background image

Wiadomości dotyczące reakcji i równań jonowych                                                                                                     strona 1 z 6

Zakres problemów związanych z reakcjami jonowymi.

1. Zjawisko dysocjacji jonowej

co to jest dysocjacja i na czym polega – rozpad substancji na jony pod wpływem wody

jakie substancje ulegają temu procesowi – kwasy, wodorotlenki i sole – te z nich, które są  
rozpuszczalne w wodzie.  

Wielkość ładunku danego jonu jest równa wartościowości tego 

elementu: wodoru, grupy wodorotlenkowej, metalu czy reszty kwasowej.

równania dysocjacji jonowej

nazwy  jonów,  w   tym   zwłaszcza   anionów   reszt   kwasowych.   (patrz   tabelka   z   kwasami). 
Szczególny jon – jon amonowy NH

4

(amon).

2.

Reakcje jonowe –  

reakcje, w których co najmniej jeden z reagentów jest jonem

. Jako 

reakcje jonowe możemy rozpatrywać poniższe przemiany chemiczne:

reakcja metalu z kwasem – podstawą do stwierdzenia biegu reakcji jest szereg napięciowy 
metali;

reakcja zobojętniania – kwas + wodorotlenek;

reakcja strąceniowa typu sól + sól – podstawą do stwierdzenia biegu reakcji jest tablica 
rozpuszczalności;

reakcja straceniowa typu sól + zasada - podstawą do stwierdzenia biegu reakcji jest tablica 
rozpuszczalności;

reakcja wypierania metalu z jego soli - podstawą do stwierdzenia biegu reakcji jest szereg 
aktywności metali.

Tablica   rozpuszczalności   i   szereg   aktywności   metali   są   podstawowym   narzędziem   (obok   układu  
okresowego), z którego każdy może korzystać i nie trzeba się tego uczyć na pamięć !!!

3.

pojęcie kwasu i zasady w ujęciu jonowym

. Jakie jony odpowiadają za to, czym jest dany 

roztwór (kwasem, zasadą czy roztworem obojętnym) i co można powiedzieć o ich wzajemnym 
stosunku   w roztworze.   Szczególnym   przypadkiem   jest   tu   zasada   amonowa   –  a   nie   ma 
wodorotlenku amonu !!!

4.

pojecie pH roztworu

 – jak interpretować wartości pH różnych roztworów (odczyn kwasowo-

zasadowy).

Szereg aktywności metali – 

aktywność maleje z lewa na prawo!

Li,  K,  Ba,  Sr,  Ca,  Na,  Mg, 

 

Al,  Mn(II),  Zn,  Cr(III), Fe(II,  Co(II),  Ni(II),  Sn(II), Pb(II)

, 

H

,  

Bi(III), Cu(II), Ag(I),  Hg(II), Au(III)

W nawiasach podano typową wartościowość danego metalu, jaką przejawia on w swoich związkach. 

Metale znajdujące się na lewo od wodoru (zaznaczone  na czerwono i zielono)  reagują z kwasami  z 
wydzieleniem wodoru – są od niego aktywniejsze, więc wypierają go z kwasu. Metale będące na prawo 
za wodorem (zaznaczone na niebiesko) są od niego mniej aktywne, „słabsze”, więc nie mogą go wyprzeć 
z kwasu – w efekcie metale te nie reagują z kwasami wg znanego wam schematu: metal + kwas = sól + 
wodór.   Mogą   one   natomiast   reagować   z   kwasami   wg   innego   mechanizmu,   ale   o   takich   reakcja   w 
gimnazjum nie mówimy. 

Katolickie Gimnazjum w Zabrzu – pracownia chemiczna                                                                                 Jan Wójcikiewicz

background image

Wiadomości dotyczące reakcji i równań jonowych                                                                                                     strona 2 z 6

Jedynym metalem z przedstawionych w szeregu nie reagującym w ogóle z kwasem to złoto. Reaguje 

ono dopiero z mieszaniną kwasów - azotowego(V) i solnego, zwaną wodą królewską.

Warto tutaj nadmienić, że metale najbardziej aktywne, znajdujące się w szeregu aktywności metali na 

jego początku mogą wypierać wodór już z wody. Tak aktywne metale to metale z grupy 1 i 2 układu 
okresowego (zaznaczone na czerwono).

Ten sam szereg aktywności metali informuje nas o tym, kiedy może zajść reakcja typu: sól + metal.  

Reakcja taka zachodzi według identycznej zależności – aktywniejszy metal może wyprzeć mniej aktywny 
z jego soli. Tak więc np. z roztworu CuSO

4

  można wyprzeć miedź przy pomocy np. Zn. Odwrotna 

sytuacja jest niemożliwa – Cu nie wyprze Zn z ZnSO

4

.

CuSO

4

 + Zn = Cu + ZnSO

4

       Cu + ZnSO

4

 = 

reakcja nie biegnie! 

Zapis równań reakcji jonowych

Pisząc równania reakcji jonowych pisze się je z reguły 3-krotnie: cząsteczkowo, jonowo w sposób pełny 

i jonowo w sposób uproszczony.  Pisząc  równania jonowe należy zadbać  o to, aby zgadzało się ono 
stechiometrycznie jak i pod kątem ładunków elektrycznych – łączny ładunek substratów i produktów 
musi być taki sam. Jest to konsekwencja bardzo ważnego prawa fizycznego – zasady zachowania ładunku 
elektrycznego.

Poniżej podano teraz po jednym przykładzie dla każdej z wymienionych wcześniej reakcji jonowych.

Reakcje dysocjacji elektrolitycznej (jonowej).

Kwasy dysocjują na kationy wodorowe i aniony reszty kwasowej. Wszystkiem kwasy są rozpuszczalne 

w wodzie

H

3

PO

= 3H 

+

 + PO

4

3-

Wodorotlenki   dysocjują   na   kationy   metalu   i   aniony   wodorotlenkowe.   Rozpuszczalne   są   tylko 

wodorotlenki metali grupy 1 i 2, ale dla celów ćwiczeniowych można i rozpisywać i inne wodorotlenki.

Ca(OH)

2

 = Ca 

2+

 + 2OH 

-

Sole dysocjują na kationy metalu i aniony reszty kwasowej.

Na

2

SO

3

 = 2Na 

+

 + SO

3

2-

Reakcja metalu z kwasem, np.

  

Zn + H

2

SO

4

 = ZnSO

4

 + H

    zapis cząsteczkowy

Teraz   rozpisujemy   na   jony   to,   co   w   wodzie   się   rozpuszcza   i   ulega   dysocjacji   z   uwzględnieniem 

współczynników stechiometrycznych równania:

Zn + 2H 

+

 +

 

SO

4

2-

 = Zn 

2+

 +  SO

4

2-

 + H

     zapis jonowy pełny

Katolickie Gimnazjum w Zabrzu – pracownia chemiczna                                                                                 Jan Wójcikiewicz

background image

Wiadomości dotyczące reakcji i równań jonowych                                                                                                     strona 3 z 6

Teraz skracamy te drobiny, które się powtarzają po obu stronach równania – są one dla danego procesu 

nieistotne. Takimi drobinami w tym przykładzie są aniony siarczanowe(VI) 

SO

4

2-

Zn + 2H 

+

 = Zn 

2+

 + H

    zapis jonowy uproszczony

Dopiero zapis jonowy uproszczony oddaje istotę danej reakcji. Jak widać z powyższego zapisu, tak 

naprawdę   reaguje  atom   cynku   z   kationami   wodorowymi.   Atom   cynku,   będący   bardziej   aktywny   od 
wodoru   (co   wynika   z   szeregu   aktywności)   oddaje  swoje   elektrony   walencyjne   na   korzyść   kationów 
wodorowych.   Tym   samym   atom   cynku   przekształca   się   w   kation   cynku   i   przechodzi   do   roztworu, 
a kationy wodorowe przechodzą w atomy wodoru, łączą się w dwuatomowe cząsteczki i wodór jako gaz 
opuszcza środowisko reakcji. czyli „ucieka”, o czym graficznie świadczy strzałka w górę zapisana przy 
wzorze cząsteczki wodoru.

Reakcja zobojętniania, czyli reakcja kwasu z wodorotlenkiem, np.

2HNO

3

 + Ba(OH)

2

  =  Ba(NO

3

)

2

 + 2 H

2

O

zapis cząsteczkowy

2H 

+

 + 2NO

3

-

 + Ba 

2+

 + 2OH 

-

  =  Ba 

2+

 + 2NO

3

-

 + 2H

2

O

zapis jonowy pełny

2H 

+

 + 2OH 

-

  =  2H

2

O

zapis jonowy uproszczony

Jak   poprzednio,   zapis   jonowy   uproszczony   oddaję   istotę   danej   reakcji   chemicznej.   Reakcja 

zobojętniania polega na reakcji kationów wodorowych z anionami wodorotlenkowymi, w efekcie czego 
powstają niezdysocjowane cząsteczki wody. Reakcja ta biegnie zawsze tak samo niezależnie od tego, jaki 
kwas i jaki wodorotlenek reagują ze sobą. Kationy metalu i aniony reszty kwasowej są tutaj nieistotne 
i pozostają w roztworze.

Reakcja strąceniowa typu  sól + sól.

Reakcja strąceniowa typu sól + sól zachodzi wtedy, gdy obie sole będące substratami są rozpuszczalne 

w wodzie i jedna z solo będących produktami reakcji jest nierozpuszczalna w wodzie, więc wytrąca się 
z roztworu jako osad. 

Niech przykładem takiej reakcji będzie reakcja pomiędzy azotanem(V) srebra AgNO

3

 oraz chlorkiem 

sodu NaCl.

AgNO

3

 + NaCl  =  AgCl↓ + NaNO

3

       zapis cząsteczkowy

Ag

+

 + NO

3

-

 + Na

+

 + Cl 

-

  =  AgCl↓ + Na

+

 + NO

3

-

       zapis jonowy pełny

Ag

+

 + Cl 

-

  =  AgCl↓

        

zapis jonowy uproszczony

Tutaj również zapis jonowy uproszczony pokazuje istotę tej przemiany.  Jeżeli w danym  roztworze 

spotkają się kationy srebra i aniony chlorkowe to będą ze sobą reagowały i powstanie nierozpuszczalna 
w wodzie sól chlorek srebra, która wytrąci się w postaci odpowiedniego osadu. 

Jeżeli   w   roztworze   znajdą   się   jony,   które   ze   sobą   nie   reagują,   czyli   nie   dają   razem   substancji 

nierozpuszczalnej w wodzie (czyli nie powstaje osad), to uznaje się, że reakcja nie zachodzi.

Katolickie Gimnazjum w Zabrzu – pracownia chemiczna                                                                                 Jan Wójcikiewicz

background image

Wiadomości dotyczące reakcji i równań jonowych                                                                                                     strona 4 z 6

Reakcja strąceniowa typu  sól + zasada.

Reakcja strąceniowa typu sól + zasada jest reakcją analogiczną do poprzedniej, tylko dotyczy strącania 

się osadów nierozpuszczalnych w wodzie wodorotlenków metali spoza grupy 1 i 2 (tzw. metali ciężkich). 
Zachodzi pomiędzy solą danego metalu spoza grupy 1 i 2 rozpuszczalną w wodzie i mocną zasadą, czyli 
wodorotlenkiem metalu z grupy 1, z reguły wodorotlenkiem sodu lub potasu. W konsekwencji powstaje 
sól sodu lub potasu i nierozpuszczalny w wodzie wodorotlenek metalu ciężkiego.

Pb(NO

3

)

2

  +  2KOH  =  Pb(OH)

2

↓  +  2KNO

3

       zapis cząsteczkowy

Pb

2+

 +  2NO

3

-

  + 2K 

+

 + 2OH 

-

  =  Pb(OH)

2

↓  +  2K 

+

  +  2NO

3

-

      zapis jonowy pełny

Pb

2+

 + 2OH 

-

  =  Pb(OH)

2

↓     

zapis jonowy uproszczony

 

Zapis jonowy uproszczony informuje o tym, że jeżeli w danym roztworze spotkają się kationy metalu 

ciężkiego   i   aniony   wodorotlenkowe,   to   będą   one   ze   sobą   reagowały   i   powstanie   nierozpuszczalny 
w wodzie wodorotlenek tego metalu, który wytrąci się w postaci osadu.

Reakcja wypierania metalu z jego soli.

Podobnie jak metal może wypierać wodór z jego związków (wody lub kwasu), tak metal aktywniejszy 

może wypierać metal mniej aktywny z roztworu jego soli, co zostało już przedstawione przy omawianiu 
szeregu aktywności metali.

CuSO

4

 + Zn  =  Cu + ZnSO

4

        

zapis cząsteczkowy

Cu

2+

 + SO

4

2-

 + Zn  =  Cu + Zn

2+

 + SO

4

2-

     

zapis jonowy pełny

    

Cu

2+

 + Zn  =  Cu + Zn

2+

      

zapis jonowy uproszczony

Jak widać z powyższego zapisu, tak naprawdę reaguje atom cynku z kationami miedzi(II). Atom cynku, 

będący bardziej aktywny od miedzi (co wynika z szeregu aktywności) oddaje swoje elektrony walencyjne 
na korzyść kationów miedzi(II). Tym samym atom cynku przekształca się w kation cynku i przechodzi do 
roztworu, a kationy miedzi(II) przechodzą w atomy miedzi, co wizualnie widać, że szara blaszka cynku 
pokrywa się czerwono-rudym nalotem metalicznej miedzi.

Pojęcie kwasu i zasady w ujęciu jonowym.

W kategoriach grupy substancji mówimy o kwasach i wodorotlenkach. W szerszym ujęciu mówimy 

o roztworach wodnych o charakterze kwasu lub zasady.

W czystej wodzie zachodzi, choć w bardzo niewielkim stopniu reakcja autodysocjacji wody wg zapisu:

H

2

O  =  H 

+

  +  OH 

-

Z zapisu tego wynika, że w czystej wodzie znajdują się w proporcji 1:1 zarówno kationy wodorowe, jak 

i aniony wodorotlenkowe. O każdym roztworze wodnym, w którym ilość obu jonów jest identyczna 
mówimy, że jest obojętny (ma odczyn obojętny). 

Są substancje, które dodane do wody powodują wzrost ilości kationów wodorowych H

+

. Roztwory 

wodne,   w   których   ilość   kationów   wodorowych   jest   większa   niż   ilość   anionów   wodorotlenkowych 

Katolickie Gimnazjum w Zabrzu – pracownia chemiczna                                                                                 Jan Wójcikiewicz

background image

Wiadomości dotyczące reakcji i równań jonowych                                                                                                     strona 5 z 6

nazywamy roztworami kwasowymi (o odczynie kwasowym). Takimi substancjami są kwasy, które w 
wodzie dysocjują na kationy wodorowe i aniony reszty kwasowej.

Są również substancje, które dodane do wody powodują wzrost ilości anionów wodorotlenkowych OH

-

Roztwory   wodne,   w   których   ilość   anionów   wodorotlenkowych   jest   większa   niż   ilość   kationów 
wodorowych   nazywamy   roztworami   zasadowymi   (o   odczynie   zasadowym).   Takimi   substancjami   są 
rozpuszczalne   w   wodzie   wodorotlenki,   które   w   niej   dysocjują   na   kationy   metalu   i   aniony 
wodorotlenkowe.

Jest jednak jedna substancja, która NIE JEST wodorotlenkiem, nie ulega zjawisku dysocjacji jonowej w 

wodzie,   ale   roztwór   wodny   tej   substancji   ma   odczyn   zasadowy.   Substancją   tą   jest   amoniak   NH3, 
substancja gazowa i charakterystycznym zapachu, świetnie rozpuszczająca się w wodzie. Niewielka część 
cząsteczek   amoniaku   reaguje   z wodą   dając   OD   RAZU   jony   poniższego   równania.   Dlatego   roztwór 
amoniaku w wodzie – tzw. woda amoniakalna – ma charakter zasadowy, może reagować z kwasami dając 
sole amonowe, jedyne sole, w których zamiast kationu metalu jest kation amonowy NH

4

+

 

NH

3

 + H

2

O  =  NH

4

+

 + OH 

-

NH

3

 + HCl  =  NH

4

Cl

      

chlorek amonu

Sole amonowe.

Sole  amonowe   są bardzo  podobne  do soli  sodu i  potasu,  bo kation   amonowy  jest  bardo podobny 

w swoich własnościach do kationu sodu i potasu. Tak jak wszystkie sole sodu im potasu są bezbarwne 
i świetnie rozpuszczalne w wodzie, tak i sole amonowe są bezbarwne i świetnie rozpuszczalne w wodzie. 
Jest jednak jedna cecha pozwalająca szybko  odróżnić sole amonowe  od soli sodu i potasu - są one 
nietrwałe   w   środowisku   zasadowym   i   wydziela   się   wtedy   amoniak,   gaz,   który   można   wykryć   po 
charakterystycznym zapachu lub przy pomocy wilgotnego papierka uniwersalnego. Barwi się on wtedy 
na charakterystyczny dla środowiska zasadowego kolor zielono-niebieski.

NH

4

Cl + NaOH  =  NH

3

↑ +  NaCl + H

2

O

NH

4

+

 + Cl 

-

 + Na

+

 + OH 

-

  = NH

3

↑ + H

2

O + Na

+

 + Cl 

-

NH

4

+

 + OH 

-

  = NH

3

↑ + H

2

O

pH roztworu i skala pH

W celu dokładnego oznaczenia kwasowości i zasadowości roztworów przyjęto posługiwać się tzw. 

skalą pH. Jest to skala liczbowa o wartościach zmieniających  się od 0 do 14 (w skrajnie stężonych 
kwasach wartość pH < 0, w w skrajne stężonych zasadach pH>14). 

 Nie wdając się w szczegóły matematyczne można w pewnym przybliżeniu powiedzieć, że łączna ilość 

obu jonów H

+

  i  OH

-

  jest w każdym roztworze wodnym i w czystej wodzie taka sama i ściśle określona. 

Jeżeli zwiększa się ilość jednych  jonów, to zmniejsza  się automatycznie  ilość drugich jonów. Jeżeli 
znamy ilość (stężenie) jednych jonów, to i znamy zarazem ilość (stężenie) drugich jonów.   

Skala pH powstała przez pewien zabieg matematyczny na wartościach stężenia kationów wodorowych 

H

+

 w roztworze (dlatego pH !) i dlatego skala ta opisuje zarówno odczyn kwasowy jak i zasadowy.

Z tej matematyki wynika również, że:

a) w czystej wodzie stężenie jonów   H

+

   i   OH

-   

jest takie samo i pH czystej wody wynosi 7. Taką 

sytuację nazywamy odczynem obojętnym. Każdy roztwór, w którym istnieje równowaga pomiędzy 
tymi jonami ma pH = 7 i jest roztworem obojętnym;

Katolickie Gimnazjum w Zabrzu – pracownia chemiczna                                                                                 Jan Wójcikiewicz

background image

Wiadomości dotyczące reakcji i równań jonowych                                                                                                     strona 6 z 6

b) w roztworach kwasów ilość jonów H

+

 jest większa od ilości jonów OH

-

 i pH jest wtedy mniejsze od 

7, czyli:  0 < pH < 7. Mówimy , że roztwór ma odczyn kwasowy. Warto tutaj dodać, że są i inne  
substancje, które powodują spadek pH poniżej 7, nie tylko kwasy.

c) w roztworach zasad, czyli rozpuszczalnych wodorotlenków ilość jonów  H

+

 jest mniejsza od ilości 

jonów OH

-

 i pH jest wtedy większe od 7, czyli:  7 < pH < 14.  Mówimy, że roztwór ma odczyn 

zasadowy. Warto tutaj również nadmienić, że są i inne substancje, które powodują podwyższanie 
pH powyżej 7, nie tylko zasady. Takim znanym już przykładem jest amoniak. Ale nie tylko!

Ogólnie   rzecz   biorąc,   im   wyższe   jest   pH,   to   tym   mniej   jest   kwasowy   roztwór   lub   tym   bardziej 

zasadowy. Możemy porównywać ze sobą różne roztwory wodne na podstawie wartości ich pH.

Katolickie Gimnazjum w Zabrzu – pracownia chemiczna                                                                                 Jan Wójcikiewicz