Zapachowe obserwacje w chemii – najważniejsze substancje o charakterystycznym zapachu

Autor: dr Waldemar Grzesiak

Korekta językowa:  Tomasz Nowaczyk

Proszę Cytować jako: W. Grzesiak, „Zapachowe obserwacje w chemii. Najważniejsze substancje o charakterystycznym zapachu”, https://chemiadlamaturzysty.pl/zapachowe-obserwacje-w-chemii-najwazniejsze-substancje-o-charakterystycznym-zapachu/

Pamiętaj, że obserwacje w doświadczeniach chemicznych to nie tylko obserwacje dokonywane zmysłem wzroku. Nie zapominaj również o zmyśle zapachu. Poniżej znajduje się infografika z zapachami najważniejszych substancji.

Szybki sposób przerabiania równań reakcji z wersji z H+ na wersję z H3O+

Autor: dr Waldemar Grzesiak

Korekta językowa: Tomasz Nowaczyk

Proszę Cytować jako: W. Grzesiak, „Szybki sposób przerabiania równań reakcji z wersji z wersji z H+ na wersję z H3O+”, https://chemiadlamaturzysty.pl/jak-szybko-przerabiac-reakcje-z-h-na-h3o/

Zapewne nie raz spotkałeś się z zadaniami podobnymi do poniższych:

Dopisz odpowiednie reagenty do poniższego zapisu tak, aby przedstawiał on poprawne równanie reakcji chemicznej. Pamiętaj o dobraniu współczynników stechiometrycznych.

Mg + H3O+ Mg2+ + ? + ?

Al + H3O+ + ? [Al(H2O)6]3+ + ?

Albo:

Dokończ poniższe równanie połówkowe utlenienia, pamiętając że reagenty znajdują się w środowisku obojętnym, a cały kontekst zadania dotyczy teorii Brønsteda:

SO32– + H2O SO42– + 2e + ?

Problem z nimi miałeś taki, że o ile dałbyś radę zapisać/dokończyć te reakcje z H+ („ha plusami”), o tyle stworzenie podobnego zapisu w wersji Brønstedowej, czyli z jonami H3O+ zamiast H+, było już dla Ciebie nie lada wyzwaniem. A cała sprawa z tym związana jest banalnie prosta i można się tego nauczyć w sekund 5 🙂

Algorytm jest następujący:

Krok 1. Najpierw zapisz, dokończ lub uzupełnij te równania reakcji ze zwykłymi H+. Gdy w reakcji mają wystąpić jakieś akwakompleksy metali, na chwilę zastąp je uproszczonym symbolem kationu danego metalu. Wyglądałoby to tak:

Mg + H+ Mg2+ + H2

Al + H+ Al3+ + H2

SO32– + H2O SO42– + 2e + H+

Krok 2. Dobierz po obu stronach wszystkich równań reakcji odpowiednie współczynniki stechiometryczne, aby dla wszystkich równań reakcji było spełnione prawo zachowania masy i ładunku:

Mg + 2H+ Mg2+ + H2

2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2

SO32– + H2O SO42– + 2e + 2H+

Krok 3. Najpierw postaraj się utworzyć H3O+, tam gdzie trzeba. Pamiętaj, że każdy jeden H+ może być „wychwycony” przez jedną cząsteczkę wody wiązaniem koordynacyjnym i utworzyć jeden kation H3O+ (H+ + H2O H3O+).

Dodaj więc do obu stron równania danej reakcji takie same ilości cząsteczek wody, aby wystarczyły do „przereagowania” i utworzenia ze wszystkimi występującymi w tej reakcji H+ („ha plusami”):

2H2O + Mg + 2H+ Mg2+ + H2 + 2H2O

6H2O + 2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2 + 6H2O

2H2O + SO32– + H2O SO42– + 2e + 2H+ + 2H2O

Krok 4. Po tej stronie równania reakcji, po której występuje taka sama ilość H2O i H+, dokonaj zamiany tych drobin na taką samą liczbę kationów H3O+, zgodnie z zależnością:

H+ + H2O H3O+

Po tym kroku otrzymujemy:

Mg + 2H3O+ Mg2+ + H2 + 2H2O

2Al + 6H3O+ 2Al3+ + 3H2 + 6H2O

2H2O + SO32– + H2O SO42– + 2e + 2H3O+

Krok 5. Jeśli po tych czynnościach potrzebujesz jeszcze w pewnych reakcjach przerobić proste kationy metali na akwakompleksy, np. w reakcji drugiej trzeba przerobić Al3+ na kationy heksaakwaglinu, [Al(H2O)6]3+, to znowu do obu stron równania musimy dodać jednakową liczbę cząsteczek wody, aby po stronie, po której jest kation Al3+, można było utworzyć akwakompleksy.

W naszym przypadku w drugiej reakcji po prawej stronie są dwa kationy Al3+ i jest tam też już sześć cząsteczek wody. My musimy utworzyć dwa kationy [Al(H2O)6]3+. Potrzebujemy łącznie dwunastu cząsteczek wody po prawej stronie. Sześć już mamy. Potrzeba nam jeszcze kolejnych sześciu. Dodajemy więc do obu stron równania reakcji drugiej po sześć cząsteczek wody, otrzymując:

6H2O + 2Al + 6H3O+ 2Al3+ + 3H2 + 6H2O + 6H2O

Po prawej zamieniamy 2Al3+ oraz w sumie 12H2O na dwa kationy [Al(H2O)6]3+:

6H2O + 2Al + 6H3O+ 2[Al(H2O)6]3+ + 3H2

Ostatecznie, po kosmetycznych zmianach, mamy gotowe następujące trzy równania reakcji:

Mg + 2H3O+ Mg2+ + H2 + 2H2O
6H2O + 2Al + 6H3O+ 2[Al(H2O)6]3+ + 3H2
SO32– + 3H2O SO42– + 2e + 2H3O+

Proste, prawda? 😊

Kwasy Arrheniusa te istniejące i nieistniejące

Autor: dr Waldemar Grzesiak

Korekta językowa: 

Proszę Cytować jako: W. Grzesiak, „Kwasy Arrheniusa te istniejące i nieistniejące”, https://chemiadlamaturzysty.pl/kwasy-te-istniejace-i-nieistniejace

Kwasy Arrheniusa, które są podstawą klasyfikacji podczas omawiania systematyki związków nieorganicznych (tlenki, wodorotlenki, kwasy …) są jedną z kilku grup ważnych związków nieorganicznych. Tak się składa, że kwasy te trzeba znać, aby dobrze sobie radzić na polu tematyki związanej z solami. Jednak, jak to w chemii często bywa to, że jakaś sól pochodzi od kwasu X wcale nie oznacza, że kwas X może występować/został wyizolowany w stanie wolnym (w 100% czystej postaci). Poniżej w Tabelach: 1 oraz 2 zamieszczam przegląd/kompilację literaturową na temat istnienia/nie istnienia najpopularniejszych kwasów Arrheniusa (beztlenowych i tlenowych) łącznie z odnośnikami literaturowymi do kluczowych informacji.

 

 

 

 

 

 

Tabela 1. Istniejące i nieistniejące najważniejsze kwasy beztlenowe.

Kwasy beztlenowe (roztwory wodne odpowiednich wodorków) / wodorki
Wzór Czy istnieje w stanie wolnym (100%)?

Jeśli tak, to jaki jest jego stan skupienia w t = 25°C
i pod ciśnieniem p = 1013 hPa?

Czy istnieje w wodnych roztworach? Czy jego cząsteczki otrzymano w innych, specjalnych warunkach?

Uwagi

HF TAK (gaz) TAK nie dotyczy
HCl TAK (gaz) TAK, całkowicie zdysocjowany nie dotyczy
HBr TAK (gaz) TAK, całkowicie zdysocjowany nie dotyczy
HI TAK (gaz) TAK, całkowicie zdysocjowany nie dotyczy
H2S TAK (gaz) TAK nie dotyczy
HN3 TAK (ciecz twrz = 37°C) TAK nie dotyczy
HCN TAK (ciecz twrz = 25,7°C) TAK nie dotyczy
HSCN TAK (tautomeria) żółtawa oleista ciecz. Związek ten już powyżej temperatury topnienia ulega polimeryzacji i rozkładowi. TAK, stabilny w rozcieńczonych roztworach. Mimo, że jest określany, jako mocny kwas, jego stała dysocjacji nie jest tak duża, co pozwala przypuszczać, że w roztworach pływają niezdysocjowane cząsteczki HSCN, ale na maturę tego się nie ucz. 1. Preparatyka Brauera str. 669.

 

2. Beard, C. I.; Dailey, B. P. “The Structure and Dipole Moment of Isothiocyanic Acid”. The Journal of Chemical Physics. 18 (11) (1950): 1437.

Tabela 2. Istniejące i nieistniejące najważniejsze kwasy tlenowe.

Kwasy beztlenowe (roztwory wodne odpowiednich wodorków) / wodorki
Wzór Czy istnieje w stanie wolnym (100%)?

Jeśli tak, to jaki jest jego stan skupienia w t = 25°C
i pod ciśnieniem p = 1013 hPa ?

Czy istnieje w wodnych roztworach? Czy jego cząsteczki otrzymano w innych, specjalnych warunkach?

Uwagi

HF TAK (gaz) TAK nie dotyczy
HCl TAK (gaz) TAK, całkowicie zdysocjowany nie dotyczy
HBr TAK (gaz) TAK, całkowicie zdysocjowany nie dotyczy
HI TAK (gaz) TAK, całkowicie zdysocjowany nie dotyczy
H2S TAK (gaz) TAK nie dotyczy
HN3 TAK (ciecz twrz = 37°C) TAK nie dotyczy
HCN TAK (ciecz twrz = 25,7°C) TAK nie dotyczy
HSCN TAK (tautomeria) żółtawa oleista ciecz. Związek ten już powyżej temperatury topnienia ulega polimeryzacji i rozkładowi. TAK, stabilny w rozcieńczonych roztworach. Mimo, że jest określany, jako mocny kwas, jego stała dysocjacji nie jest tak duża, co pozwala przypuszczać, że w roztworach pływają niezdysocjowane cząsteczki HSCN, ale na maturę tego się nie ucz. 1. Preparatyka Brauera str. 669.

 

2. Beard, C. I.; Dailey, B. P. “The Structure and Dipole Moment of Isothiocyanic Acid”. The Journal of Chemical Physics. 18 (11) (1950): 1437.

 

Kwasy tlenowe
H2CO3 NIE, w stanie czystym, w tych warunkach nie istnieje i nie wiadomo, jaki byłby jego stan skupienia (prawdopodobnie ciecz). Cząsteczki tego kwasu są nietrwałe w roztworach wodnych. Mówiąc wodny roztwór kwasu węglowego i pisząc dla niego wzór H2CO3 mamy na myśli układ CO2(aq). Inne symboliczne oznaczenie: H2O∙CO2. Jednak dla zapisu pierwszego stopnia dysocjacji używamy symboliki:

H2CO3 → H+ + HCO3 (lub odpowiednia wersja Brønstedowa).

TAK

 

M. H. Moore; R. K. Khanna “Infrared and mass spectral studies of proton irradiated H2O + CO2 ice: Evidence for carbonic acid”, Spectrochimica Acta Part A. 47 (2) (1990) 255–262.

 

H2SO3 NIE, w stanie czystym, w tych warunkach nie istnieje i nie wiadomo, jaki byłby jego stan skupienia (prawdopodobnie ciecz). Cząsteczki tego kwasu są nietrwałe w roztworach wodnych. Mówiąc wodny roztwór kwasu siarkowego(IV) i pisząc dla niego wzór H2SO3 mamy na myśli układ SO2(aq). Inne symboliczne oznaczenie: H2O∙SO2. Jednak dla zapisu pierwszego stopnia dysocjacji używamy symboliki:

H2SO3 → H+ + HSO3 (lub odpowiednia wersja Brønstedowa).

TAK

 

D. Sülzle; M. Verhoeven; J. K. Terlouw; H. Schwarz, “Generation and Characterization of Sulfurous Acid (H2SO3) and of Its Radical Cation as Stable Species in the Gas Phase”. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 27 (11) (1988). 1533–4.

H2SO4 TAK, oleista ciecz. TAK, tyle, że ze względu na to, iż na pierwszym stopniu dysocjacji jest mocnym elektrolitem w roztworach wodnych nie istnieją niezdysocjowane cząsteczki H2SO4. nie dotyczy

 

HNO2 NIE, próby zatężania kończą się dysproporcjonowaniem:

3HNO2 → HNO3 + 2NO + H2O

Nie wiadomo, jaki byłby jego stan skupienia, gdyby istniał w czystej postaci (prawdopodobnie ciecz).

TAK w niskich temperaturach, zwykle w preparatyce otrzymywany in situ w 0°C. nie dotyczy
HNO3 TAK, bezbarwna ciecz, która ze względu na powolny rozkład przybiera żółte lub brunatne zabarwienie. TAK, mimo, że jest mocnym kwasem jego stała dysocjacji nie jest tak duża, co pozwala przypuszczać, że w odpowiednio stężonych roztworach pływają niezdysocjowane cząsteczki HNO3, ale na maturę tego się nie ucz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nie dotyczy
HPO3 NIE, jest to empiryczny wzór cyklicznych kwasów metafosforowych (HPO3)n, który to na chwilę obecną w polskiej dydaktyce pełni rolę podobną do tej, jak kiedyś masowo w książkach symbolizowało się tlenek fosforu(V) wzorem P2O5. Istniejące i dobrze scharakteryzowane są kwasy metafosforowe(V), dla n = 3 i 4, tj. kwas trimetafosforowy (cyklo-trifosforowy), (HPO3)3 oraz kwas tetrametafosforowy (cyklo-tetrafosforowy), (HPO3)4.

W powyższych warunkach występują jako bezbarwne, szkliste ciała stałe.

TAK, cykliczne kwasy metafosforowe nie dotyczy

 

H3PO4 TAK, bezbarwne/białe ciało stałe. TAK nie dotyczy
H4P2O7 TAK, bezbarwne/białe ciało stałe. TAK nie dotyczy
H3PO2 TAK, bezbarwne ciało stałe rozpływające się w bezbarwną ciecz. TAK Preparatyka Brauera str.555.

 

H3PO3 TAK, bezbarwne/białe ciało stałe. TAK Preparatyka Brauera str.554.

 

H3BO3 TAK, bezbarwne/białe ciało stałe. TAK, ale stosunkowo słabo rozpuszczalny w wodzie w temp. pokojowej nie dotyczy
H2SiO3 Ciało stałe, trudno rozpuszczalne w wodzie. Symboliczne oznaczenie tzw. kwasów polikrzemowych lub inaczej różnych form uwodnionego tlenku SiO2 o ogólnym wzorze: [SiOx(OH)4−2x]n (n=1) lub SiO2∙nH2O (n=1) lub SiO2∙H2O. Nie istnieje czysty związek o wzorze H2SiO3.

 

 

 

 

 

 

 

NIE, trudno rozpuszczalny w wodzie nie dotyczy

 

H4SiO4 Ciało stałe, trudno rozpuszczalne w wodzie. Symboliczne oznaczenie tzw. kwasów polikrzemowych lub inaczej różnych form uwodnionego tlenku SiO2 o ogólnym wzorze: [SiOx(OH)4−2x]n (n=0) lub SiO2∙nH2O (n=2) lub SiO2∙2H2O. Nie istnieje czysty związek o wzorze H4SiO4. NIE, trudno rozpuszczalny w wodzie nie dotyczy
H2S2O3 (izomeria O-kwas, S-kwas). Otrzymany w środowisku bezwodnym. W środowisku wodnym nietrwały, rozkłada się zgodnie z równaniem:

H2S2O3 → H2O + SO2+ S

1. Schmidt, Max, “Über Säuren des Schwefels. I. Zur Kenntnis der wasserfreien Thioschwefelsäure”, Z. Anorg. Allg. Chem., 289 (1957) 141–57,

 

2. Miaskiewicz, Karol; Steudel, Ralf , “The Structures of Thiosulfuric Acid H2S2O3 and Its Monoanion HS2O3“, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 31 (1) (1992) 58–59,

HClO NIE, w stanie czystym, w tych warunkach nie istnieje i nie wiadomo, jaki byłby jego stan skupienia (prawdopodobnie ciecz). TAK, istnieje w wodnych roztworach, słaby kwas nie dotyczy
HClO2 NIE, w stanie czystym, w tych warunkach nie istnieje i nie wiadomo, jaki byłby jego stan skupienia (prawdopodobnie ciecz). TAK, istnieje w wodnych roztworach, słaby kwas nie dotyczy
HClO3 NIE, w stanie czystym, w tych warunkach nie istnieje i nie wiadomo, jaki byłby jego stan skupienia (prawdopodobnie ciecz).

 

 

 

 

 

TAK, mimo, że jest określany czasem  jako mocny kwas, jego stała dysocjacji nie jest tak duża, co pozwala przypuszczać, że w odpowiednio stężonych roztworach pływają niezdysocjowane cząsteczki HClO3, ale na maturę tego się nie ucz.

 

nie dotyczy

 

HClO4 TAK, bezbarwna ciecz. TAK, ale jest to jeden z najmocniejszych kwasów, więc w roztworach wodnych występuje, jako całkowicie zdysocjowany nie dotyczy
HMnO4 TAK, ciało stałe zarówno jako bezwodny związek, jak i dihydrat. TAK, tyle, że jako mocny kwas jest w pełni zdysocjowany w roztworach wodnych. Frigerio, Norman A. ,“Preparation and properties of crystalline permanganic acid”. Journal of the American Chemical Society. 91 (22) (1969), 6200–1.

 

Twardszymi dowodami byłyby dowody spektroskopowe lub lepiej krystalograficzne, jednak takowych nie znalazłem.

H2MnO4 NIE NIE, w roztworach wodnych aniony MnO42- ulegają dysproporcjonowaniu już w środowisku obojętnym, a w środowisku kwasowym to już tym bardziej:

3MnO42- + 4H+ → MnO2 + 2MnO4 + 2H2O

 

NIE
H2CrO4 NIE, wszelkie odwodnienia w kwasowym środowisku prowadzą do powstania CrO3. Nie wiadomo w takim razie, jaki byłby jego stan skupienia w stanie czystym. NIE, różne równowagi kwasowo-zasadowe w roztworze wodnym w zależności od pH, możliwość występowania w roztworach wodnych jako HCrO4 oraz CrO42-. nie dotyczy
H2Cr2O7 NIE, wszelkie odwodnienia w kwasowym środowisku prowadzą do powstania CrO3. Nie wiadomo w takim razie, jaki byłby jego stan skupienia w stanie czystym. NIE, różne równowagi kwasowo-zasadowe w roztworze wodnym w zależności od pH, możliwość występowania w roztworach wodnych jako Cr2O72-. nie dotyczy