Hydroksosole

Hydroksosole można opisać jako sole, które zawierają oprócz kationu metalu i anionu reszty kwasowej również grupę wodorotlenową ${\text{OH}}^{-}$. Najczęściej wykazują odczyn zasadowy i reagują z kwasami tworząc sole. Są to ciała stałe słabo rozpuszczalne w wodzie. W stanie stopionym wykazują słabe właściwości przewodnictwa elektrycznego.

Wzór ogólny hydroksosoli to:

$E_{\mathrm{x}}{R}_{\mathrm{z}}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{\mathrm{y}}$

Gdzie:

• $x$, $y$, $z$ oznaczają współczynniki stechiometryczne.

Nazewnictwo hydroksosoli

Jedną z metod tworzenia nazw systematycznych hydroksosoli jest podawanie nazwy kationu i anionu, wchodzącego w skład soli. Pomiędzy nazwą kationu i anionu dodaje się słowo „wodorotlenek”, ewentualnie poprzedzone w określonym przypadku przedrostkiem np. „di-”.

Przykłady:

• ${\text{AlBr(OH)}}_2$ – bromek diwodorotlenek glinu;

• ${\text{Mg}}_2{\text{SO}}_4{\text{(OH)}}_2$ – siarczan(VI) wodorotlenek magnezu;

• ${\text{FeNO}}_3{\text{(OH)}}_2$ – azotan(V) diwodorotlenek żelaza(III).

Otrzymywanie

Hydroksosole można otrzymać kilkoma metodami. Jedną z nich jest reakcja zaobojętnienia kwasów z zasadami zawierającymi w swojej budowie więcej niż jedną grupę wodorotlenową, czyli wodorotlenkami polihydroksylowymi.

$\mathrm{Mg}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+\mathrm{HCl}\to \mathrm{Mg}\mathrm{Cl}\left(\mathrm{OH}\right)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Drugą metodą otrzymywania są reakcje soli z zasadą.

${\mathrm{BaCO}}_3+\mathrm{Ba}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2\to {\mathrm{Ba}}_2{{\mathrm{CO}}_3\left(\mathrm{OH}\right)}_2$

Ostatnią drogą otrzymywania hydroksosoli są reakcje wodorotlenków z tlenkami kwasowymi.

$2 \mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{CO}}_2\to {\mathrm{Cu}}_2{{\mathrm{CO}}_3\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Slajd 1 z 2

R1PWhqtNYlA1g

Zdjęcie przedstawia zielone kryształy występujące w skupieniu o pokroju igiełkowym.

Rdp5EIiSnFTei

Zdjęcie przedstawia żółty kryształ osadzony na jasnym kamieniu. Kryształ jest półprzezroczysty.

Występowanie i zastosowania hydroksosoli

Hydroksosól o nazwie heksaortofosforan diwodorotlenek dekawapnia
(${\text{Ca}}_{10}{\text{(PO}}_4{\text{)}}_6{\text{(OH)}}_2$) to inaczej minerał o potocznej nazwie „hydroksyapatyt”. Jest on składnikiem budulcowym zębów i kości. Występuje w stanie wolnym w przyrodzie.

Malachit to występujący w przyrodzie minerał z gromady węglanów. Jest to węglan wodorotlenek miedzi(II) o wzorze ${\text{Cu}}_2{\text{CO}}_3{\text{(OH)}}_2$ z domieszkami tlenków wapnia, cynku i krzemu. Związek ten jest również jednym z głównych składników patyny (produkt korozji chemicznej miedzi i jej stopów). Nadaje jej zielonkawy odcień.

R1RfgfOClSTaU

Zdjęcie przedstawia minerał o nieregularnym kształcie, ciemnozielonej barwie z czarnymi dodatkami.

Magnezja biała to tetrawęglan diwodorotlenek pentamagnezu o wzorze
${\text{Mg}}_5{\text{(CO}}_3{\text{)}}_4{\text{(OH)}}_2$. Jest to trudno rozpuszczalny w wodzie biały proszek. Występuje w przyrodzie jako minerał. Znalazł zastosowanie jako wypełniacz do farb i składnik pudrów. W sporcie wykorzystywany jest przez atletów i wspinaczy. Zapobiega ślizganiu się spoconych dłoni.

RSxn3rsqnb7cQ

Zdjęcie przedstawia wspinacza na skale. Jego dłonie pokryte są białym proszkiem.

Grafika interaktywna

Wodorosole

Jednym z typów wodorosoli są sole, których aniony reszty kwasowej zawierają jeden (lub więcej) atomów wodoru. Wśród tego typu związków wyróżnia się:

• wodorowęglany – zawierają resztę kwasową $-{\mathrm{HCO}}_3$,

• wodorosiarczany(VI) – zawierają resztę kwasową $-{\mathrm{HSO}}_4$,

• wodorofosforany(V) – zawierają resztę kwasową $-{\mathrm{HPO}}_4$,

• diwodorofosforany(V) – zawierają resztę kwasową $-{\mathrm{H}}_2{\mathrm{PO}}_4$.

Wartościowości takich reszt kwasowych są równe co do ilości liczby atomów wodoru, które zostały odłączone od cząsteczki kwasu. A więc reszta kwasowa $-{\mathrm{HSO}}_4$ jest jednowartościowa, ponieważ do jej uzyskania od kwasu siarkowego(VI) (${\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4$) odłączono jeden atom wodoru. Wyżej wymienione reszty kwasowe, zawierają co najmniej jeden atom wodoru i dlatego nazywane są resztami kwaśnymi.

Czym jest wartościowość?

Wartościowość to cecha pierwiastków chemicznych oraz jonów, określająca liczbę wiązań chemicznych, którymi dany pierwiastek lub jon może się łączyć z innymi. Właściwość ta wynika z budowy chmury elektronowej atomu i jest pojęciem nieprecyzyjnym, ponieważ nie uwzględnia chemicznego otoczenia, jakie posiada dany atom.

Jak tworzy się wzory sumaryczne wodorosoli?

Ogólny wzór wodorosoli ma postać:

$M_r{\left({\mathrm{H}}_{k}R\right)}_m$

Gdzie:

• $M$ – jon metalu (lub jon amonu),

• $m$ – oznacza wartościowość metalu,

• $R$ – reszta kwasowa,

• $rR$ – oznacza wartościowość reszty kwasowej $R$,

• $k$ – oznacza liczbę wodorów pozostałą przy reszcie kwasowej,

• $r$ – oznacza wartościowość jonu $\left({\mathrm{H}}_{\mathit{k}}R\right)$:

$r=rR-k$

Wzory wodorosoli tworzy się analogicznie, jak wzory innych soli, stosując w tym celu regułę krzyżową.

Przykład 1

Ustalanie wzoru sumarycznego wodorosoli na podstawie nazwy

Podaj wzór sumaryczny wodorowęglanu wapnia.

• Zapisz wzór reszty kwasowej i podaj jej wartościowość (wartościowość reszty kwasowej możesz określić na podstawie współczynnika liczbowego przy wodorze):

R1BHcrvAIJHpV

Na ilustracji jest wzór sumaryczny ${\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_3$. Atom węgla ma pierwszy stopień utlenienia.

• Posługując się wzorem ogólnym wodorosoli, dokonaj zapisu tej wodorosoli i zaznacz wartościowość metalu:

$M_r{\left({\mathrm{H}}_{\mathit{k}}R\right)}_m$

Rov0YE3pcuiAU

Na ilustracji jest wzór sumaryczny $\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_3$. Atom wapnia ma drugi stopień utlenienia, a atom węgla pierwszy.

• Korzystając z wartościowości kationu i anionu, zastosuj regułę krzyżową:

RJOksnfovjkvl

Na ilustracji jest wzór sumaryczny $\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_3$. Atom wapnia ma drugi stopień utlenienia, a atom węgla pierwszy. Od stopni utlenienia biegną skrzyżowane linie przerywane.

• Wpisz indeksy dolne przy kationie i anionie (pamiętając jednocześnie, że 1 nie musimy wpisywać). W rezultacie otrzymasz wzór w postaci:

$\mathrm{Ca}{\left({\mathrm{HCO}}_3\right)}_2$

Przykład 2

Ustalanie nazwy wodorosoli na podstawie wzoru sumarycznego

Podaj nazwę wodorosoli, której wzór sumaryczny ma postać ${\mathrm{KHSO}}_4$.

• Zapisz wzór i nazwę reszty kwasowej oraz podaj jej wartościowość:

RGHJetKewsk9l

Na ilustracji jest wzór sumaryczny ${\mathrm{H}\mathrm{S}\mathrm{O}}_4$. Atom siarki ma pierwszy stopień utlenienia.

kwas siarkowy(VI) → wodorosiarczan(VI)

• Następnie podaj wartościowość potasu i zapisz wzór sumaryczny:

R1cDwD1o6IyKQ

Na ilustracji jest wzór sumaryczny: $\mathrm{K}{\mathrm{H}\mathrm{S}\mathrm{O}}_4$. Atom potasu i atom siarki mają pierwszy stopień utlenienia.

• Sprawdź, czy potas przyjmuje w związkach wyłącznie wartościowość I, jeśli tak – nie musisz jej uwzględniać w nazwie; w przeciwnym wypadku należy uwzględnić jego wartościowość w nazwie:

Potas przyjmuje wyłącznie wartościowość I.

• Podaj nazwę wodorosoli:

Nazwa soli to wodorosiarczan(VI) potasu.

Otrzymywanie wodorosoli

Wodorosole można otrzymać w wyniku reakcji kwasów wieloprotonowych z tlenkami metali, zasadami lub metalami, przy zastosowaniu stechiometrii, która nie odpowiada reakcji całkowitego zobojętnienia. Na przykład, jeśli zasady jest za mało w stosunku do kwasu, nie cały kwas ulegnie reakcji.

• Kwas wieloprotonowy + zasada:

$\mathrm{NaOH}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\to {\mathrm{NaHSO}}_4+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

• Kwas wieloprotonowy + tlenek metalu:

${\mathrm{Na}}_2\mathrm{O}+2 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\to 2 {\mathrm{NaHSO}}_4+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

• Kwas wieloprotonowy + metal:

$2 \mathrm{Na} + 2 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 \to 2 {\mathrm{NaHSO}}_4 + {\mathrm{H}}_2$

Możliwe jest również otrzymanie wodorosoli w wyniku reakcji kwasu (nie musi on posiadać takiej samej reszty kwasowej jak sól) z solą obojętną:

${\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\to 2 {\mathrm{NaHSO}}_4$

Wodorosole mogą ulegać reakcji dysocjacji, przykładowo wodorosiarczan(VI) sodu ulega jej jak pokazano poniżej:

${\mathrm{NaHSO}}_4\to {\mathrm{Na}}^{+}+{\mathrm{HSO}}_4^{-}$

Powstały w wyniku dysocjacji anion wodorosiarczanowy(VI) może dalej dysocjować (cecha mocnych kwasów):

${\mathrm{HSO}}_4^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftarrows {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}+{\mathrm{SO}}_4^{2-}$

Jednak jeśli mamy do czynienia z wodorosolami słabych kwasów (np. kwasu siarkowego(IV)), to powstały w wyniku dysocjacji anion kwasowy:

${\mathrm{KHSO}}_3\to {\mathrm{K}}^{+}+{\mathrm{HSO}}_3^{-}$

Może ulegać hydrolizie:

${\mathrm{HSO}}_3^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftarrows {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_3+{\mathrm{OH}}^{-}$

a także dysocjacji:

${\mathrm{HSO}}_3^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftarrows {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}+{\mathrm{SO}}_3^{2-}$

Jako, że kwas siarkowy(IV) jest kwasem słabym to proces hydrolizy zachodzi w większym stopniu niż proces dysocjacji.

Tabela przedstawia przykładowe wodorosole o różnych stopniach utlenienia metali i wartościowościach reszt kwasowych.

Właściwości i zastosowanie wodorosoli

Wodorosole cechują się znacznie lepszą rozpuszczalnością od odpowiadających im soli obojętnych. Czego dobrym przykładem jest trudno rozpuszczalna sól w postaci węglanu wapnia (${\mathrm{CaCO}}_3$) i jej uwodorniony odpowiednik w postaci bardzo dobrze rozpuszczalnego wodorowęglanu wapnia ($\mathrm{Ca}{\left({\mathrm{HCO}}_3\right)}_2$) – spotykany w wodzie wodociągowej, a także odpowiedzialny za przemijającą twardość wody. Stalagmity i stalaktyty w jaskiniach Jury Krakowsko‑Częstochowskiej powstają m.in. z wodorowęglanu wapnia, który tworzy nierozpuszczalne osady węglanu wapnia, co przedstawia poniższa reakcja:

$\mathrm{Ca}{\left({\mathrm{HCO}}_3\right)}_2\to {\mathrm{CaCO}}_3\downarrow +{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{CO}}_2$

Dobra rozpuszczalność wodorowęglanów spowodowała, że znalazły one zastosowanie m.in. jako nawozy sztuczne. Superfosfat – popularny nawóz – składa się z  diwodorofosforanu(V) wapnia $\mathrm{Ca}{\left({\mathrm{H}}_2{\mathrm{PO}}_4\right)}_2$ i stanowi źródło łatwo przyswajalnego fosforu i wapnia dla roślin. Otrzymuje się go w wyniku zalania zmielonej skały fosforytowej kwasem siarkowym(VI):

${\mathrm{Ca}}_3{\left({\mathrm{PO}}_4\right)}_2+2 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\to \mathrm{Ca}{\left({\mathrm{H}}_2{\mathrm{PO}}_4\right)}_2+2{\mathrm{CaSO}}_4$

Innym związkiem stosowanym jako nawóz do roślin akwariowych jest diwodoroortofosforan(V)potasu ${\mathrm{KH}}_2{\mathrm{PO}}_4$. Do pieczenia ciast stosuje się proszek do pieczenia, a jego głównym składnikiem jest ${\mathrm{NH}}_4{\mathrm{HCO}}_3$ – wodorowęglan amonu, który podczas pieczenia ulega rozkładowi wydzielając gazy, dzięki czemu ciasto unosi się ku górze. Jednym ze składników rozkładu jest amoniak, dlatego ważne jest, aby przed zjedzeniem wypieków poczekać, aż ciasto ostygnie – wówczas amoniak zdąży się ulotnić.

${\mathrm{NH}}_4{\mathrm{HCO}}_3\stackrel{T}{\to }{\mathrm{NH}}_3\uparrow +{\mathrm{CO}}_2\uparrow +{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Soda oczyszczona ${\mathrm{NaHCO}}_3$ – wodorowęglan sodu – stosowana jest do mycia przypalonych naczyń oraz do pieczenia (należy jednak pamiętać o dodaniu czegoś zawierającego kwas).

${\mathrm{NaHCO}}_3+\mathrm{HCl}\to \mathrm{NaCl}+{\mathrm{CO}}_2\uparrow +{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

$2 {\mathrm{NaHCO}}_3\stackrel{T}{\to }{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{CO}}_3+{\mathrm{CO}}_2\uparrow +{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$