Przeczytaj

Wiązania chemiczne w cząsteczkach wodorków fluorowców to wiązania kowalencyjne spolaryzowane. Wraz z malejącymi wartościami elektroujemności fluorowców maleje polaryzacja wiązania H‑X.

Wszystkie cztery omawiane wodorki fluorowców bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie. Fluorowodór miesza się z wodą bez ograniczeń. Chlorowodór, bromowodór oraz jodowodór rozpuszczają się w wodzie w określonym stosunku (tabela).

Związek	$HF$	$HCl$	$HBr$	$HI$
Rozpuszczalność gazu w wodzie $\frac{{dm}^{3} gazu}{{dm}^{3} wody} w 25 ° C$	Bez ograniczeń	430	579	405
Maksymalne stężenie procentowe roztworu wodnego w temp. 25°C	-	41	67	70

Tabela przedstawia rozpuszczalności wybranych wodorków oraz ich maksymalne stężenia procentowe w temperaturze pokojowej.

Rozpuszczalność wodorków 17. grupy układu okresowego w wodzie wynika z ich budowy. Związki typu H‑X wykazują budowę biegunową, tworząc dipoledipoldipole, przez co są polarne. Zgodnie z zasadą: podobne rozpuszcza się w podobnym, wodorki te rozpuszczają się w polarnych rozpuszczalnikach, takich jak woda. Ponadto w środowisku wodnym ulegają reakcji dysocjacji - czyli rozpadowi na jony.

R1HrCnH0XRUor1

Ilustracja przedstawiająca wzór ogólny cząsteczki fluorowcowodoru. Po lewej stronie znajduje się atom wodoru H symbolizowany przez małą, białą kulkę, obok której zaznaczono cząstkowy ładunek dodatni delta plus. Atom wodoru związany jest z atomem fluorowca X, który to reprezentuje duża, szara kulka. Wokół atomu X zaznaczono osiem elektronów, z których jeden to elektron tworzący wiązanie, pochodzący od atomu wodoru. Przy atomie X zaznaczono cząstkowy ładunek delta minus. Nad cząsteczką zaznaczono kierunek polaryzacji wiązania, który wyznacza strzałka skierowana od atomu wodoru do atomu fluorowca. — W dipolach ładunek ujemny skupiony jest przy atomie fluorowca, a dodatni ładunek skupiony jest przy ubogim w elektrony atomie wodoru.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Jak przedstawiono na powyższej grafice, ładunek ujemny skupiony jest przy atomie fluorowca ze względu na obecność dużej gęstości elektronowej. Dodatni ładunek skupiony jest przy ubogim w elektrony atomie wodoru.

bg‑pink

Dysocjacja wodorków

W roztworze wodnym fluorowodory ulegają reakcji dysocjacjidysocjacja elektrolitycznadysocjacji zgodnie z równaniem:

HX + H_{2} O \to H_{3} O^{+} + X^{-}

gdzie $X$ jest atomem fluorowca (dla fluoru $⇄$ ).

W wyniku reakcji dysocjacji powstaje jon oksoniowy oraz anion fluorowca. Powyższe równanie pokazuje kwasowy charakter wodorków fluorowców.

Zgodnie z powyższym możemy zapisać wyrażenie na stałą dysocjacjistała dysocjacjistałą dysocjacji K:

K = \frac{[H_{3} O^{+}] [X^{-}]}{[HX]}

Wartości stałych dysocjacji są stabelaryzowane i niezmienne w określonych warunkach ciśnienia i temperatury. Wartości stałych dysocjacji K dla wodorków fluorowców przedstawia tabela:

Związek	$HF$	$HCl$	$HBr$	$HI$
Stała dysocjacji	6,3 · 10Indeks górny ‑4	1,0 · 10Indeks górny 7	3,0 · 10Indeks górny 9	1,0 · 10Indeks górny 10

Łatwo zauważyć, że moc kwasu rośnie w dół grupy. Wraz ze wzrostem promienia atomowego fluorowca oraz masy atomowej fluorowca wzrasta moc kwasu. Wraz ze wzrostem liczby atomowej fluorowca rośnie promień atomowy, co skutkuje zwiększeniem się długość wiązania X‑H, a co za tym idzie ułatwia oddysocjowanie protonu. Fluor o najmniejszym promieniu i najmniejszej masie atomowej w grupie tworzy najsłabszy kwas, kolejne natomiast należą już do mocnych kwasów.

Na przykładzie fluorowodoru zapiszmy równanie procesu dysocjacji oraz wyrażenie na stałą dysocjacji.

Przykład 1

Zapisz równanie dysocjacji oraz równanie na stałą dysocjacji wodnego roztworu fluorowodoru.

Rozwiązanie:

Zgodnie ze schematem dysocjacji wodorków 17. grupy układu okresowego:

HX + H_{2} O ⇄ H_{3} O^{+} + X^{-}

zapiszmy równanie dysocjacji:

HF + H_{2} O ⇄ H_{3} O^{+} + F^{-}

Następnie zapiszmy wyrażenie na stałą dysocjacji K:

K = \frac{[H_{3} O^{+}] [F^{-}]}{[HF]}

Ciekawostka

Czy wiesz, że fluorowodór służy do trawienia szkła? Fluorowodór reaguje ze szkłem zgodnie z równaniem:

{SiO}_{2} + 4 HF \to {SiF}_{4} + 2 H_{2} O

przez co jego roztwory przechowywane są w butelkach z tworzyw sztucznych.

bg‑pink

Eksperyment

Ćwiczenie 1

Aby eksperymentalnie określić odczyn wodnego roztworu wodorków pierwiastków 17. grupy, wykonaj poniższy eksperyment. Postaw odpowiednią hipotezę, problem badawczy oraz zapisz obserwacje i wnioski.

R1CKFu6NqgyV1

Słownik

dipol

jest to cząsteczka zbudowana z pierwiastków o różnej elektroujemności, w której obecne jest rozdzielenie ładunku dodatniego i ujemnego

stała dysocjacji

stosunek stężeń jonów powstających w wyniku dysocjacji elektrolitycznej do stężenia cząstek niezdysocjowanych pozostających w równowadze

dysocjacja elektrolityczna

rozpad cząsteczek na jony pod wpływem czynnika zewnętrznego

Bibliografia

Bielański A., Podstawy Chemii nieorganicznej, t. 1‑2, Warszawa 2010.

Greenwood N. N., Earnshaw A., Chemistry of the Elements, 2nd Editon, Oksford 1997, s. 730, 806‑808, 900.

Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, Warszawa 1978, wyd. 8.

Pac B., Zegar A., Podstawy klasyfikacji związków nieorganicznych w teorii i zadaniach, Kraków 2019.

Wprowadzenie

Audiobook

Dysocjacja wodorków

Eksperyment

Słownik

Bibliografia