Podsumowanie

W tym wątku poznałeś/łaś wiele ciekawych związków chemicznych. Uproszczony podział związków nieorganicznych przedstawiono na poniższym wykresie:

Tlenki

Tlenki to związki tlenu z innymi pierwiastkami, w których atomy tlenu występują na $-\mathrm{II}$ stopniu utlenienia. Wzór ogólny tlenków prostych ma postać:

$X\stackrel{-\mathrm{II}}{{}_{\mathrm{n}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{m}}}$

gdzie:

• $X$ – symbol dowolnego pierwiastka chemicznego;

• $n$, $m$ – odpowiednie indeksy stechiometryczne.

W poniższej tabeli zaprezentowane zostały maks. wartości stopni utlenienia pierwiastków w ich związkach z tlenem.

Tabela 1. Maksymalne wartości stopni utlenienia pierwiastków w ich związkach z tlenem.

Istnieje szereg metod pozwalających na otrzymanie tlenków. Większość z nich można otrzymać w wyniku bezpośredniej reakcji z tlenem, jednak do otrzymania niektórych z nich potrzebne jest użycie bardziej wyselekcjonowanych sposobów (np. dla fluorowców oraz litowców). Poniższa grafika pomoże Ci podsumować metody, w wyniku których można otrzymać tego typu związki.

Tlenki mogą wykazywać charakter kwasowy, zasadowy, amfoteryczny lub obojętny. Takie tlenki nazywa się kolejno: kwasowymi, zasadowymi, amfoterycznymi lub obojętnymi. Aby określić, jaki charakter chemiczny wykazuje dany tlenek, należy sprawdzić czy dany tlenek reaguje z kwasem oraz czy reaguje z wodnym roztworem wodorotlenku.

Wodorki

Wodorki to związki wodoru z innymi pierwiastkami. Ze względu na skład, wodorki możemy podzielić na:

• wodorki niemetali – związki, w których wodór występuje na $+\text{I}$ stopniu utlenienia;

• wodorki metali – związki, w których wodór występuje na $-\text{I}$ stopniu utlenienia.

  R2BNIotMSNI6J1

  Ilustracja dotyczy właściwości wodorków niemetali. Na schemacie po lewej stronie umieszczono okienko z hasłem: wodorki niemetali. Od tego okienka wychodzą trzy linie prowadzące do okienek z następującymi opisami: pierwsze okienko: są to zazwyczaj gazy; drugie okienko: mają charakter amfoteryczny, zasadowy, kwasowy lub obojętny, trzecie okienko: rozpuszczone w wodzie wodorki grupy szesnastej i siedemnastej tworzą kwasy beztlenowe, a amoniak zasadę amonową.

  

  R1NmXI1QAR7cC1

  Ilustracja dotyczy właściwości wodorków metali. Na schemacie po lewej stronie umieszczono okienko z hasłem: wodorki metali. Od tego okienka wychodzą trzy linie prowadzące do okienek z następującymi opisami: pierwsze okienko: są to ciała stałe, zazwyczaj barwy białej; drugie okienko: mają charakter zasadowy i redukujący; trzecie okienko: reagując z wodą, tworzą zasady np. wodorem wapnia reagując z dwiema cząsteczkami wody tworzą wodorotlenek wapnia i dwie cząsteczki wodoru.

  

Wodorotlenki

Wodorotlenki to związki chemiczne o budowie jonowej utworzone z kationów metalu (${\mathrm{M}}^{\mathrm{n}+}$) i anionów wodorotlenkowych (${\mathrm{OH}}^{-}$). Jony te przyciągają się w wyniku działania sił elektrostatycznych, tworząc sieć krystaliczną. Wodorotlenki nie tworzą więc cząsteczek i, jak większość związków o budowie jonowej, są substancjami o stałym stanie skupienia.

Przykładowo, sieć krystaliczna wodorotlenku sodu ($\mathrm{NaOH}$) zbudowana jest z kationów sodu (${\mathrm{Na}}^{+}$) i anionów wodorotlenkowych (${\mathrm{OH}}^{-}$):

RHYNgXqwebynN

Ilustracja przedstawia graficzny model budowy wodorotlenków na przykładzie wodorotlenku sodu. Po prawej stronie legenda: średnie fioletowe kulki to kationy sodu Na indeks górny plus. Pary dużych czerwonych kulek oraz małych białych kulek to aniony wodorotlenowe OH indeks górny minus. Po lewej stronie rysunek sieci krystalicznej zbudowanej z tych jonów. Kationy sodu i aniony wodorotlenowe wymieszane w równych proporcjach i mocno upakowane tworzą jedno ciało stałe.

Nazwy wodorotlenków tworzymy przez dodanie do słowa „wodorotlenek” nazwy metalu tworzącego dany związek (w dopełniaczu), oraz – jeśli jest taka potrzeba – wartościowości metalu, jaką posiada w opisywanym wodorotlenku. Wartościowości nie podajemy w nazwach wodorotlenków metali $1.$ i $2.$ grupy układu okresowego oraz cynku i glinu (każdy ze wspomnianych metali, w związkach chemicznych przyjmuje tylko jedną wartościowość).

Dwie z laboratoryjnych metod otrzymywania wodorotlenków opisano na poniższym schemacie:

RUsuoOlitJ8pf

Grafika przedstawia wybrane laboratoryjne metody otrzymywania wodorotlenków. Pierwsza przedstawiona metoda to reakcje metalu aktywnego z wodą. Reakcja przebiega według schematu: metal aktywny + woda daje wodorotlenek + gazowy wodór, np. $2\text{Na}+2{\text{H}}_2\text{O}\to 2\text{NaOH}+{\text{H}}_2\uparrow$.Poniżej znajduje się wyjaśnienie, że do metali aktywnych zaliczamy metale pierwszej i drugiej grupy układu okresowego, z wyjątkiem berylu. Drugą przedstawioną metodą jest reakcja tlenku zasadotwórczego z wodą, która przebiega według schematu: tlenek zasadotwórczy + woda daje wodorotlenek, np. $\text{CaO}+{\text{H}}_2\text{O}\to \text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$. Poniżej znajduje się informacja, że tlenek zasadotwórczy, to taki, który w reakcji z wodą tworzy zasadę, czyli wodny roztwór wodorotlenku.

Metale aktywne (a więc metale $1.$ i $2.$ grupy układu okresowego, z wyjątkiem berylu), w większości reagują z wodą już w temperaturze pokojowej. Wyjątkiem jest magnez, który w widoczny sposób reaguje z wodą dopiero po ogrzaniu układu.

Opisanymi na schemacie metodami otrzymuje się na ogół wodorotlenki metali aktywnych dobrze rozpuszczalne w wodzie (wyjątkami są wodorotlenek magnezu i wodorotlenek wapnia, które są w wodzie trudno rozpuszczalne). A powstający w naczyniu reakcyjnym wodny roztwór wodorotlenku to zasada. Aby z tego roztworu otrzymać czysty wodorotlenek, można z niego odparować wodę.

Wybrane właściwości fizykochemiczne wodorotlenków (w temperaturze pokojowej) przedstawiono na poniższym schemacie:

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie ulegają w niej procesowi dysocjacji elektrolitycznej. W procesie tym, z sieci krystalicznej odpowiedniego wodorotlenku, uwalniane są kationy odpowiedniego metalu oraz aniony wodorotlenkowe. Schemat procesu dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenków można zapisać jako:

$\text{M}{\left(\text{OH}\right)}_n\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }{\text{M}}^{n+}+{\text{nOH}}^{-}$

Np.

$\text{KOH}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }{\text{K}}^{+}+{\text{OH}}^{-}$

$\text{wodorotlenek potasu}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }\text{kationy potasu}+\text{aniony wodorotlenkowe}$

Np.

$\text{Ba}{\left(\text{OH}\right)}_2\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }{\text{Ba}}^{2+}+{\text{2OH}}^{-}$

$\text{wodorotlenek baru}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }\text{kationy baru}+\text{aniony wodorotlenkowe}$

R5HRiZabuTe3S

Ilustracja przedstawia higroskopijność wodorotlenków sodu i potasu. Składa się z dwóch zdjęć. Na fotografii po lewej stronie, oznaczonej numerem jeden, znajdują się dwie stojące obok siebie na tle szarego blatu szalki Petriego . Szalkę po lewej stronie wypełniono świeżymi, białymi granulkami wodorotlenku sodu. W szalce po prawej znajduje się nieco mniejsza ilość tej samej substancji, umieszczonej znacznie wcześniej. Granulki są ciemniejsze i mocno wilgotne, a nawet częściowo rozpuszczone na skutek wchłonięcia wody z powietrza. Na zdjęciu po prawej stronie takie samo zestawienie dla kawałków wodorotlenku potasu. Skrawki w mniejszym stopniu przypominają granulki, a bardziej wióry. Porcja w szalce z prawej strony zebrała już na tyle wody, że ułożyła się ona na powierzchni szkła w małą kałużę.

Kwasy

Kwasy to związki chemiczne, których cząsteczki są zbudowane z przynajmniej jednego atomu wodoru i reszty kwasowej. Wśród kwasów nieorganicznych wyróżniamy kwasy tlenowe i beztlenowe.

Wzór ogólny kwasów ma postać:

${\text{H}}_{\text{n}}\text{R}$

gdzie:
H – symbol atomu wodoru;
R – reszta kwasowa:

• w cząsteczkach kwasów tlenowych zbudowana z atomów tlenu i atomu (a czasem atomów) pierwiastka innego niż tlen i wodór - najczęściej atomu niemetalu;

• w cząsteczkach kwasów beztlenowych zbudowana z atomów niemetalu innego niż tlen i wodór;
  n – indeks stechiometryczny określający liczbę atomów wodoru w cząsteczce kwasu (równy wartościowości reszty kwasowej).

Zasady nazewnictwa kwasów nieorganicznych przedstawiono na poniższym schemacie.

Metody otrzymywania kwasów nieorganicznych uzależnione są od tego, czy kwas, który chcemy otrzymać, jest kwasem tlenowym, czy beztlenowym. Wybrane metody otrzymywania kwasów opisano na poniższym schemacie.

R16nSoxCRI0TK

Grafika przedstawia wybrane metody laboratoryjne otrzymywania kwasów nieorganicznych. Podzielona jest na dwie sekcje. W pierwszej opisana jest metoda otrzymywania kwasów beztlenowych poprzez rozpuszczenie gazowego wodorku w wodzie. Opisany został schemat reakcji, gazowy wodorek pod pływem wody daje wodny roztwór kwasu beztlenowego opisany wzorem ogólnym <math aria‑label="H indeks dolny n koniec indeksu dolnego R nawias okrągły g zamknięcie nawiasu okrągłego">HnRg, co dodatkowo zostało opisane na przykładzie wprowadzenia gazowego siarkowodoru do wody. ${\text{H}}_2\text{S}\left(\text{g}\right)\to {\text{H}}_2\text{S}\left(\text{aq}\right)$. W drugiej sekcji opisana jest metoda otrzymywania kwasów tlenowych poprzez reakcję tlenku kwasotwórczego z wodą. Przedstawiono schemat reakcji, tlenek kwasotwórczy plus woda daje kwas tlenowy co zostało podane na przykładzie reakcji tlenku siarki sześć i wody, w wyniku której powstaje kwas siarkowy sześć. ${\text{SO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{H}}_2{\text{SO}}_4$. Dodatkowo w sekcji podano informację, że tlenki kwasotwórcze to takie, które w reakcji z wodą tworzą odpowiednie kwasy tlenowe.

Wybrane właściwości fizykochemiczne kwasów (w temperaturze pokojowej) przedstawiono na poniższym schemacie.

Kwasy rozpuszczalne w wodzie ulegają w niej procesowi dysocjacji elektrolitycznej. W ten sposób powstają kationy wodoru (a dokładniej – kationy oksoniowe) oraz aniony odpowiednich reszt kwasowych. Uproszczony schemat procesu dysocjacji elektrolitycznej kwasów można zapisać jako:

${\text{H}}_n\text{R}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }\text{n}{\text{H}}^{+}+{\text{R}}^{n-}$

Jednak w rzeczywistości w roztworze wodnym nie znajdują się kationy wodoru, a tzw. kationy oksoniowe (${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$), utworzone przez przyłączenie cząsteczki wody do kationu wodoru. Schemat procesu dysocjacji elektrolitycznej kwasów z uwzględnieniem jonów oksoniowych ma postać:

${\text{H}}_n\text{R}+{\text{nH}}_2\text{O}\to {\text{nH}}_3{\text{O}}^{+}+{\text{R}}^{n-}$

Przykładowo – uproszczony zapis procesu dysocjacji elektrolitycznej kwasu azotowego$\left(\text{V}\right)$ ma postać:

${\text{HNO}}_3\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }{\text{H}}^{+}+{{\text{NO}}_3}^{-}$

$\text{kwas azotowy}\left(\text{V}\right)\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }\text{kationy wodoru}+\text{aniony azotanowe}\left(\text{V}\right)$

a  z uwzględnieniem jonów oksoniowych:

${\text{HNO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{H}}_3{\text{O}}^{+}+{{\text{NO}}_3}^{-}$

$\text{kwas azotowy}\left(\text{V}\right)+\text{woda}\to \text{kationy oksoniowe}+\text{aniony azotanowe}$

Rrm3l9vnZIgxH

Ilustracja składa się z trzech umieszczonych obok siebie zdjęć wraz z komentarzem tekstowym. Pierwsze zdjęcie przedstawia zlewkę z wodą, do której dłoń eksperymentatora w rękawiczce lateksowej dolewa z probówki kwas. Czerwony napis nad i pod zdjęciem głosi: Pamiętaj chemiku młody, wlewaj zawsze kwas do wody. Podpis pod zdjęciem informuje, że stężone kwasy to substancje żrące, a podczas ich rozcieńczania należy dolewać kwasu do wody. Drugie zdjęcie przedstawia etap końcowy eksperymentu z tak zwanym kominem węglowym, czyli dehydratacją wilgotnego cukru za pomocą kwasu siarkowego. Laborant trzyma pipetę automatyczną nad zlewką z której wychodzi czarna piana wystająca poza zlewkę. Obok zlewki stoi otwarta butelka stężonego kwasu siarkowego sześć. Podpis pod zdjęciem informuje, że stężony kwas siarkowy sześć ma właściwości silnie higroskopijne. Trzecie zdjęcie przedstawia etap końcowy eksperymentu z reakcją ksantoproteinową, czyli działaniem kwasem azotowym na białko, w wyniku której kawałek białego sera, ptasie pióro i zwitek wełny przybrały kolor żółty. Podpis pod zdjęciem informuje, że stężony kwas azotowy pięć służy do wykrywania substancji zawierających białko.

Sole

Sole to związki, które w stanie stałym zbudowane są z kationów metalu ${\text{Me}}^{\text{n}+}$ (z wyjątkiem jonu ${\text{NH}}_4^{+}$) i anionów reszty kwasowej ${\text{R}}^{\text{x}-}$, np.:

Sposób klasyfikacji soli przedstawia grafika poniżej:

Istnieje wiele sposobów otrzymania soli obojętnych, które zebrano w poniższej tabeli.

W tabeli poniżej zestawiono przykładowe sposoby otrzymywania hydroksosoli, wodorosoli i soli kompleksowych.

W ten sposób podsumowałeś/aś wiedzę z zakresu systematyki związków nieorganicznych. Aby ocenić, jak dobrze przyswoiłeś/aś ten materiał, przejdź do sekcji „Sprawdź, czego się nauczyłeś/aś”.