Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑azure

Dlaczego wprowadzenie do wody tlenku węgla(IV) (CO2) skutkuje pojawieniem się w niej jonów oksoniowych?

Polecenie 1

Zapoznaj się z poniższym tekstem i zapisz równania reakcji, które zostały w nim omówione. Następnie zaznacz te, które obrazują proces dysocjacji elektrolitycznej.dysocjacja elektrolitycznadysocjacji elektrolitycznej. Zastanów się i zapisz, do jakiej grupy zalicza się związki, które zgodnie z tekstem ulegają dysocjacji (kwasy nieorganiczne, sole nieorganiczne, wodorotlenki, kwasy karboksylowe, fenole, sole organiczne, aminokwasy, aminy).

RdBwK3NFsaZ2F
Naukowcy przeprowadzają eksperyment, w trakcie którego sprawdzają, jak zakwaszenie wody wpływa na koralowce. Dodany barwnik ma pokazać rozkład tlenku węgla(<math aria‑label="cztery">IV) w wodzie.
Źródło: Aaron Takeo Ninokawa, dostępny w internecie: wyborcza.pl, domena publiczna.

Rafy koralowe, które występują w okolicach Wysp Palau na Pacyfiku, wydają się wyjątkowo odporne na postępującą kwasowość wody oceanicznej. Właściwości chemiczne wody w oceanie różnią się w różnych lokalizacjach i zmieniają się w związku z rosnącym poziomem tlenku węgla(IV) w atmosferze. Woda oceaniczna absorbuje tlenek węgla(IV) i wchodzi z nim w reakcję chemiczną (1), której skutkiem jest obniżenie pH wody oceanicznej. Powstający z połączenia tlenku węgla(IV) i wody kwas węglowy ulega dysocjacji, tworząc jony wodorowęglanowe i oksoniowe (2). Może również dochodzić do reakcji pomiędzy jonami oksoniowymi a jonami węglanowymi. W tym procesie również powstają jony wodorowęglanowe (3).

To wszystko powoduje spadek dostępności jonów węglanowych, z których koralowce i inne organizmy budują swoje szkielety i muszle. Badacze stwierdzili, że właśnie to może być pierwotną przyczyną zakwaszania wody. Proces ten nazywamy kalcyfikacją, który polega na usuwaniu z wody jonów węglanowych. Drugą przyczyną może być sposób oddychania organizmów – wówczas do wody trafia kolejna porcja tlenku węgla(IV).

Indeks górny Tekst na podstawie: naukawpolsce.pap.pl Indeks górny koniec

RooL1muR9zJBq
(Uzupełnij).
R9ACGZtXKELYK
(Uzupełnij).
bg‑azure

Jakie związki dysocjują?

RsPSULDHmwc5Q1
Mapa myśli. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: Dysocjacja[br]elektrolityczna
    • Elementy należące do kategorii Dysocjacja[br]elektrolityczna
    • Nazwa kategorii: związki[br]nieorganiczne
      • Elementy należące do kategorii związki[br]nieorganiczne
      • Nazwa kategorii: sole[br]nieorganiczne
        • Elementy należące do kategorii sole[br]nieorganiczne
        • Nazwa kategorii: sole[br]proste
        • Nazwa kategorii: wodorosole
        • Nazwa kategorii: hydroksosole
        • Koniec elementów należących do kategorii sole[br]nieorganiczne
      • Nazwa kategorii: kwasy[br]nieorganiczne
      • Nazwa kategorii: wodorotlenki
      • Koniec elementów należących do kategorii związki[br]nieorganiczne
    • Nazwa kategorii: związki[br]organiczne
      • Elementy należące do kategorii związki[br]organiczne
      • Nazwa kategorii: sole[br]organiczne
      • Nazwa kategorii: kwasy[br]karboksylowe
      • Nazwa kategorii: aminy
      • Nazwa kategorii: fenole
      • Nazwa kategorii: aminokwasy
      • Koniec elementów należących do kategorii związki[br]organiczne
      Koniec elementów należących do kategorii Dysocjacja[br]elektrolityczna
Mapa pojęciowa pt. Dysocjacja elektrolityczna w związkach nieorganicznych i organicznych
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
R12yekph6LCKs1
Sole nieorganiczne Dysocjacji elektrolitycznej ulegają sole rozpuszczalne w wodzie. Dysocjują one całkowicie na kation metalu (lub inny, np. kation amonu NH4+) i anion reszty kwasowej. Schematycznie równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej soli możemy zapisać jako:
MenRmH2On Mem++m Rn-
gdzie:
  • Me – metal;
  • R – reszta kwasowa;
  • Mem+ – kation metalu lub kation amonu (NH4+);
  • m – wartościowość metalu;
  • n – wartościowość reszty kwasowej.
Przykład:
Mol siarczan(VI) potasu K2SO4 dysocjuje całkowicie na dwa mole kationów potasu i jeden mol anionów siarczanowych(VI), zgodnie z równaniem:
K2SO4H2O2 K+kation potasu+SO42-anion siarczanowyVI

W przypadku wodorosoli oraz hydroksosoli, reakcja dysocjacji zachodzi analogicznie jak dla obojętnych soli prostych.
  • dysocjacja wodorosoli – wodorosiarczanu(VI) sodu:
  • NaHSO4H2ONa+kation sodu+HSO4-anion wodorosiarczanowyVI
    HSO4-anion wodorosiarczanowyVI+H2OwodaH3O+kation oksoniowy+SO42-anion siarczanowyVI

  • dysocjacja hydroksosoli – chlorku wodorotlenku wapnia:
  • CaOHClH2OCaOH++Cl-anion chlorkowy
    CaOH+H2OCa2+kation wapnia+OH-anion wodorotlenkowy
, Kwasy nieorganiczne
  • Kwasy jednoprotonowe
  • Kwasy jednoprotonowe ulegają reakcji dysocjacji elektrolitycznej pod wpływem wody. Schematyczne równanie można zapisać jako:
    HA+H2OH3O++A-
    gdzie:
    • H3O+ – kation oksoniowy;
    • A- – anion reszty kwasowej.

    W przypadku mocnych kwasów reakcja dysocjacji elektrolitycznej zachodzi w 100% albo prawie w 100%, dlatego też, w przypadku mocnych kwasów, równania dysocjacji elektrolitycznej zapisujemy z jedną strzałką, skierowaną w stronę produktów. Dysocjacja elektrolityczna słabych kwasów nieorganicznych (np. HF) jest reakcją odwracalną i zachodzi tylko w pewnym, zwykle niewielkim stopniu. Z tego względu w równaniu reakcji stosuje się strzałki skierowane w przeciwne strony.

  • Kwasy wieloprotonowe
  • Kwasy wieloprotonowe ulegają stopniowej reakcji dysocjacji pod wpływem wody. Przykładem jest kwas ortofosforowy(V) H3PO4. Kwas ortofosforowy(V) jest kwasem trójprotonowym, w którym dysocjacja będzie zachodzić trójetapowo:
    • w pierwszym etapie zachodzi reakcja zgodnie z poniższym równaniem:
      H3PO4+H2OH3O++H2PO4-

      W tym przypadku równanie reakcji zapisujemy ze strzałkami skierowanymi w przeciwne strony, ponieważ kwas ortofosforowy(V) jest kwasem słabym. Jeśli jednak kwas jest mocny, jak np. kwas siarkowy(VI) H2SO4, to w pierwszym etapie równanie reakcji zapisujemy z jedną strzałką.

    • w kolejnym etapie zachodzi reakcja zgodnie z poniższym równaniem:
      H2PO4-+H2OH3O++HPO42-
    • w ostatnim etapie zachodzi reakcja zgodnie z poniższym równaniem:
      HPO42-+H2OH3O++PO43-
, Wodorotlenki Podczas rozpuszczania w wodzie wodorotlenki dysocjują na aniony wodorotlenkowe OH- i kationy metali. Dysocjację elektrolityczną wodorotlenków przedstawia się równaniem:
MemOHmH2OMem++m OH-
gdzie:
  • Me – symbol metalu;
  • m – wartościowość metalu równa liczbie anionów wodorotlenkowych;

  • Przykład:
    Dysocjacji w wodzie ulegają wodorotlenki metali aktywnych, np. KOH. Dla tego związku dysocjację zapisujemy zgodnie z równaniem:
    KOHsH2OK+aq+OH-aq
    Całkowita dysocjacja oznacza, że mamy do czynienia z elektrolitem mocnym.

    Większość wodorotlenków dysocjuje całkowicie, wówczas równanie reakcji zapisujemy, stosując jedną strzałkę skierowaną w kierunku produktów. Zarówno wodorotlenki jedno-, jak i wielowodorotlenowe ulegają dysocjacji elektrolitycznej pod wpływem wody, ale w przeciwieństwie do kwasów, dysocjacja wodorotlenków wielowodorotlenowych nie jest stopniowa. Wyjątkiem jest wodorotlenek wapnia, który dysocjuje w dwóch etapach.
    CaOH2H2OOH-+CaOH+
    CaOH+H2OCa2++OH-
    , Kwasy karboksylowe Kwasy karboksylowe to związki organiczne zawierające grupę karboksylową COOH przyłączoną do reszty R, którą jest podstawnik alifatyczny lub aromatyczny.
    Kwasy karboksylowe to zazwyczaj słabe kwasy, co oznacza, że dysocjują częściowo. Proces dysocjacji jest reakcją odwracalną, dlatego w równaniu reakcji stosuje się strzałki skierowane w przeciwne strony. Schematycznie równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej kwasu karboksylowego możemy zapisać jako: Ilustracja przedstawiająca równanie reakcji dysocjacji kwasu karboksylowego. Cząsteczka kwasu karboksylowego zbudowanego z podstawnika R oraz grupy karboksylowej COOH dodać cząsteczka wody H2O. Strzałka w prawo, strzałka w lewo, za strzałkami anion karboksylanowy zbudowany z grupy R połączonej z grupą COO- dodać jon hydroniowy H3O+., Aminy Aminy dysocjują zgodnie z równaniem:

    RNH2+H2ORNH3++OH-
    gdzie:
  • R – reszta alifatyczna lub aromatyczna.

  • Aminy to słabe zasady o mocy porównywalnej do amoniaku. Dysocjacja elektrolityczna amin jest reakcją odwracalną. Z tego względu w równaniu reakcji stosuje się strzałki skierowane w przeciwne strony., Aminokwasy Aminokwasy to wielofunkcyjne pochodne węglowodorów o wzorze ogólnym zbliżonym do:
    H2NRCOOH
    gdzie:
    • R – fragment węglowodorowy (może zwierać także inne grupy funkcyjne).
    Związki te ulegają dysocjacji elektrolitycznej. W roztworze wodnym obecna w cząsteczce aminokwasu grupa aminowa NH2 i karboksylowa COOH ulegają wzajemnemu zobojętnieniu. Na skutek przeniesienia jonu wodoru H+ z grupy COOH do grupy NH2 powstaje tzw. jon obojnaczy. Jest to sól wewnętrzna, posiadająca jednocześnie ładunek dodatni i ujemny, które równoważą się. Jeden z najprostszych aminokwasów – glicyna – w roztworze wodnym ma odczyn zbliżony do obojętnego, a proces powstawania jonu obojnaczego można przedstawić równaniem:
    H2NCH2COOHH2OH3+NCH2COO-
    , Fenole Fenole ulegają w wodzie dysocjacji elektrolitycznej z odszczepieniem jonu H3O+, co potwierdza fakt, że fenole są mocniejszymi kwasami od alkoholi. Niemniej jednak fenole są zaliczane do kwasów słabych, ponieważ tylko niewielki procent ich cząsteczek dysocjuje na jony, a reszta pozostaje w roztworze w postaci niezdysocjowanej. Poniżej przedstawiono proces dysocjacji elektrolitycznej najprostszego fenolu:

    opisIlustracja przedstawiająca reakcję dysocjacji fenolu. Cząsteczka benzenolu (czyli fenolu) zbudowanego z sześcioczłonowego pierścienia aromatycznego podstawionego grupą hydroksylową O H. Dodać cząsteczkę wody H2O. Strzałka w prawo, strzałka w lewo, za strzałkami anion fenolanowy zbudowany z pierścienia fenylowego podstawionego atomem tlenu obdarzonym ładunkiem ujemnym dodać kation hydroniowy H3O+., Sole organiczne Wśród soli organicznych wyróżnić możemy:
    • Mydła – sole metali lub kationu amonu oraz wyższych kwasów karboksylowych (kwasów tłuszczowych)

    • Wzór ogólny mydła:
      RCOOmMe
      gdzie:
      • R – fragment węglowodorowy nasycony lub nienasycony;
      • m – wartościowość metalu;
      • Me – metal lub kation amonu.
      Całkowitej dysocjacji elektrolitycznej ulegają jedynie mydła metali alkalicznych (np. sodowe, potasowe i amonowe). Pozostałe mydła (metali ziem alkalicznych, metali ciężkich) są nierozpuszczalne w wodzie i nie dysocjują. Proces dysocjacji elektrolitycznej mydeł metali alkalicznych można przedstawić w postaci ogólnego równania:
      RCOOmMeH2Om RCOO-+Mem+

      Przykładem mydła, które rozpuszcza się w wodzie i dysocjuje na jony, jest palmitynian sodu, którego proces dysocjacji elektrolitycznej można przedstawić w postaci równania:
      C15H31COONaH2OC15H31COO-+Na+
    • Sole pozostałych kwasów karboksylowych

    • Wzór ogólny soli:
      RCOOmMe
      gdzie:
      • R – atom wodoru, grupa alifatyczna lub aromatyczna;
      • m – wartościowość metalu;
      • Me – metal lub grupa amonowa NH4.
      Dysocjacji elektrolitycznej ulegają tylko sole dobrze rozpuszczalne w wodzie. Proces dysocjacji elektrolitycznej można zapisać w postaci:
      RCOOmMeH2Om RCOO-+Mem+

      Przykładem soli, która rozpuszcza się w wodzie i dysocjuje na jony, jest octan sodu (sól kwasu octowego):
      CH3COONaH2OCH3COO-+Na+
    • Fenolany

    • Wzór ogólny soli:
      ArOmMe
      gdzie:
      • Ar – grupa aromatyczna;
      • m – wartościowość metalu;
      • Me – metal lub grupa amonowa NH4.

      W odróżnieniu od alkoholanów, które w kontakcie z wodą ulegają reakcji rozkładu z otrzymaniem wodorotlenku, fenolany mogą ulegać dysocjacji elektrolitycznej, a proces ten można zapisać w postaci:
      ArOmMeH2Om ArO-+Mem+

      Przykładem soli, która rozpuszcza się w wodzie i dysocjuje na jony, jest fenolan sodu (sól sodowa fenolu):
      C6H5ONaH2OC6H5O-+Na+
    Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
    Ciekawostka

    Czy wiesz, że w ciężkiej wodzie (D2O) również może zachodzić dysocjacja? Jednak ze względu na wolniejszy proces autodysocjacji, taka reakcja zachodzi wolniej. Dlatego też szacuje się, że już 30% stężenie deuteru w organizmie może doprowadzić do jego nieodwracalnych uszkodzeń. Procesy nieustannie biegnące w komórkach zostają w ten sposób spowolnione niemal dwukrotnie.

    Słownik

    dysocjacja elektrolityczna
    dysocjacja elektrolityczna

    (łac. dissociatio „rozdzielenie”) samorzutny proces rozpadu cząsteczek elektrolitów (kwasów, zasad, soli) w roztworach, na dodatnio i ujemnie naładowane cząstki, pod wpływem rozpuszczalnika.

    elektrolit
    elektrolit

    (gr. ḗlektron „bursztyn”, lytós „rozpuszczalny”) związek chemiczny, który ulega procesowi rozpadu na jony pod wpływem wody i jest zdolny do przewodzenia prądu; gdy jest całkowicie zdysocjowany, mówimy o elektrolicie mocnym

    Bibliografia

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

    Czerwiński A., Czerwińska A., Jeziorna M., Kańska M., Chemia 3, Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego, technikum, Warszawa 2004.

    Encyklopedia PWN

    Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., Sułkowski W., Chemia 1 podręcznik i zbiór zadań w jednym, Warszawa 2003.

    Lito M. J. G., Camões M. F., Covington A. K. Equilibrium in Saturated Ca(OH)Indeks dolny 2 Solutions: Parameters and Dissociation Constants, „Journal of Solution Chemistry” 1998, t. 27, s. 925‑933.

    Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 1, Warszawa 2013.

    Morrison R. T., Boyd R. N., Chemia organiczna. T. 1., Warszawa 1985.

    Pazdro K., Zbiór zadań z chemii dla szkół ponadgimnazjalnych, Warszawa 2003.