Kwas węglowy, kwas siarkowy(IV), woda amoniakalna, tlenek węgla(IV), tlenek siarki(IV) oraz amoniak w chemii oraz w zadaniach maturalnych.

[vc_row][vc_column][vc_column_text]

W warunkach temperatury pokojowej (okolice 25°C) oraz pod ciśnieniem atmosferycznym (okolice p = 1013 hPa) istnieją stabilne cząsteczki tlenku węgla(IV), tlenku siarki(IV) oraz amoniaku. Wszystkie wymienione substancje są w tych warunkach gazami. Nie istnieją jednak w roztworach wodnych substancje określane powszechnymi nazwami: „kwas węglowy” i „kwas siarkowy(IV)”[1] oraz substancja o „zakazanej nazwie”: wodorotlenek amonowy (którą pozwoliłem sobie przekreślić, aby maturzysta nie przykładał do tej błędnej nazwy większej uwagi). W związku z powyższym nie powinno się używać nazwy: “kwas węglowy”, “kwas siarkowy(IV)”, wodorotlenek amonu, a raczej wodny roztwór odpowiednio tlenku węgla(IV) (symbolika CO2(aq)), wodny roztwór tlenku siarki(IV) (symbolika SO2(aq)), wodny roztwór amoniaku tudzież woda amoniakalna (symbolika NH3(aq)).

Jednak w zadaniach maturalnych musimy w jakiś sposób wymienione wcześniej substancje jakoś symbolizować wzorami, możliwie najbardziej odwzorowującymi ich rzeczywistą postać (lub drobiny z nich powstające w roztworach wodnych z zachowaniem pewnych ogólnych zasad systematyki związków nieorganicznych), we wspomnianych wcześniej warunkach. Użyte wzory oraz symbolika zostanie później porównana ze wzorami/symboliką zawartą w Zasadami Oceniania w arkuszach maturalnych z chemii w różnych latach.

Najpierw jednak powiedzmy sobie, czym są tak naprawdę wspomniane na wstępie tytułowe substancje w rzeczywistości w roztworach wodnych wodnym.

 

  1. Kwas węglowy – wodny roztwór tlenku węgla(IV) CO2(aq), którym to woda jest mniej lub bardziej nasycona. W przypadku dużego wysycenia da się wykryć kwasowy odczyn tego wodnego roztworu spowodowany obecnością jonów H3O+ w roztworze, a poza tym w roztworze będą obecne jony: HCO3(aq), CO32-(aq) oraz hydratowane cząsteczki CO2xH2O (lub H2O∙CO2 lub CO2∙H2O). Nie są to jednak typowe hydraty o ściśle określonym składzie, które można wyizolować z roztworu wodnego w formie czystej substancji. W ziemskich warunkach ten kwas nie istnieje, ale w specjalnych warunkach jego obecność została wykazana[1].
  2. Kwas siarkowy(IV) – wodny roztwór tlenku siarki(IV) SO2(aq), którym to woda jest mniej lub bardziej nasycona. W przypadku dużego wysycenia da się wykryć kwasowy odczyn tego wodnego roztworu spowodowany obecnością jonów H3O+ w roztworze, a poza tym w roztworze będą obecne jony: HSO3(aq), SO32-(aq) oraz hydratowane cząsteczki SO2xH2O (lub H2O∙SO2 lub SO2∙H2O). Nie są to jednak typowe hydraty o ściśle określonym składzie, które można wyizolować z roztworu wodnego w formie czystej substancji.  W ziemskich warunkach ten kwas nie istnieje, ale w specjalnych warunkach jego obecność została wykazana[1].
  3. Woda amoniakalna – wodny roztwór amoniaku NH3(aq), którym to woda jest mniej lub bardziej nasycona. W przypadku nawet niskiego wysycenia da się wykryć zasadowy odczyn tego wodnego roztworu spowodowany obecnością jonów OH(aq) w roztworze, a poza tym w roztworze będą obecne jony NH4+(aq), oraz hydratowane cząsteczki NH3xH2O (lub NH3∙H2O). Nie są to jednak typowe hydraty o ściśle określonym składzie, które można wyizolować z roztworu wodnego w formie czystej substancji.

Podsumowując: we wspomnianych roztworach wodnych pod ciśnieniem atmosferycznym oraz w temperaturach ziemskich nie istnieją cząsteczki, które można byłoby opisać wzorami: H2CO3, H2SO3, czy NH4OH, przy czym ten ostatni jest szczególnie „niemile widziany”.

Kwas węglowy, kwas siarkowy(IV) oraz woda amoniakalna w zadaniach z arkuszy maturalnych.

Są jednak sytuacje, które z dydaktycznego punktu widzenia wymagają symbolizowania w różny sposób tych nieistniejących w warunkach ziemskich drobin z wyjątkiem NH4OH, który w dydaktyce jest w porównaniu do swoich poprzedników znacznie bardziej “dyskryminowany”, a wynika to tylko z tego, że w żadnych innych warunkach, eksperymentach, we wszechświecie nie wykazano istnienia substancji o wzorze NH4OH.

Poniżej przedstawiono analizę zalecanej symboliki w takich sprawach zawartą w Zasadach Oceniania Arkuszy maturalnych z chemii oraz w oryginalnych arkuszach z chemii począwszy od Informatorów Maturalnych do podstawy 2015 (Informator Maturalny 2014/2015, Przykładowy zestaw zadań Grudzień 2013, Przykładowy Arkusz Egzaminacyjny Grudzień 2014 oraz wszystkie dotychczasowe Arkusze maturalne majowe i czerwcowe począwszy od 2015 roku do 2021 roku, ale wyłącznie te z formuły 2015). Pokazano tylko fragmenty tych arkuszy (i zasad oceniania), gdzie tematyka była związana z przedstawionymi tutaj zagadnieniami.

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Maj 2015, Zadanie 15:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”682″ img_size=”full” alignment=”center”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”683″ img_size=”full” alignment=”center”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Maj 2016, Zadanie 8:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”702″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Maj 2016, Zadanie 13:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”704″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Czerwiec 2016, Zadania 18-20:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”707″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”709″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”711″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Maj 2017, Zadanie 36.2:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”716″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”717″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”718″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Maj 2018, Zadanie 8.3:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”720″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”721″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Czerwiec 2018, Zadanie 11.2:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”724″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”725″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Maj 2019, Zadanie 10.2:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”727″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”728″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Maj 2019, Zadanie 18.3:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”731″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”732″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”733″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

„Maj 2020” (I termin), Zadanie 21:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”735″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”736″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”737″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Diagnostyczny Marzec 2021, Zadanie 11.1:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”740″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”741″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Maj 2021, Zadanie 11.2:

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”745″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”746″ img_size=”full”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Dobrze, zatem w jakich sytuacjach stosować, jakie wzory?

H2CO3 – mimo, że w ziemskich warunkach nie istnieje taka drobina moglibyśmy użyć tego zapisu jeśli np. zadanie maturalne każe nam narysować wzór elektronowy/strukturę tego czegoś. Dodatkowo wzór ten mógł być używany w przypadku zapisu równań reakcji hydrolizy węglanów w sumarycznej reakcji hydrolizy anionowej:

CO32-+ 2H2O → H2CO3 + 2OH

Patrz Zasady Oceniania z maja 2018 r. 

Ja jednak w przypadku hydrolizy dwuetapowej węglanów zalecałbym bezpieczniejszy zapis:

CO32-+2H2O → CO2 ∙ H2O + 2OH

A jeszcze lepiej (ale zawsze sprawdź treść polecenia w zadaniu) zapisałbym osobno oba etapy hydrolizy:

CO32-+ H2O → HCO3 + OH

HCO3+ H2O → H2O∙CO2 + OH

W przypadku projektowania doświadczeń, w których działamy mocniejszym kwasem na sól – węglan lub wodorowęglan powiedzmy sodu w celu wywnioskowania po obserwacjach (wydzielają się pęcherzyki gazu), że kwas węglowy jest nietrwałym kwasem Arrheniusa po stronie produktów należy zastosować wyłącznie zapis H2O + CO2, a nie H2O∙CO2, czy H2CO3 (kolokwialne, uproszczone wyjaśnienie: „plus” nie trzyma CO2 i pozwala mu się wydzielać, a kropka adduktowa „trzyma” substancję w układzie):

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2 (↑)

NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2 (↑)

Gdy z kolei trzeba będzie wykazać, że kwas węglowy jako kwas Arrheniusa jest kwasem mocniejszym od np. fenolu, wtedy równania odpowiednich reakcji zachodzących w roztworze wodnych należałoby zapisywać następująco:

H2O+CO2(g) + C6H5ONa(aq) → C6H5OH + NaHCO3(aq)

H2O∙CO2 + C6H5ONa(aq) → C6H5OH + NaHCO3(aq)

Wyjątkowo w jednym z arkuszy była dopuszczalna odpowiedź z jawnym zapisem H2CO3 po stronie substratów ze względu na cytuję:

„Uwaga! Ponieważ zadanie dotyczy właściwości kwasu węglowego, wyjątkowo zdający nie traci punktu za użycie zapisu: H2CO3 zamiast CO2 + H2O”.

Zalecam nie przyswajać sobie odpowiedzi dopuszczalnych! Jednego roku będą zaliczane, w innym zaś nie.

H2SO3 – mimo, że w ziemskich warunkach nie istnieje taka drobina moglibyśmy użyć tego zapisu jeśli np. zadanie maturalne każe nam narysować wzór elektronowy/strukturę tego czegoś. Dodatkowo wzór ten mógł być używany w przypadku zapisu równań reakcji hydrolizy węglanów w sumarycznej, dwuetapowej reakcji hydrolizy anionowej:

SO32- + 2H2O → H2SO3 + 2OH

Analogicznie jak to było poprzednio w przypadku kwasu węglowego (patrz Zasady Oceniania z maja 2018 r.).

Ja jednak w przypadku hydrolizy dwuetapowej siarczanów(IV) zalecałbym bezpieczniejszy zapis:

SO32- + 2H2O → SO2 ∙ H2O + 2OH

A jeszcze lepiej (ale zawsze sprawdź treść polecenia w zadaniu) zapisałbym osobno oba etapy hydrolizy:

SO32- + H2O → HSO3 + OH

HSO3+ H2O → H2O ∙ SO2 + OH

W przypadku projektowania doświadczeń, w których działamy mocniejszym kwasem na sól – siarczan(IV) lub wodorosiarczan(IV) powiedzmy sodu w celu wywnioskowania po obserwacjach (wydzielają się pęcherzyki gazu o charakterystycznym, ostrym zapachu), że kwas siarkowy(IV) jest nietrwałym kwasem Arrheniusa po stronie produktów należy zastosować wyłącznie zapis H2O + SO2, a nie H2O∙SO2, czy H2SO3 (uproszczone wyjaśnienie jak przy kwasie węglowym):

Na2SO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + SO2 (↑)

NaHSO3 + HCl → NaCl + H2O + SO2 (↑)

Gdy z kolei trzeba będzie wykazać, że kwas siarkowy(IV) jako kwas Arrheniusa jest kwasem mocniejszym od np. fenolu, wtedy równania odpowiednich reakcji zachodzących w roztworze wodnych należałoby zapisywać następująco:

H2O(c)+ SO2(g) + 2C6H5ONa(aq) → 2C6H5OH + Na2SO3(aq)

H2O ∙ SO2 + 2C6H5ONa(aq) → 2C6H5OH + Na2SO3(aq)

Na podstawie poprzednio wymienionej uwagi do dopuszczalnej odpowiedzi w przypadku analogicznej sytuacji z kwasem węglowym można byłoby sądzić, że w podobnie skonstruowanym zadaniu z kwasem siarkowym(IV) byłaby zaliczana również odpowiedź z zapisem H2SO3 po stronie substratów.

Zalecam nie przyswajać sobie odpowiedzi dopuszczalnych! Jednego roku będą zaliczane, w innym zaś nie.

NH4OH – taka drobina nie istnieje w warunkach ziemskich, ani w żadnych innych i nigdy nie zdarzy się sytuacja, aby narysować jej wzór elektronowy lub strukturę. Powyższa drobina nie może się również pojawić w równaniach procesów hydrolizy kationu amonowego i ogólnie – nie może się pojawić NIGDY W TEJ POSTACI I KONIEC KROPKA!

W przypadku zapisu równań reakcji hydrolizy soli amonowych możemy użyć następujących zapisów równań reakcji:

NH4+ + H2O → NH3 ∙ H2O + H+

NH4+ + H2O → NH3 + H3O+

NH4+ + 2H2O → NH3 ∙ H2O + H3O+

Gdy wodę amoniakalną wykorzystuje się jako substrat w reakcjach np. z kwasami lub w reakcjach otrzymywania aminakompleksów, wtedy możemy stosować zarówno wersję zapisu NH3(aq) , jak i NH3∙H2O:

NH3(aq) + HCl(aq) → NH4Cl(aq)

NH3 ∙ H2O + HCl(aq) → NH4Cl(aq) + H2O

4NH3(aq) + Zn(OH)2 (↓) → [Zn(NH3)4](OH)2(aq)

4(NH3 ∙ H2O) + Zn(OH)2 (↓) → [Zn(NH3)4](OH)2(aq) + 4H2O

Z kolei w przypadku projektowania doświadczeń, w których działamy stężonym roztworem mocnej zasady na sól amonową w stanie stałym (dążymy to ograniczenia obecność wody, gdyż amoniak bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie) w celu wywnioskowania po obserwacjach (wydziela się gaz o charakterystycznym ostrym zapachu, który powoduje zmianę zabarwienia zwilżonego, żółtego papierka uniwersalnego u wylotu np. probówki na niebieską), że amoniak jest słabą zasadą, po stronie produktów należy zastosować wyłącznie zapis NH3(↑) + H2O, a nie NH3∙H2O:

NH4Cl(s) + NaOH(stęż.) → NH3 (↑) + H2O + NaCl (s/aq)

Jeśli wymienione tlenki i wodorek są wykorzystywane po stronie substratów lub produktów w reakcjach w fazie gazowej to prawidłowe zapisy to tylko: CO2, SO2, NH3, z ewentualnymi indeksami dolnymi: CO2(g), SO2(g), NH3(g),

Jeśli w formie roztworów wodnych to najlepiej w postaci odpowiednio: H2O∙CO2, H2O∙SO2 oraz NH3∙H2O (mimo, że w roztworze nie występują tylko drobiny podanych substancji w formie adduktów z wodą w stosunku 1:1) lub w postaci zapisów: CO2(aq), SO2(aq), NH3(aq), np.:

Oczywiście może się zdarzyć, że CO2, SO2, NH3 zostały użyte w zupełnie innym stanie skupienia, niż jesteśmy przyzwyczajeni, czyli np. stały CO2, tzw. suchy lód – CO2(s), ciekły tlenek siarki(IV), czyli SO2(c) oraz ciekły amoniak, czyli NH3(c), np. w reakcji autoprotolizy:

NH3(c) + NH3(c) ⇄ NH4+(sol) + NH2(sol)

gdzie skrót „(sol)” oznacza amoniakalny roztwór danej drobiny (dana drobina jest solwatowana przez cząsteczki ciekłego amoniaku).

[1] W. Grzesiak, „Kwasy Arrheniusa te istniejące i nieistniejące”, https://chemiadlamaturzysty.pl/kwasy-te-istniejace-i-nieistniejace

[/vc_column_text][vc_column_text]

Uwagi do użytych wyrazów lub całych sformułowań w powyższym tekście:

Gaz (CO2, SO2, NH3), którym to woda jest mniej lub bardziej nasycona – wyrażenie w tym kontekście nie ma nic wspólnego z definicją roztworu nasyconego. Wyrażenie określa większe lub mniejsze stężenie gazu w wodzie w danej temperaturze.

Na maturze pisz zawsze równania hydrolizy anionowej (aniony o ładunku bezwzględnym większym niż 1) etapowo, a nie od razu z 2, 3 itd. cząsteczkami wody.

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]

Proszę Cytować jako: W. Grzesiak, „Kwas węglowy, kwas siarkowy(IV), woda amoniakalna, tlenek węgla(IV), tlenek siarki(IV) oraz amoniak w chemii oraz w zadaniach maturalnych.”, https://chemiadlamaturzysty.pl/kwas-weglowy-kwas-siarkowyiv-woda-amoniakalna-tlenek-weglaiv-tlenek-siarkiiv-oraz-amoniak-w-chemii-oraz-w-zadaniach-maturalnych/

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]

Z serii obalamy szkolne mity – liczby masowe można odczytać z układu okresowego?

[vc_row][vc_column][vc_column_text]

  1. Maturalne Układy Okresowe nie zawierają wartości liczb masowych (A). Nie ma ich również w Układach Okresowych z podręczników szkolnych (poziom szkoły średniej). Istnieją wyspecjalizowane Układy Okresowe, które zawierają te liczby masowe (bardziej w wyspecjalizowanych tablicach chemicznych).
  2. W ogólności zaokrąglanie masy atomowej z maturalnego Układu Okresowego (średniej ważonej średniego składu izotopowego) do liczby naturalnej, nie ma fizycznego sensu. Otrzymujesz jakąś tam, nic nieznaczącą liczbę naturalną, której nie można interpretować jako liczby masowej. Pierwszy, lepszy przykład: naturalny brom występuje w przyrodzie w formie dwóch izotopów 79Br oraz 81Br. Średnia ważona średniego składu izotopowego, czyli kolokwialnie mówiąc, masa atomowa bromu wpisana do maturalnego Układu Okresowego wynosi: M = 79,90 u. Zaokrąglenie tej wartości zgodnie z regułami matematyki daje wartość 80, która nie jest żadną z liczb masowych żadnego z dwóch izotopów występujących w przyrodzie!
  3. Jeśli masz wiedzę, że dany pierwiastek jest tzw. pierwiastkiem mononuklidowym (np. informacja wstępna z zadania, inne źródła danych), to wtedy matematyczne zaokrąglenie podanej w Układzie Okresowym masy atomowej daje liczbę naturalną będącą wyjątkowo liczbą masową jednego, jedynego nuklidu danego pierwiastka mononuklidowego, np.

MNa = 23,00 u => A = 23 => jedyny, naturalny nuklid: 23Na

MAl = 26,98 u =>  A = 27 => jedyny, naturalny nuklid: 27Al

MF = 19,00 u => A = 19 => jedyny, naturalny nuklid: 19F                                         …itd.

Powyższa zasada nie działa w przeciwnym kierunku, tzn. jeśli masa atomowa jakiegoś pierwiastka w Układzie Okresowym jest liczbą bardzo zbliżoną do liczby naturalnej, to ten pierwiastek jest mononuklidowy !

Wyjaśnienie poniżej:

Definicja: Pierwiastek mononuklidowy to pierwiastek, który występuje w przyrodzie (czy to w wolnej postaci, czy w formie związków chemicznych) w postaci TYLKO JEDNEGO, JEDYNEGO NUKLIDU O ŚCIŚLE OKREŚLONEJ LICZBIE MASOWEJ.

Dodatkowo stosując maturalne uproszczenie, pomijające masę elektronów i efekt związany z defektem masy mamy:

Stąd otrzymujemy, dlaczego dla pierwiastków mononuklidowych tak można robić, a dla nie mononuklidowych nie.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]Proszę Cytować jako: W. Grzesiak, „Z serii obalamy szkolne mity – liczby masowe można odczytać z układu okresowego?”, https://chemiadlamaturzysty.pl/z-serii-obalamy-szkolne-mity-liczby-masowe-mozna-odczytac-z-ukladu-okresowego/[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]

Zapachowe obserwacje w chemii – najważniejsze substancje o charakterystycznym zapachu

[vc_row][vc_column][vc_column_text]Zapachowe obserwacje w chemii, które wykrywamy za pomocą zmysłu węchu, są równie ważne, jak obserwacje wzrokowe. Obowiązujące na maturze związki pod względem zapachu są tak charakterystyczne, że nie można ich pomylić z niczym innym, a tym bardziej nie można o nich zapomnieć ucząc się do matury. Zerknij na poniższy obrazek, a zapewne szybko sobie przyswoisz wszystkie zapachy. Zwróć szczególną uwagę na zapach „octu”. Dodatkowo warto zwrócić uwagę na związki z charakterystycznym zapachem migdałowym.

Pamiętaj, że brak objawów nie zawsze wskazuje, że reakcja nie zachodzi, a pojawienie się objawów zawsze wskazuje, że reakcja lub przemiana fizyczna zaszła.[/vc_column_text][vc_empty_space height=”24px”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_single_image image=”344″ img_size=”large”][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]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/[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]

Jak szybko przerabiać reakcję z wersji z H+ na wersję z H3O+

[vc_row][vc_column][vc_column_text]Zapewne nie raz spotkałeś się z zadaniami podobnymi do poniższych:[/vc_column_text][vc_column_text]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+ + ?
[/vc_column_text][vc_column_text]Albo:[/vc_column_text][vc_column_text]Dokończ poniższe równanie połówkowe utlenienia, pamiętając że reagenty znajdują się w środowisku obojętnym, a cały kontekst zadania dotyczy teorii Brønsteda:

SO32– + H2O SO42– + 2e + ?[/vc_column_text][vc_column_text]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 🙂
[/vc_column_text][vc_column_text]Algorytm jest następujący:[/vc_column_text][vc_column_text]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:[/vc_column_text][vc_column_text]Mg + H+ Mg2+ + H2

Al + H+ Al3+ + H2

SO32– + H2O SO42– + 2e + H+
[/vc_column_text][vc_column_text]Krok 2. Dobierz po obu stronach wszystkich równań reakcji odpowiednie współczynniki stechiometryczne, aby dla wszystkich równań reakcji było spełnione prawo zachowania masy i ładunku:[/vc_column_text][vc_column_text]Mg + 2H+ Mg2+ + H2

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

SO32– + H2O SO42– + 2e + 2H+
[/vc_column_text][vc_column_text]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+).[/vc_column_text][vc_column_text]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”):[/vc_column_text][vc_column_text]2H2O + Mg + 2H+ Mg2+ + H2 + 2H2O

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

2H2O + SO32– + H2O SO42– + 2e + 2H+ + 2H2O
[/vc_column_text][vc_column_text]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:[/vc_column_text][vc_column_text]H+ + H2O H3O+
[/vc_column_text][vc_column_text]Po tym kroku otrzymujemy:
[/vc_column_text][vc_column_text]Mg + 2H3O+ Mg2+ + H2 + 2H2O

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

2H2O + SO32– + H2O SO42– + 2e + 2H3O+
[/vc_column_text][vc_column_text]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.[/vc_column_text][vc_column_text]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:[/vc_column_text][vc_column_text] 6H2O + 2Al + 6H3O+ 2Al3+ + 3H2 + 6H2O + 6H2O
[/vc_column_text][vc_column_text]Po prawej zamieniamy 2Al3+ oraz w sumie 12H2O na dwa kationy [Al(H2O)6]3+:[/vc_column_text][vc_column_text]6H2O + 2Al + 6H3O+ 2[Al(H2O)6]3+ + 3H2[/vc_column_text][vc_column_text]Ostatecznie, po kosmetycznych zmianach, mamy gotowe następujące trzy równania reakcji:[/vc_column_text][vc_column_text]Mg + 2H3O+ Mg2+ + H2 + 2H2O
6H2O + 2Al + 6H3O+ 2[Al(H2O)6]3+ + 3H2
SO32– + 3H2O SO42– + 2e + 2H3O+ [/vc_column_text][vc_column_text]Proste, prawda? 😊[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]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/[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]

Kwasy Arrheniusa te istniejące i nieistniejące

[vc_row][vc_column][vc_column_text]

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

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

error: To dzieło jest chronione prawem autorskim!!