Przeczytaj

bg‑cyan

Właściwości chemiczne wodorotlenków

Jak już pamiętasz z poprzednich etapów edukacji, wszystkie wodorotlenkiwodorotlenekwodorotlenki reagują z kwasami, a ich charakter chemiczny określany jest jako zasadowy. Reakcja pomiędzy kwasem a wodorotlenkiem, podczas której kationy $H_{3} O^{+}$ łączą się z anionami wodorotlenkowymi ${OH}^{-}$ tworząc wodę, nosi nazwę reakcji zobojętniania. Możliwa jest również reakcja wodorotlenku z tlenkiem kwasowym, czyli tlenkiem niemetalu, który po połączeniu z wodą daje kwas. W wyniku tej reakcji powstaje odpowiednia sól. Wśród wodorotlenków możemy wyróżnić również związki o zmiennym charakterze chemicznym. Reagują one zarówno z mocnymi kwasami, jak i zasadami. Nazywamy je wodorotlenkami amfoterycznymiwodorotlenek amfoterycznywodorotlenkami amfoterycznymi.

R1WwuC8Vi7vXF1

Schemat dotyczy podziału wodorotlenków ze względu na charakter chemiczny. Wodorotlenki dzielą się na zasadowe i amfoteryczne. Zasadowe reagują z kwasami, równanie reakcji: N a O H + H C l → N a C l + H 2 O . Nie reagują z zasadami: K O H + B a ( O H ) 2 strzałka w prawo reakcja nie zachodzi. Wodorotlenki amfoteryczne: reagują z mocnymi kwasami A l ( O H ) 3 + 3 H C l → A I C l 3 + 3 H 2 O . Reagują z mocnymi zasadami: C r ( O H ) 3 + K O H → K C r ( O H ) 4 . — Podział wodorotlenków ze względu na charakter chemiczny
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W poniższej tabeli zostały podane przykłady wodorotlenków, podzielone ze względu na ich charakter chemiczny.

Przykłady wodorotlenków zasadowych i amfoterycznych:

Zasadowe	Amfoteryczne
$NaOH$ , $LiOH$ , $KOH$ , $Mg$ , $Ba$ , $Ca$ , $Cr$ , $Mn$	$Be$ , ${Cu(OH)}_{2}$ , ${Fe(OH)}_{2}$ , ${Pb(OH)}_{2}$ , ${Al(OH)}_{3}$ , ${Cr(OH)}_{3}$ , ${Fe(OH)}_{3}$ , ${Sn(OH)}_{2}$

Rozpatrując amfoterycznośćamfoterycznośćamfoteryczność należy rozważyć, jaki wpływ ma położenie pierwiastków w układzie okresowym na ich właściwości. Zaczynając od lewej strony układu okresowego, mamy związki o charakterze skrajnie zasadowym (I, II grupa układu okresowego). Poruszając się w prawo stopniowo wzrasta charakter kwasowy związków. Najbardziej wysunięte na prawo pierwiastki (oprócz gazów szlachetnych) tworzą związki o charakterze skrajnie kwasowym (grupa 17). Pierwiastki, znajdujące się pośrodku układu okresowego, mają zatem zbliżone udziały zarówno jednego, jak i drugiego charakteru chemicznego.

Na amfoteryczność danego wodorotlenku bezpośredni wpływ ma również różnica elektroujemności pary metal‑tlen w stosunku do różnicy elektroujemności wiązania $O - H$ . Przeanalizujmy różnicę elektroujemności dla wybranych grup układu okresowego pierwiastków.

Grupa/blok układu okresowego	Blok s		Blok d		Blok p
Grupa/blok układu okresowego	Grupa 1	Grupa 2	Grupa 6	Grupa 12	Grupa 13
Wybrany wodorotlenek	$NaOH$	$Mg$	${Cr(OH)}_{3}$	$Zn$	${Al(OH)}_{3}$
Różnica elektroujemności $M e - OH$	∆xIndeks dolny O‑H = 1,4 wiązanie kowalencyjne spolaryzowane	∆xIndeks dolny O‑H = 1,4 wiązanie kowalencyjne spolaryzowane	∆xIndeks dolny O‑H = 1,4 wiązanie kowalencyjne spolaryzowane	∆xIndeks dolny O‑H = 1,4 wiązanie kowalencyjne spolaryzowane	∆xIndeks dolny O‑H = 1,4 wiązanie kowalencyjne spolaryzowane
Różnica elektroujemności $M e - OH$	∆xIndeks dolny Na‑O = 2,6	∆xIndeks dolny Mg‑O = 2,3	∆xIndeks dolny Cr‑O = 1,6	∆xIndeks dolny Zn‑O = 1,9	∆xIndeks dolny Al‑O = 2
% udział wiązania jonowego	82%	73%	47%	58%	63%

Na charakter chemiczny wodorotlenku wpływa również stopień utlenienia metalu, z którego jest zbudowany. Wraz ze wzrostem stopnia utlenienia pierwiastka rośnie jego kwasowość, natomiast maleje jego zasadowość. W przypadku pierwiastków, które występują na kilku stopniach utlenienia, właściwości amfoteryczne będą wykazywały związki na średnich stopniach utlenienia. Możemy to zaobserwować na przykładzie chromu, który może występować na następujących stopniach utlenienia: II, III, VI. Tę zmianę charakteru chemicznego, świetnie obrazuje sytuacja tlenków chromu gdzie tlenek chromu(II) wykazuje charakter zasadowy, ${Cr}_{2} O_{3}$ - amfoteryczny, a tlenek chromu(VI) - charakter kwasowy. Chrom tworzy dwa wodorotlenki $Cr {(OH)}_{2}$ i $Cr {(OH)}_{3}$ pierwszy z nich wykazuje charakter zasadowy a drugi amfoteryczny.

Wodorotlenki amfoteryczne ulegają reakcjom z mocnymi kwasami i mocnymi zasadami. Na przykładzie wodorotlenku cynku przedstawiono reakcje, jakie zachodzą po dodaniu mocnego kwasu i mocnej zasady do wodorotlenku amfoterycznego.

Równania reakcji wodorotlenku amfoterycznego z mocnym kwasem:

zapis cząsteczkowy:
$Zn {(OH)}_{2} ↓ + 2 HCl \to {ZnCl}_{2} + 2 H_{2} O$

zapis jonowy:
$Zn {(OH)}_{2} ↓ + 2 H_{3} O^{+} + 2 {Cl}^{-} \to {Zn}^{2 +} + 2 {Cl}^{-} + 4 H_{2} O$

zapis jonowy skrócony:
$Zn {(OH)}_{2} ↓ + 2 H_{3} O^{+} \to {Zn}^{2 +} + 4 H_{2} O$

Podczas reakcji wodorotlenku cynku z kwasem solnym powstaje sól, w której metal, pochodzący od wodorotlenku, stanowi kation. Osad wodorotlenku cynku roztwarza się.

Ważne!

Użycie jonów $H^{+}$ w zapisie powyższych równań jest jak nabardziej poprawne.

Równania reakcji wodorotlenku amfoterycznego z mocną zasadą:

zapis cząsteczkowy:
$Zn {(OH)}_{2} ↓ + 2 NaOH \to {Na}_{2} [Zn {(OH)}_{4}]$
Gdzie: $4$ – liczba koordynacyjnaliczba koordynacyjnaliczba koordynacyjna

zapis jonowy:
$Zn {(OH)}_{2} ↓ + 2 {Na}^{+} + 2 {OH}^{-} \to 2 {Na}^{+} + [Zn {(OH)}_{4}]^{2 -}$

zapis jonowy skrócony:
$Zn {(OH)}_{2} ↓ + 2 {OH}^{-} \to [Zn {(OH)}_{4}]^{2 -}$

Podczas reakcji wodorotlenku cynku z zasadą sodową powstaje związek koordynacyjny, w którym metal pochodzący od wodorotlenku amfoterycznego wchodzi w skład anionu.

Ważne!

Liczba koordynacyjna (Lk) może przyjmować wartości 2, 4, 6 w zależności od rodzaju metalu. Można zastosować regułę: Lk = 2 × wartość stopnia utlenienia metalu. Jednak nie zawsze owa reguła ma zastosowanie, np dla atomów żelaza w hydroksokompleksach liczba koordynacyjna wynosi 6, nie zależnie czy w związku koordynacyjnym atomy żelaza występują na II czy III stopniu utlenienia.

Słownik

wodorotlenek

związek chemiczny składający się z kationów metalu i anionów wodorotlenkowych

amfoteryczność

zdolność związku chemicznego do reagowania zarówno z kwasami, jak i zasadami

związek kompleksowy

związek składający się z jonu centralnego (zazwyczaj metalu) lub pierwiastka z bloku d oraz połączonych z nim ligandów

ligand

atom, cząsteczka bądź anion połączony bezpośrednio z jonem centralnym kompleksu

hydroksokompleks

związek kompleksowy, w którym ligandem jest jon wodorotlenkowy

wodorotlenek zasadowy

wodorotlenek, który reaguje z kwasami tworząc sole

wodorotlenek amfoteryczny

wodorotlenek, który reaguje zarówno z mocnymi kwasami, jak i zasadami

liczba koordynacyjna

liczba podstawników (ligandów) przyłączona bezpośrednio do jonu centralnego kompleksu. W przypadku $Zn {[{(OH)}_{4}]}^{2 -}$ jonem centralnym jest ${Zn}^{2 +}$ natomiast podstawniki (ligandy) to cztery grupy ${OH}^{-}$

Bibliografia

Bielański A., Chemia ogólna i nieorganiczna, Warszawa 2002.

Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 1, Warszawa 2012.

Pazdro K., Zbiór zadań z chemii dla szkół średnich, Warszawa 1994.

Pac B., Zegar A., Chemia. Podstawy klasyfikacji związków nieorganicznych w teorii i zadaniach, Wydawnictwo Szkolne Omega, Kraków 2018.

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – S

Właściwości chemiczne wodorotlenków

Słownik

Bibliografia