego rodzaju cząsteczki. Znak + lub - w prawym górnym rogu pokazuje ładunek jonu.
Ale kwas węglowy nigdy nie istnieje jako niezależna substancja. W rzeczywistości jest to mieszanina jonów wodorowych i jonów węglanowych (lub jonów wodorowęglanowych):
H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-
Jon węglanowy ma ładunek 2-. Oznacza to, że zostały do niego dodane dwa elektrony.
Nazywa się jony naładowane ujemnie aniony. Zazwyczaj obejmują one reszty kwasowe.
Dodatnio naładowane jony - kationy. Najczęściej są to wodór i metale.
I tutaj prawdopodobnie możesz w pełni zrozumieć znaczenie formuł wymiernych. Najpierw zapisywany jest w nich kation, a następnie anion. Nawet jeśli formuła nie zawiera żadnych opłat.
Pewnie już się domyślacie, że jony można opisać nie tylko wzorami wymiernymi. Oto wzór szkieletowy anionu wodorowęglanowego:
Tutaj ładunek jest wskazany bezpośrednio obok atomu tlenu, który otrzymał dodatkowy elektron i dlatego stracił jedną linię. Mówiąc najprościej, każdy dodatkowy elektron zmniejsza liczbę wiązań chemicznych przedstawionych we wzorze strukturalnym. Z drugiej strony, jeśli jakiś węzeł wzoru strukturalnego ma znak +, to ma dodatkowy drążek. Jak zawsze, fakt ten trzeba wykazać na przykładzie. Ale wśród znanych nam substancji nie ma ani jednego kationu składającego się z kilku atomów.
A taką substancją jest amoniak. Często nazywany jest jego wodnym roztworem amoniak i znajduje się w każdej apteczce pierwszej pomocy. Amoniak jest związkiem wodoru i azotu i ma wymierny wzór NH3. Rozważmy reakcję chemiczną zachodzącą po rozpuszczeniu amoniaku w wodzie:
NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-
To samo, ale używając wzorów strukturalnych:
H|N<`/H>\H + H-O-H<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H
Po prawej stronie widzimy dwa jony. Powstały w wyniku przejścia jednego atomu wodoru z cząsteczki wody do cząsteczki amoniaku. Ale ten atom poruszał się bez elektronu. Anion jest nam już znany – jest to jon wodorotlenkowy. I nazywa się kation amon. Wykazuje właściwości podobne do metali. Na przykład może łączyć się z resztą kwasową. Substancja powstająca w wyniku połączenia amonu z anionem węglanowym nazywa się węglanem amonu: (NH4)2CO3.
Oto równanie reakcji oddziaływania amonu z anionem węglanowym, zapisane w postaci wzorów strukturalnych:
2H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H + O^-\C|O`|/O^-<=>H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H`|0O^-\C|O`|/O^-|0H_(A-15,d-)N^+<_(A105,w+)H><\H>`|H
Ale w tej formie równanie reakcji podano w celach demonstracyjnych. Zazwyczaj równania wykorzystują formuły wymierne:
2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3
System wzgórz
Możemy więc założyć, że przestudiowaliśmy już wzory strukturalne i wymierne. Ale jest jeszcze jedna kwestia, którą warto rozważyć bardziej szczegółowo. Czym różnią się formuły brutto od racjonalnych?
Wiemy, dlaczego racjonalny wzór kwasu węglowego zapisuje się jako H2CO3, a nie w inny sposób. (Najpierw pojawiają się dwa kationy wodorowe, a po nich anion węglanowy.) Ale dlaczego we wzorze brutto zapisano CH2O3?
W zasadzie racjonalny wzór kwasu węglowego można uznać za prawdziwy wzór, ponieważ nie zawiera on powtarzających się elementów. W przeciwieństwie do NH4OH lub Ca(OH)2.
Jednak w przypadku formuł brutto bardzo często stosowana jest dodatkowa zasada, która określa kolejność elementów. Zasada jest dość prosta: najpierw umieszcza się węgiel, potem wodór, a na końcu pozostałe pierwiastki w kolejności alfabetycznej.
Wychodzi więc CH2O3 - węgiel, wodór, tlen. Nazywa się to systemem Hilla. Jest używany w prawie wszystkich podręcznikach chemicznych. I w tym artykule także.
Trochę o systemie easyChem
Zamiast podsumowania chciałbym poruszyć temat systemu easyChem. Został zaprojektowany tak, aby wszystkie formuły, które tutaj omówiliśmy, można było łatwo wstawić do tekstu. Właściwie wszystkie wzory w tym artykule zostały sporządzone przy użyciu programu easyChem.
Po co nam w ogóle jakiś system wyprowadzania formuł? Rzecz w tym, że standardowym sposobem wyświetlania informacji w przeglądarkach internetowych jest hipertekstowy język znaczników (HTML). Koncentruje się na przetwarzaniu informacji tekstowych.
Wzory wymierne i brutto można przedstawić za pomocą tekstu. Nawet niektóre uproszczone wzory strukturalne można również zapisać w tekście, na przykład alkohol CH3-CH2-OH. Chociaż w tym celu musiałbyś użyć następującego wpisu w HTML: CH 3-CH 2-OH.
To oczywiście stwarza pewne trudności, ale można z nimi żyć. Ale jak przedstawić wzór strukturalny? Zasadniczo możesz użyć czcionki o stałej szerokości:
HH | | H-C-C-O-H | | H H Oczywiście nie wygląda to zbyt ładnie, ale jest też wykonalne.
Prawdziwy problem pojawia się przy próbie narysowania pierścieni benzenowych i przy użyciu wzorów szkieletowych. Nie pozostaje nic innego, jak podłączyć obraz rastrowy. Rastry są przechowywane w oddzielnych plikach. Przeglądarki mogą zawierać obrazy w formacie gif, png lub jpeg.
Do tworzenia takich plików niezbędny jest edytor graficzny. Na przykład Photoshopa. Ale Photoshopa znam od ponad 10 lat i mogę z całą pewnością stwierdzić, że bardzo słabo nadaje się on do przedstawiania wzorów chemicznych.
Redaktorzy molekularni radzą sobie z tym zadaniem znacznie lepiej. Ale przy dużej liczbie formuł, z których każda jest przechowywana w osobnym pliku, dość łatwo jest się w nich pomylić.
Na przykład liczba formuł w tym artykule wynosi . Wyświetlane są w formie obrazów graficznych (reszta za pomocą narzędzi HTML).
System easyChem umożliwia przechowywanie wszystkich receptur bezpośrednio w dokumencie HTML w formie tekstowej. Moim zdaniem jest to bardzo wygodne.
Ponadto formuły brutto w tym artykule są obliczane automatycznie. Ponieważ easyChem działa dwuetapowo: najpierw opis tekstowy przekształcany jest w strukturę informacyjną (wykres), a następnie na tej strukturze można wykonywać różne działania. Wśród nich można wyróżnić następujące funkcje: obliczanie masy cząsteczkowej, przeliczanie na wzór brutto, sprawdzanie możliwości wyprowadzenia w postaci tekstowej, graficznej i renderowanie tekstu.
Dlatego też, przygotowując ten artykuł, korzystałem wyłącznie z edytora tekstu. Co więcej, nie musiałem się zastanawiać, która z formuł będzie graficzna, a która tekstowa.
Oto kilka przykładów, które zdradzają sekret przygotowania tekstu artykułu: Opisy z lewej kolumny automatycznie zamieniają się w formuły w drugiej kolumnie.
W pierwszym wierszu opis wzoru wymiernego jest bardzo podobny do wyświetlanego wyniku. Jedyna różnica polega na tym, że współczynniki liczbowe są wyświetlane interliniowo.
W drugim wierszu rozwinięta formuła podana jest w postaci trzech oddzielnych łańcuchów oddzielonych symbolem; Myślę, że łatwo zauważyć, że opis tekstowy pod wieloma względami przypomina czynności, jakie wymagałoby zobrazowania formuły ołówkiem na papierze.
Trzecia linia demonstruje użycie ukośnych linii za pomocą symboli \ i /. Znak ` (tył) oznacza, że linia jest rysowana od prawej do lewej (lub od dołu do góry).
Znacznie bardziej szczegółową dokumentację dotyczącą korzystania z systemu easyChem można znaleźć tutaj.
Zakończę ten artykuł i życzę powodzenia w studiowaniu chemii.
Krótki słownik objaśniający terminów użytych w artykule
Węglowodory Substancje składające się z węgla i wodoru. Różnią się między sobą budową cząsteczek. Wzory strukturalne to schematyczne obrazy cząsteczek, w których atomy są oznaczone literami łacińskimi, a wiązania chemiczne myślnikami. Wzory strukturalne są rozwinięte, uproszczone i szkieletowe. Rozszerzone wzory strukturalne to wzory strukturalne, w których każdy atom jest reprezentowany jako oddzielny węzeł. Uproszczone wzory strukturalne to te wzory strukturalne, w których atomy wodoru są zapisane obok pierwiastka, z którym są powiązane. A jeśli do jednego atomu przyłączony jest więcej niż jeden wodór, wówczas ilość jest zapisywana jako liczba. Można też powiedzieć, że w uproszczonych formułach grupy pełnią rolę węzłów. Wzory szkieletowe to wzory strukturalne, w których atomy węgla są przedstawiane jako puste węzły. Liczba atomów wodoru związanych z każdym atomem węgla jest równa 4 minus liczba wiązań zbiegających się w tym miejscu. W przypadku węzłów utworzonych nie przez węgiel obowiązują zasady uproszczonych wzorów. Wzór brutto (inaczej wzór prawdziwy) - lista wszystkich pierwiastków chemicznych tworzących cząsteczkę, wskazująca liczbę atomów w postaci liczby (jeśli jest jeden atom, to jednostka nie jest zapisywana) Układ Hilla - reguła która określa kolejność atomów we wzorze ogólnym: najpierw umieszczany jest węgiel, następnie wodór, a na końcu pozostałe pierwiastki w kolejności alfabetycznej. Jest to system, z którego korzysta się bardzo często. Wszystkie formuły brutto w tym artykule są zapisane zgodnie z systemem Hilla. Grupy funkcyjne Stabilne kombinacje atomów, które są konserwowane podczas reakcji chemicznych. Często grupy funkcyjne mają swoje własne nazwy i wpływają na właściwości chemiczne i nazwę naukową substancjiKwasy- są to substancje złożone, których cząsteczki składają się z atomów wodoru, które można zastąpić, oraz reszt kwasowych.
Pozostałość kwasowa ma ładunek ujemny.
Kwasy beztlenowe: HCl, HBr, H 2 S itp.
Nazywa się pierwiastek, który wraz z atomami wodoru i tlenu tworzy cząsteczkę kwasu zawierającą tlen kwasotwórcze.
Ze względu na liczbę atomów wodoru w cząsteczce kwasy dzielą się na jednozasadowy I wielozasadowy.
Kwasy jednozasadowe zawierają jeden atom wodoru: HCl, HNO 3, HBr itp.
Kwasy wielozasadowe zawierają dwa lub więcej atomów wodoru: H 2 SO 4 (dwuzasadowy), H 3 PO 4 (trójzasadowy).
W kwasach beztlenowych do nazwy pierwiastka tworzącego kwas należy dodać łączącą samogłoskę „o” i słowa „... kwas wodorowy" Na przykład: HF – kwas fluorowodorowy.
Jeśli pierwiastek kwasotwórczy wykazuje maksymalny stopień utlenienia (odpowiada numerowi grupy), to dodaj „...nie kwas". Aleprzykład:
HNO 3 – azot i ja kwas (ponieważ atom azotu ma maksymalny stopień utlenienia +5)
Jeśli stopień utlenienia pierwiastka jest poniżej maksimum, dodaj "...zmęczony kwas":
1+3-2
HNO 2 – azot wyczerpany kwas (ponieważ pierwiastek kwasotwórczy N ma minimalny stopień utlenienia).
H3PO4 – orto Kwas fosforowy.
HPO3 – meta Kwas fosforowy.
Wzory strukturalne kwasów.
W cząsteczce kwasu zawierającego tlen atom wodoru jest związany z atomem pierwiastka tworzącego kwas poprzez atom tlenu. Dlatego podczas kompilowania wzoru strukturalnego wszystkie jony wodorotlenkowe muszą najpierw zostać przyłączone do atomu pierwiastka tworzącego kwas.
Następnie połącz pozostałe atomy tlenu dwoma myślnikami bezpośrednio z atomami pierwiastka kwasotwórczego (ryc. 2).
Kwasy- elektrolity, po dysocjacji z jonów dodatnich powstają tylko jony H +:
HNO 3 ↔ H + + NO 3 -;
CH3COOH↔ H + +CH3COO — .
Wszystkie kwasy dzielą się na nieorganiczne i organiczne (karboksylowe), które również mają swoje własne (wewnętrzne) klasyfikacje.
W normalnych warunkach znaczna ilość kwasów nieorganicznych występuje w stanie ciekłym, niektóre w stanie stałym (H 3 PO 4, H 3 BO 3).
Kwasy organiczne zawierające do 3 atomów węgla są wysoce mobilnymi, bezbarwnymi cieczami o charakterystycznym ostrym zapachu; kwasy o 4-9 atomach węgla to oleiste ciecze o nieprzyjemnym zapachu, a kwasy o dużej liczbie atomów węgla to ciała stałe nierozpuszczalne w wodzie.
Wzory chemiczne kwasów
Rozważmy wzory chemiczne kwasów na przykładzie kilku przedstawicieli (zarówno nieorganicznych, jak i organicznych): kwas solny - HCl, kwas siarkowy - H 2 SO 4, kwas fosforowy - H 3 PO 4, kwas octowy - CH 3 COOH i benzoesowy kwas - C6H5COOH. Wzór chemiczny pokazuje skład jakościowy i ilościowy cząsteczki (ile i jakie atomy zawiera dany związek) Korzystając ze wzoru chemicznego, można obliczyć masę cząsteczkową kwasów (Ar(H) = 1 amu, Ar( Cl) = 35,5 amu, Ar(P) = 31 amu, Ar(O) = 16 amu, Ar(S) = 32 amu, Ar(C) = 12 am):
Mr(HCl) = Ar(H) + Ar(Cl);
Mr(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5.
Mr(H2SO4) = 2×Ar(H) + Ar(S) + 4×Ar(O);
Mr(H 2 SO 4) = 2×1 + 32 + 4×16 = 2 + 32 + 64 = 98.
Mr(H3PO4) = 3×Ar(H) + Ar(P) + 4×Ar(O);
Mr(H 3 PO 4) = 3×1 + 31 + 4×16 = 3 + 31 + 64 = 98.
Mr(CH3COOH) = 3×Ar(C) + 4×Ar(H) + 2×Ar(O);
Mr(CH3COOH) = 3×12 + 4×1 + 2×16 = 36 + 4 + 32 = 72.
Mr(C6H5COOH) = 7×Ar(C) + 6×Ar(H) + 2×Ar(O);
Mr(C 6 H 5 COOH) = 7 × 12 + 6 × 1 + 2 × 16 = 84 + 6 + 32 = 122.
Wzory strukturalne (graficzne) kwasów
Wzór strukturalny (graficzny) substancji jest bardziej wizualny. Pokazuje, jak atomy są ze sobą połączone w cząsteczce. Wskażmy wzory strukturalne każdego z powyższych związków:
Ryż. 1. Wzór strukturalny kwasu solnego.
Ryż. 2. Wzór strukturalny kwasu siarkowego.
Ryż. 3. Wzór strukturalny kwasu fosforowego.
Ryż. 4. Wzór strukturalny kwasu octowego.
Ryż. 5. Wzór strukturalny kwasu benzoesowego.
Formuły jonowe
Wszystkie kwasy nieorganiczne są elektrolitami, tj. zdolny do dysocjacji w roztworze wodnym na jony:
HCl ↔ H + + Cl -;
H2SO4 ↔ 2H + + SO4 2-;
H 3PO 4 ↔ 3H + + PO 4 3- .
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
| Ćwiczenia | Przy całkowitym spaleniu 6 g materii organicznej powstało 8,8 g tlenku węgla (IV) i 3,6 g wody. Określ wzór cząsteczkowy spalonej substancji, jeśli wiadomo, że jej masa molowa wynosi 180 g/mol. |
| Rozwiązanie | Narysujmy schemat reakcji spalania związku organicznego, oznaczając liczbę atomów węgla, wodoru i tlenu odpowiednio jako „x”, „y” i „z”: C x H y O z + O z →CO 2 + H 2 O. Określmy masy pierwiastków tworzących tę substancję. Wartości względnych mas atomowych pobrane z układu okresowego D.I. Mendelejew, zaokrąglij do liczb całkowitych: Ar(C) = 12 amu, Ar(H) = 1 amu, Ar(O) = 16 amu. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = ×M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H2O)×M(H) = ×M(H); Obliczmy masy molowe dwutlenku węgla i wody. Jak wiadomo, masa molowa cząsteczki jest równa sumie względnych mas atomowych atomów tworzących cząsteczkę (M = Mr): M(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 g/mol; M(H2O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 g/mol. m(C) = × 12 = 2,4 g; m(H) = 2 × 3,6 / 18 × 1 = 0,4 g. m(O) = m(C x H y O z) - m(C) - m(H) = 6 - 2,4 - 0,4 = 3,2 g. Ustalmy wzór chemiczny związku: x:y:z = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H): m(O)/Ar(O); x:y:z= 2,4/12:0,4/1:3,2/16; x:y:z= 0,2: 0,4: 0,2 = 1: 2: 1. Oznacza to, że najprostszym wzorem związku jest CH2O, a masa molowa wynosi 30 g/mol. Aby znaleźć prawdziwy wzór związku organicznego, znajdujemy stosunek rzeczywistych i wynikowych mas molowych: M substancja / M(CH 2 O) = 180 / 30 = 6. Oznacza to, że indeksy atomów węgla, wodoru i tlenu powinny być 6 razy większe, tj. wzór substancji będzie następujący: C 6 H 12 O 6. Jest to glukoza lub fruktoza. |
| Odpowiedź | C6H12O6 |
PRZYKŁAD 2
| Ćwiczenia | Wyprowadź najprostszy wzór związku, w którym udział masowy fosforu wynosi 43,66%, a udział masowy tlenu 56,34%. |
| Rozwiązanie | Udział masowy pierwiastka X w cząsteczce o składzie NX oblicza się za pomocą następującego wzoru: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Oznaczmy liczbę atomów fosforu w cząsteczce przez „x”, a liczbę atomów tlenu przez „y” Znajdźmy odpowiednie względne masy atomowe pierwiastków fosforu i tlenu (wartości względnych mas atomowych wzięte z układu okresowego D.I. Mendelejewa są zaokrąglone do liczb całkowitych). Ar(P) = 31; Ar(O) = 16. Procentową zawartość pierwiastków dzielimy na odpowiednie względne masy atomowe. W ten sposób znajdziemy zależność między liczbą atomów w cząsteczce związku: x:y = ω(P)/Ar(P): ω (O)/Ar(O); x:y = 43,66/31: 56,34/16; x:y: = 1,4: 3,5 = 1: 2,5 = 2: 5. Oznacza to, że najprostszym wzorem na połączenie fosforu i tlenu jest P 2 O 5 . Jest to tlenek fosforu(V). |
| Odpowiedź | P2O5 |
7. Kwasy. Sól. Zależności między klasami substancji nieorganicznych
7.1. Kwasy
Kwasy to elektrolity, podczas których dysocjacji powstają jedynie kationy wodoru H + jako jony naładowane dodatnio (a dokładniej jony hydroniowe H 3 O +).
Inna definicja: kwasy to substancje złożone składające się z atomu wodoru i reszt kwasowych (tabela 7.1).
Tabela 7.1
Wzory i nazwy niektórych kwasów, reszt kwasów i soli
| Formuła kwasowa | Nazwa kwasu | Pozostałość kwasowa (anion) | Nazwa soli (średnia) |
|---|---|---|---|
| HF | Fluorowodny (fluorowy) | F- | Fluorki |
| HCl | Solny (chlorowodorowy) | Cl- | Chlorki |
| HBr | Bromowodorowy | Br- | Bromki |
| CZEŚĆ | Jodowodorek | ja - | Jodki |
| H2S | Siarkowodór | S 2- | Siarczki |
| H2SO3 | Siarkawy | SO 3 2 − | Siarczyny |
| H2SO4 | Siarkowy | SO 4 2 − | Siarczany |
| HNO2 | Azotowy | NO2− | Azotyny |
| HNO3 | Azot | NIE 3- | Azotany |
| H2SiO3 | Krzem | SiO3 2- | Krzemiany |
| HPO 3 | Metafosforowy | PO 3- | Metafosforany |
| H3PO4 | Ortofosforowy | PO 4 3 − | Ortofosforany (fosforany) |
| H4P2O7 | Pirofosforowy (bifosforowy) | P 2 O 7 4 - | Pirofosforany (difosforany) |
| HMnO4 | Mangan | MnO4- | Nadmanganiany |
| H2CrO4 | Chrom | CrO42- | Chromiany |
| H2Cr2O7 | Dichrom | Cr2O72- | Dichromiany (bichromiany) |
| H2SeO4 | Selen | SeO4 2- | Seleniany |
| H3BO3 | Bornaja | BO 3 3 − | Ortoborany |
| HClO | Podchlorany | ClO – | Podchloryny |
| HClO2 | Chlorek | ClO2− | Chloryny |
| HClO3 | Chlorawy | ClO3- | Chlorany |
| HClO4 | Chlor | ClO4- | Nadchlorany |
| H2CO3 | Węgiel | CO 3 3 - | Węglany |
| CH3COOH | Ocet | CH3COO- | Octany |
| HCOOH | Mrówka | HCOO- | mrówczany |
W normalnych warunkach kwasy mogą być ciałami stałymi (H 3 PO 4, H 3 BO 3, H 2 SiO 3) i cieczami (HNO 3, H 2 SO 4, CH 3 COOH). Kwasy te mogą występować zarówno pojedynczo (w postaci 100%), jak i w postaci rozcieńczonych i stężonych roztworów. Na przykład H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , CH 3 COOH są znane zarówno pojedynczo, jak i w roztworach.
Wiele kwasów jest znanych tylko w roztworach. Są to wszystkie halogenowodory (HCl, HBr, HI), siarkowodór H2S, cyjanowodór (cyjanowodorowy HCN), węglowy H2CO3, siarkowy kwas H2SO3, które są roztworami gazów w wodzie. Na przykład kwas solny to mieszanina HCl i H 2 O, kwas węglowy to mieszanina CO 2 i H 2 O. Oczywiste jest, że użycie wyrażenia „roztwór kwasu solnego” jest nieprawidłowe.
Większość kwasów jest rozpuszczalna w wodzie, kwas krzemowy H 2 SiO 3 jest nierozpuszczalny. Zdecydowana większość kwasów ma strukturę molekularną. Przykładowe wzory strukturalne kwasów:
W większości cząsteczek kwasu zawierających tlen wszystkie atomy wodoru są związane z tlenem. Ale są wyjątki:
Kwasy są klasyfikowane według szeregu cech (tabela 7.2).
Tabela 7.2
Klasyfikacja kwasów
| Znak klasyfikacji | Typ kwasowy | Przykłady |
|---|---|---|
| Liczba jonów wodoru powstałych po całkowitej dysocjacji cząsteczki kwasu | Monobazowa | HCl, HNO3, CH3COOH |
| Dwuzasadowy | H2SO4, H2S, H2CO3 | |
| Trójzasadowy | H3PO4, H3AsO4 | |
| Obecność lub brak atomu tlenu w cząsteczce | Zawierający tlen (wodorotlenki kwasowe, oksokwasy) | HNO2, H2SiO3, H2SO4 |
| Beztlenowy | HF, H2S, HCN | |
| Stopień dysocjacji (siła) | Silne (całkowicie dysocjują, mocne elektrolity) | HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 (rozcieńczony), HNO 3, HClO 3, HClO 4, HMnO 4, H 2 Cr 2 O 7 |
| Słabe (częściowo zdysocjowane, słabe elektrolity) | HF, HNO 2, H 2 SO 3, HCOOH, CH 3 COOH, H 2 SiO 3, H 2 S, HCN, H 3 PO 4, H 3 PO 3, HClO, HClO 2, H 2 CO 3, H 3 BO 3, H 2 SO 4 (stęż.) | |
| Właściwości utleniające | Utleniacze ze względu na jony H + (kwasy warunkowo nieutleniające) | HCl, HBr, HI, HF, H 2 SO 4 (dil), H 3 PO 4, CH 3 COOH |
| Utleniacze ze względu na anion (kwasy utleniające) | HNO 3, HMnO 4, H 2 SO 4 (stęż.), H 2 Cr 2 O 7 | |
| Środki redukujące anion | HCl, HBr, HI, H2S (ale nie HF) | |
| Stabilność termiczna | Istnieją tylko w rozwiązaniach | H 2 CO 3, H 2 SO 3, HClO, HClO 2 |
| Łatwo rozkłada się pod wpływem ogrzewania | H 2 SO 3 , HNO 3 , H 2 SiO 3 | |
| Stabilny termicznie | H 2 SO 4 (stężony), H 3 PO 4 |
Wszystkie ogólne właściwości chemiczne kwasów wynikają z obecności w ich wodnych roztworach nadmiaru kationów wodorowych H + (H 3 O +).
1. Wodne roztwory kwasów pod wpływem nadmiaru jonów H+ zmieniają barwę fioletu lakmusowego i oranżu metylowego na czerwoną (fenoloftaleina nie zmienia koloru i pozostaje bezbarwna). W wodnym roztworze słabego kwasu węglowego lakmus nie jest czerwony, ale różowy, roztwór nad osadem bardzo słabego kwasu krzemowego w ogóle nie zmienia koloru wskaźników.
2. Kwasy oddziałują z zasadowymi tlenkami, zasadami i wodorotlenkami amfoterycznymi, hydratem amoniaku (patrz rozdział 6).
Przykład 7.1. Do przeprowadzenia transformacji BaO → BaSO 4 można zastosować: a) SO 2; b) H2SO4; c) Na2SO4; d) SO 3.
Rozwiązanie. Transformację można przeprowadzić stosując H 2 SO 4:
BaO + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + H 2 O
BaO + SO3 = BaSO4
Na2SO4 nie reaguje z BaO, a w reakcji BaO z SO2 powstaje siarczyn baru:
BaO + SO2 = BaSO3
Odpowiedź: 3).
3. Kwasy reagują z amoniakiem i jego roztworami wodnymi, tworząc sole amonowe:
HCl + NH3 = NH4Cl - chlorek amonu;
H 2 SO 4 + 2NH 3 = (NH 4) 2 SO 4 - siarczan amonu.
4. Kwasy nieutleniające reagują z metalami znajdującymi się w szeregu aktywności aż do wodoru, tworząc sól i uwalniając wodór:
H 2 SO 4 (rozcieńczony) + Fe = FeSO 4 + H 2
2HCl + Zn = ZnCl2 = H2
Oddziaływanie kwasów utleniających (HNO 3, H 2 SO 4 (stęż.)) z metalami jest bardzo specyficzne i jest brane pod uwagę przy badaniu chemii pierwiastków i ich związków.
5. Kwasy oddziałują z solami. Reakcja ma wiele cech:
a) w większości przypadków, gdy silniejszy kwas reaguje z solą słabszego kwasu, powstają sole słabego kwasu i słabego kwasu lub, jak to się mówi, silniejszy kwas wypiera słabszy. Szereg malejącej mocy kwasów wygląda następująco:
Przykłady zachodzących reakcji:
2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2
H 2 CO 3 + Na 2 SiO 3 = Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3 ↓
2CH 3 COOH + K 2 CO 3 = 2CH 3 COOK + H 2 O + CO 2
3H 2 SO 4 + 2K 3 PO 4 = 3K 2 SO 4 + 2H 3 PO 4
Nie oddziałują ze sobą np. KCl i H 2 SO 4 (rozcieńczony), NaNO 3 i H 2 SO 4 (rozcieńczony), K 2 SO 4 i HCl (HNO 3, HBr, HI), K 3 PO 4 i H2CO3, CH3COOK i H2CO3;
b) w niektórych przypadkach słabszy kwas wypiera z soli silniejszy:
CuSO 4 + H 2 S = CuS↓ + H 2 SO 4
3AgNO 3 (dil) + H 3 PO 4 = Ag 3 PO 4 ↓ + 3HNO 3.
Takie reakcje są możliwe, gdy osady powstałych soli nie rozpuszczają się w powstałych rozcieńczonych mocnych kwasach (H2SO4 i HNO3);
c) w przypadku tworzenia się osadów nierozpuszczalnych w mocnych kwasach może nastąpić reakcja pomiędzy mocnym kwasem a solą utworzoną przez inny mocny kwas:
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 ↓ + 2HCl
Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HNO 3
AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3
Przykład 7.2. Wskaż wiersz zawierający wzory substancji reagujących z H 2 SO 4 (rozcieńczonym).
1) Zn, Al 2 O 3, KCl (p-p); 3) NaNO 3 (p-p), Na 2 S, NaF 2) Cu(OH) 2, K 2 CO 3, Ag; 4) Na2SO3, Mg, Zn(OH) 2.
Rozwiązanie. Wszystkie substancje z wiersza 4 oddziałują z H 2 SO 4 (dil):
Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2
Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2
Zn(OH) 2 + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + 2H 2 O
W rzędzie 1) reakcja z KCl (p-p) nie jest możliwa, w rzędzie 2) - z Ag, w rzędzie 3) - z NaNO 3 (p-p).
Odpowiedź: 4).
6. Stężony kwas siarkowy zachowuje się bardzo specyficznie w reakcjach z solami. Jest to kwas nielotny i stabilny termicznie, dlatego wypiera wszystkie mocne kwasy ze stałych (!) soli, gdyż są one bardziej lotne niż H2SO4 (stęż.):
KCl (tv) + H2SO4 (stęż.) KHSO4 + HCl
2KCl (s) + H 2 SO 4 (stęż.) K 2 SO 4 + 2HCl
Sole utworzone przez mocne kwasy (HBr, HI, HCl, HNO 3, HClO 4) reagują tylko ze stężonym kwasem siarkowym i tylko w stanie stałym
Przykład 7.3. Stężony kwas siarkowy, w przeciwieństwie do rozcieńczonego, reaguje:
3) KNO 3 (telewizja);
Rozwiązanie. Obydwa kwasy reagują z KF, Na 2 CO 3 i Na 3 PO 4, a tylko H 2 SO 4 (stężony) reaguje z KNO 3 (stałym).
Odpowiedź: 3).
Metody wytwarzania kwasów są bardzo zróżnicowane.
Kwasy beztlenowe odbierać:
- poprzez rozpuszczenie odpowiednich gazów w wodzie:
HCl (g) + H 2 O (l) → HCl (p-p)
H 2 S (g) + H 2 O (l) → H 2 S (roztwór)
- z soli przez podstawienie silniejszymi lub mniej lotnymi kwasami:
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S
KCl (tv) + H2SO4 (stęż.) = KHSO4 + HCl
Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 SO 3
Kwasy zawierające tlen odbierać:
- poprzez rozpuszczenie odpowiednich tlenków kwasowych w wodzie, przy czym stopień utlenienia pierwiastka kwasotwórczego w tlenku i kwasie pozostaje taki sam (z wyjątkiem NO 2):
N2O5 + H2O = 2HNO3
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4
- utlenianie niemetali kwasami utleniającymi:
S + 6HNO 3 (stęż.) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
- poprzez wyparcie mocnego kwasu z soli innego mocnego kwasu (jeżeli wytrąci się osad nierozpuszczalny w powstałych kwasach):
Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 (rozcieńczony) = BaSO 4 ↓ + 2HNO 3
AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3
- poprzez zastąpienie lotnego kwasu z jego soli mniej lotnym kwasem.
W tym celu najczęściej stosuje się nielotny, termicznie stabilny stężony kwas siarkowy:
NaNO 3 (tv) + H 2 SO 4 (stęż.) NaHSO 4 + HNO 3
KClO 4 (tv) + H 2 SO 4 (stęż.) KHSO 4 + HClO 4
- wyparcie słabszego kwasu z jego soli przez mocniejszy kwas:
Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 = 3CaSO 4 ↓ + 2H 3 PO 4
NaNO2 + HCl = NaCl + HNO2
K 2 SiO 3 + 2HBr = 2KBr + H 2 SiO 3 ↓