Przeczytaj

bg‑green

Jak kwasy reagują z metalami?

Zastanów się, co się dzieje, gdy żelazny gwóźdź włożymy w miąższ jabłka. Jednym ze składników miąższu jest kwas jabłkowykwas jabłkowykwas jabłkowy (nazwa systematyczna kwas 2‑hydroksybutano‑1,4‑diowy). Żelazo reaguje z tym kwasem, w wyniku tej reakcji powstają związki żelaza przyswajalne dla organizmów, co może zapobiegać anemii. Potwierdziły to badania na szczurach z 1982 r. Stalowe gwoździe wbite w jabłko na 24 godziny spowodowały wytworzenie związków żelaza przyswajalnych dla szczura. Jednak gwoździe nie są zbudowane tylko z atomów żelaza – zawierają też inne dodatki, które mogą być szkodliwe. A ponieważ w dzisiejszych czasach mamy rozwiniętą naukę i medycynę, możemy skorzystać ze skuteczniejszych metod zapobiegania anemii i podawania przebadanych suplementów diety zawierających dobrze przyswajalne związki żelaza. Dlatego dr Ciemięga stwierdza na swojej stronie: Będąc w ciąży i jedząc jabłka potencjalnie nafaszerowane szkodliwymi substancjami z gwoździ, to nie jest ani EKO ani Natural. To po prostu głupie.

Wiesz już, że żelazo przereagowało z kwasem jabłkowym. Czy oznacza to, że każdy metal reaguje z każdym kwasem? I że reakcja przebiega według tego samego schematu?

Polecenie 1

Przeanalizuj ogólną mapę pojęć dotyczącą reakcji metali z kwasami oraz jej szczegółowe wersje poniżej.

Przeanalizuj opis ogólnej mapy pojęć dotyczącej reakcji metali z kwasami oraz ich szczegółowych wersji.

R1aXi8Cv43eGN1

Na ilustracji jest schemat. W środku jest napis metal + kwas. Nad zapisem po lewej stronie schematu jest napis: kwas utleniający, zachodzi zjawisko pasywacji. Od kwasu napis do: 1. brak objawów reakcji, metal utlenia się do swojego tlenku; 2. glin, chrom, żelazo, kobalt, nikiel nie roztwarzają się w stężonym kwasie azotowym(V). Na dole napisu metal + kwas po lewej stronie jest zapis: metal nie jest metalnem szlachetnym, kwas nie jest kwasem utleniającym, nie zachodzi zjawisko pasywacji. Reakcja zachodzi. Powstaje sól i wodór. Nad napisem metal + kwas u góry po prawej stronie jest zapis: metal jest metalem szlachetnym, kwas nie jest kwasem utleniającym, nie zachodzi zjawisko pasywacji. Reakcja nie zachodzi. Pod napisem metal + kwas jest zapis po prawej stronie schematu: kwas utleniający, nie zachodzi zjawisko pasywacji. Reakcja przebiega w dwóch etapach: metal utlenia się do swojego tlenku; tlenek metalu reaguje z kwasem, tworząc sól. — Reakcje metali z kwasami
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RyotxmqYGXFRk1

Ilustracja interaktywna. Na górze ilustracji jest napis: metal + kwas. Po lewej stronie jest napis: brak objawów reakcji, metal utlenia się do swojego tlenku. Po prawej stronie jest napis: glin, chrom, żelazo, kobalt, nikiel nie roztwarzają się w stężonym kwasie azotowym(V). Na ilustracji jest 6 reakcji. Opisano: 1. glin + kwas azotowy(V) daje tlenek glinu + tlenek azotu(V) + woda;

2 Al + 6 {HNO}_{3} \to {Al}_{2} O_{3} + 6 {NO}_{2} ↑ + 3 H_{2} O

, 2. żelazo + kwas azotowy(V) daje tlenek żelaza(III) + tlenek azotu(IV) + woda;

2 Fe + 6 {HNO}_{3}_{(zimny, stęż .)} \to {Fe}_{2} O_{3} + 6 {NO}_{2} ↑ + 3 H_{2} O

, 3. żelazo + kwas azotowy (V) daje tlenek żelaza(III) + tlenek azotu(II) + woda;

4 Fe + 4 {HNO}_{3}_{(rozc .)} \to 2 {Fe}_{2} O_{3} + 4 NO ↑ + 2 H_{2} O

, 4. chrom + kwas azotowy(V) daje tlenek chromu + tlenek azotu(IV) + woda;

2 Cr + 2 {HNO}_{3}_{(stęż .)} \to {Cr}_{2} O_{3} + 6 {NO}_{2} ↑ + 3 H_{2} O

, 5. chrom + kwas azotowy(V) daje tlenek chromu(III) + tlenek azotu(II) + woda;

2 Cr + 2 {HNO}_{3}_{(rozc .)} \to {Cr}_{2} O_{3} + 2 NO ↑ + H_{2} O

, 6. chrom + kwas siarkowy (VI) daje tlenek chromu(III) + tlenek siarki(IV) + woda;

2 Cr + 3 H_{2} {SO}_{4}_{(stęż .)} \to {Cr}_{2} O_{3} + 3 {SO}_{2} ↑ + 3 H_{2} O

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1emjOKIR4X671

Ilustracja interaktywna przedstawia napis metal + kwas. Następnie napis: metal jest metalem szlachetnym, kwas nie jest kwasem utleniającym, nie zachodzi zjawisko pasywacji. Reakcja nie zachodzi. Są trzy równania reakcji. Opisano: 1. miedź + kwas siarkowy(VI) - reakcja nie zachodzi;

Cu + H_{2} {SO}_{4} \to reakcja nie zachodzi

, 2. miedź + kwas solny - reakcja nie zachodzi;

Cu + HCl \to reakcja nie zachodzi

, 3. srebro + kwas solny - reakcja nie zachodzi;

Ag + HCl \to reakcja nie zachodzi

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1G1ab4Ka6pqJ1

Ilustracja interaktywna z napisem metal + kwas. Opis: kwas utleniający, nie zachodzi zjawisko pasywacji. Reakcja przebiega w dwóch etapach: metal utlenia się do swojego tlenku; tlenek metalu reaguje z kwasem, tworząc sól. Podano 10 równań reakcji. Opis: 1. żelazo + kwas siarkowy(VI) daje siarczan(VI) żelaza(III) + tlenek siarki(IV) + woda;

2 Fe + 6 {HNO}_{3}_{(gorący, stęż .)} \to Fe {({NO}_{3})}_{3} + 3 NO ↑ + 3 H_{2} O

, 2. żelazo + kwas azotowy(V) daje azotan(V) żelaza(III) + tlenek azotu(II) + woda;

2 Fe + 6 H_{2} {SO}_{4}_{(gorący, stęż .)} \to {Fe}_{2} {({SO}_{4})}_{3} + 3 {SO}_{2} ↑ + 6 H_{2} O

, 3. żelazo + kwas azotowy(V) daje azotan(V) żelaza(III) + tlenek azotu(II) + woda;

Fe + 4 {HNO}_{3}_{(rozc .)} \to Fe {({NO}_{3})}_{3} + NO ↑ + 2 H_{2} O

, 4. miedź + kwas azotowy(V) daje azotan(V) miedzi(II) + tlenek azotu(IV) + woda;

Cu + 4 {HNO}_{3}_{(stęż .)} \to Cu {({NO}_{3})}_{2} + 2 {NO}_{2} ↑ + 2 H_{2} O

, 5. miedź + kwas azotowy(V) daje azotan(V) miedzi(II) + tlenek azotu(II) + woda;

3 Cu + 8 {HNO}_{3}_{(rozc .)} \to 3 Cu {({NO}_{3})}_{2} + 2 NO ↑ + 4 H_{2} O

, 6. ołów + kwas azotowy(V) daje azotan(V) ołowiu(II) + tlenek azotu(II) + woda;

3 Pb + 8 {HNO}_{3}_{(rozc .)} \to 3 Pb {({NO}_{3})}_{2} + 2 NO ↑ + 4 H_{2} O

, 7. mangan + kwas azotowy(V) daje azotan(V) manganu(II) + azot + woda;

5 Mn + 12 {HNO}_{3}_{(rozc .)} \to 5 Mn {({NO}_{3})}_{2} + N_{2} ↑ + 6 H_{2} O

, 8. mangan + kwas azotowy(V) daje azotan(V) manganu(II) + tlenek azotu(II) + woda;

3 Mn + 8 {HNO}_{3}_{(rozc .)} \to 3 Mn {({NO}_{3})}_{2} + 2 NO ↑ + 4 H_{2} O

, 9. magnez + kwas azotowy(V) daje azotan(V) magnezu(II) + azotan(V)amonu(II) + woda;

4 Mg + 10 {HNO}_{3}_{(rozc .)} \to 4 Mg {({NO}_{3})}_{2} + {NH}_{4} {NO}_{3} + 3 H_{2} O

, 10. mangan + kwas azotowy(V) daje azotan(V) magnezu(II) + tlenek azotu(IV) + woda;

4 Mg + 10 {HNO}_{3}_{(stęż .)} \to 4 Mg {({NO}_{3})}_{2} + N_{2} O + 5 H_{2} O

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R18HlaFgsSL291

Ilustracja interaktywna przedstawia 10 reakcji. Na górze ilustracji jest napis: metal + kwas. Metal nie jest metalem szlachetnym, kwas nie jest kwasem utleniającym, nie zachodzi zjawisko pasywacji. Reakcja zachodzi, powstaje sól i wodór. Opisano: 1. magnez + kwas solny daje chlorek magnezu + wodór;

Mg + 2 HCl \to {MgCl}_{2} + H_{2} ↑

, 2. cynk + kwas solny daje chlorek cynku + wodór;

Zn + 2 HCl \to {ZnCl}_{2} + H_{2} ↑

, 3. glin + kwas solny daje chlorek glinu + wodór;

2 Al + 6 HCl \to 2 {AlCl}_{3} + 3 H_{2} ↑

, 4. żelazo + kwas solny daje chlorek żelaza(II) + wodór;

Fe + 2 HCl \to {FeCl}_{2} + H_{2} ↑

, 5. magnez + kwas siarkowy(VI) daje siarczan(VI) magnezu + wodór;

Mg + H_{2} {SO}_{4} \to {MgSO}_{4} + H_{2}

, 6. cynk + kwas siarkowy(VI) daje siarczan(VI) cynku + wodór;

Zn + H_{2} {SO}_{4} \to {ZnSO}_{4} + H_{2} ↑

, 7. żelazo + kwas siarkowy(VI) daje siarczan(VI) żelaza + wodór;

Fe + H_{2} {SO}_{4} \to {FeSO}_{4} + H_{2} ↑

, 8. magnez + kwas etanowy daje etanian magnezu + wodór;

Mg + 2 {CH}_{3} COOH \to Mg {({CH}_{3} COO)}_{2} + H_{2} ↑

, 9. chrom + kwas siarkowy(VI) daje siarczan(VI) chromu + wodór;

Cr + H_{2} {SO}_{4 (rozc .)} \to {CrSO}_{4} + H_{2} ↑

, 10. żelazo + kwas azotowy(V) daje azotan(V) żelaza(II) + wodór;

Fe + 2 {HNO}_{3}_{(rozc .)} \to Fe {({NO}_{3})}_{2} + H_{2} ↑

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcje $metalu$ z $kwasem$ , w wyniku których powstaje sól i wodór, są reakcjami wymiany pojedynczej i redoks. W tych reakcjach metal oddaje swoje elektrony, a jon $H_{3} O^{+}$ (pochodzący z dysocjacji kwasu) przyjmuje te elektrony. Symbolicznie można zapisać ten proces jako:

M e^{0} + {xH}_{3} O^{+} \to M e^{x +} + {xH}_{2} O + \frac{x}{2} H_{2} ↑

Dla reakcji ukazanych na mapie, w których powstaje sól i wodór, równania jonowe przyjmą postać:

RaEEIKetubF7q

$Mg + 2 HCl \to {MgCl}_{2} + H_{2} ↑$
$Mg + 2 H_{3} O^{+} \to {Mg}^{2 +} + 2 H_{2} O + H_{2} ↑$

$Zn + 2 HCl \to {ZnCl}_{2} + H_{2} ↑$
$Zn + 2 H_{3} O^{+} \to {Zn}^{2 +} + 2 H_{2} O + H_{2} ↑$

$2 Al + 6 HCl \to 2 {AlCl}_{3} + 3 H_{2} ↑$
$2 Al + 6 H_{3} O^{+} \to 2 {Al}^{3 +} + + 6 H_{2} O$

$Mg + H_{2}$
$Mg + 2 H_{3} O^{+} \to {Mg}^{2 +} + 2 H_{2} O + H_{2} ↑$

$Zn + 2 H_{2}$
$Zn + 2 H_{3} O^{+} \to {Zn}^{2 +} + 2 H_{2} O + H_{2} ↑$

$Fe + 2 H_{2}$
$Fe + 2 H_{3} O^{+} \to {Fe}^{2 +} + 2 H_{2} O + H_{2} ↑$

$Mg + 2 {CH}_{3}$
$Mg + 2 H_{3} O^{+} \to {Mg}^{2 +} + 2 H_{2} O + H_{2} ↑$

Zwróć uwagę, że dla danego metalu skrócony jonowy zapis równania reakcji jest taki sam, niezależnie od kwasu biorącego udział w reakcji.

Wiesz już, że żelazne gwoździe reagują z kwasem jabłkowym, ale nie będziesz z tego korzystać, gdy zechcesz zapobiec anemii. Czy zatem wiedza o reakcjach kwasów z metalami przydaje się nam w codziennym życiu?

Wiesz już, że wybrane metale, które reagują wg schematu:

metal + kwas → sól + wodór

ulegają roztworzeniu w kwasie, czyli metale te poddane działaniu kwaśnych deszczy również ulegają roztworzeniu – dlatego musimy je zabezpieczać (np. poprzez pomalowanie ich powierzchni).

Dzięki temu, że glin ulega pasywacjipasywacjapasywacji, znalazł on zastosowanie do budowy cystern, w których jest przewożony stężony kwas azotowy(V), a także do budowy puszek do napoju typu cola (zawierającego kwas ortofosforowy(V)).

Słownik

reszta kwasowa

nazwa fragmentu cząsteczki kwasu powstałego po oderwaniu się od kwasu w wyniku dysocjacji elektrolitycznej jednego lub więcej atomów wodoru

metal szlachetny

zwyczajowa nazwa metali odpornych chemicznie, do których zazwyczaj zalicza się platynowce (ruten, rod, pallad, osm, iryd i platynę) oraz dwa metale z grupy miedziowców: srebro i złoto, czasem także miedź, rtęć i ren

redukcja

część reakcji redoks, podczas reakcji redukcji atom (lub grupa atomów) przechodzi z wyższego stopnia utlenienia na niższy

pasywacja

proces, pokrywania warstwą tlenku powierzchni ściśle przylegającą warstwą tlenku, co zabezpiecza warstwy niżej przed kontaktem z substancją reagującą

roztwarzanie

reakcja chemiczna polegające na przechodzeniu substancji stałej do roztworu

kwasy tlenowe

zawierają w swojej reszcie kwasowej tlen

kwasy beztlenowe

nie zawierają w swojej reszcie kwasowej tlenu

kwas jabłkowy

(nazwa systematyczna kwas 2‑hydroksybutano‑1,4‑diowy) wzór sumaryczny $C_{4} H_{6} O_{5}$ , wzór grupowy $HOOC - {CH}_{2} - CH (OH) - COOH$ występuje w jabłkach i rabarbarze

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej. Warszawa 2002, wyd. 5.

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – I

Jak kwasy reagują z metalami?

Słownik

Bibliografia