Chemia_blog

[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 CO_2(aq)), wodny roztwór tlenku siarki(IV) (symbolika SO_2(aq)), wodny roztwór amoniaku tudzież woda amoniakalna (symbolika NH_3(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) CO_2(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), CO₃^2-_(aq) oraz hydratowane cząsteczki CO₂∙xH₂O (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) SO_2(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), SO₃^2-_(aq) oraz hydratowane cząsteczki SO₂∙xH₂O (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 NH_3(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 NH₃∙xH₂O (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:

CO₃^2-+ 2H₂O → H₂CO₃ + 2OH^–

Patrz Zasady Oceniania z maja 2018 r. 

Ja jednak w przypadku hydrolizy dwuetapowej węglanów zalecałbym bezpieczniejszy zapis:

CO₃^2-+2H₂O → CO₂ ∙ H₂O + 2OH^–

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

CO₃^2-+ 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∙CO_2, 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+CO_2(g) + C₆H₅ONa_(aq) → C₆H₅OH + NaHCO_3(aq)

H₂O∙CO₂ + C₆H₅ONa_(aq) → C₆H₅OH + NaHCO_3(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:

SO₃^2- + 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:

SO₃^2- + 2H₂O → SO₂ ∙ H₂O + 2OH^–

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

SO₃^2- + 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∙SO_2, 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)+ SO_2(g) + 2C₆H₅ONa_(aq) → 2C₆H₅OH + Na₂SO_3(aq)

H₂O ∙ SO₂ + 2C₆H₅ONa_(aq) → 2C₆H₅OH + Na₂SO_3(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 NH_3(aq) , jak i NH₃∙H₂O:

NH_3(aq) + HCl_(aq) → NH₄Cl_(aq)

NH₃ ∙ H₂O + HCl_(aq) → NH₄Cl_(aq) + H₂O

4NH_3(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: CO_2(g), SO_2(g), NH_3(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: CO_2(aq), SO_2(aq), NH_3(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 – CO_2(s), ciekły tlenek siarki(IV), czyli SO_2(c) oraz ciekły amoniak, czyli NH_3(c), np. w reakcji autoprotolizy:

NH_3(c) + NH_3(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]

[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.

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

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

M_F = 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]

[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]

[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:

SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 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

SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 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

SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 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 + SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 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 + SO₃^2– + H₂O → SO₄^2– + 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
SO₃^2– + 3H₂O → SO₄^2– + 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]

[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]