Kwasy

Pojęcie kwasu zostanie zdefiniowane w następnych rozdziałach przy omawianiu dysocjacji elektrolitycznej. W tym miejscu zatrzymamy się na definicji Arrheniusa charakteryzującej kwasy
jako związki odszczepiające jony wodorowe H⁺ w roztworach wodnych.

W powszechnym użyciu są nazwy kwasów wywodzące się od nazw pierwiastków centralnych z zaznaczeniem stopień utlenienia np.: H₂SO₄ kwas siarkowy(VI), HNO₂ kwas azotowy(III) lub HI jodowodorowy. Niekiedy pomija się stopień utlenienia, gdy jest to zbędne, a nazwa kwasu jest jednoznaczna np.: kwas węglowy.

Nazwę systematyczną kwasów tlenowych tworzy się traktując kwasy jak sole przez podanie składu anionu kwasu (z zastosowaniem odpowiednich przedrostków liczebnikowych wraz z przedrostkiem okso) i ilości atomów wodoru. Np.: H₂SO₄ tetraoksosiarczan(VI) diwodoru, HNO₂ dioksoazotan(III) wodoru lub H₃AsO₄ tetraoksoarsenian(V) triwodoru. Nazwę kwasów beztlenowych tworzy się przez dodanie do nazwy anionu kwasu, posiadającego końcówkę -ek, słowa wodór użytego w dopełniaczu, np.: HCl chlorek wodoru, HI jodek wodoru, H₂S siarczek wodoru.

Innym sposobem tworzenia nazw kwasów jest system, w którym podaje się skład anionu używając odpowiednich przedrostków greckich w połączeniu z przedrostkiem okso, zaznaczając ładunek jonu liczbami arabskimi. Np.: H₂SO₃ - trioksosiarczan(2-) diwodoru, H₂S₂O₃ - trioksotiosiarczan(2-) diwodoru, H₃PO₄ - tetraoksofosforan(3-) triwodoru.

Niektóre pierwiastki występując na tym samym stopniu utlenienia tworzą różne kwasy np.: H₂Cr₂O₇ i H₂CrO₄. Nazwy kwasów złożonych, których wzory można wyprowadzić przez kondensację cząsteczek prostszych kwasów z odszczepieniem cząsteczki wody i połączeniem atomów centralnych atomem tlenu tworzy się przez dodanie przedrostka
-okso. Przykłądem jest nazwa kwasu
-okso-heksaoksodichromowego H₂Cr₂O₇ utworzonego z dwóch cząsteczek tetraoksochromowego(VI) H₂CrO₄. Innym przykładem są kwasy fosforowe: HPO₃, H₃PO₄, H₄P₂O₇, w których fosfor występuje na piątym stopniu utlenienia. Najlepiej stosować w tych przypadkach nazwy systematyczne: triooksofosforan(V) wodoru, tetraoksofosforan(V) triwodoru,
-okso-bis(trioksofosforan(4-) tetrawodoru. Stosuje się także nazwy kwas: metafosforowy(V), ortofosforowy(V), pirofosforowy(V). Przedrostek meta zarezerwowany jest dla kwasu o najmniejszej ilości atomów wodoru, a orto dla kwasu zawierającego jedną cząsteczkę wody więcej. Przedrostek piro oznacza kwas, który powstał jako produkt częściowego odwodnienia kwasów orto.

  

Wodorotlenki

Wodorotlenkami określa się związki chemiczne, które zgodnie z definicją Arrheniusa odszczepiają w roztworach wodnych jednowartościowe grupy wodorotlenowe
. Wzór ogólny wodorotlenków można zapisać
, w którym Me to symbol n wartościowego metalu. Do nazwy wodorotlenek dodaje się nazwę metalu lub grupy amonowej w dopełniaczu.

Przykładowo:

• Ba(OH)₂ - wodorotlenek baru,

• Fe(OH)₃ - wodorotlenek żelaza(III) ,

• Sn(OH)₄ - wodorotlenek cyny(IV)

SOLE

W wyniku połączenia się metalu z resztą kwasową powstaje sól. W zależności od budowy soli można wyróżnić:

·        sole obojętne o wzorze ogólnym:
·        wodorosole o wzorze ogólnym
·        hydroksosole o wzorze ogólnym

 

Nazwy soli tworzy się od odpowiednich nazw kwasów i metali. Zasadą jest występowanie końcówki -an w przypadku soli kwasów tlenowych oraz końcówek -ek w przypadku soli beztlenowych. A więc sól kwasu siarkowego(VI) to siarczan(VI), dichromowego(VI) to dichromian(VI), ortofosforowego(V) to ortofosforan(V). Nazwę uzupełnia się dodając nazwę i wartościowość metalu (w niezbędnych przypadkach) np.: Ca₃(PO₄)₂ ortofosforan(V) wapnia, Fe₂(CO₃)₃ węglan żelaza(III), Mn(ClO₄)₂ chloran(VII) manganu(II), Ca(HCO₃)₂ - wodorowęglan wapnia, [Cu(OH)]₂CO₃ - węglan hydroksomiedzi(II).

W nazewnictwie systematycznym podaje się ilość poszczególnych składników tworzących sól np.: Na₂SO₄ - tetraoksosiarczan(VI) sodu, KClO₃ - trioksochloran(V) potasu, (NH₄)₂S - siarczek amonu. W przypadku bardziej skomplikowanych stosunków ilościowych stosuje się liczebniki; bis, tris, tetrakis (dalej: liczebnik grecki + końcówka kis) oznaczające zwielokrotnienie np.: Ca₃(PO₄)₂ - bis(tetraoksofosforan(V)) triwapnia, Bi₂(CO₃)₃ - tris(trioksowęglan) dibizmutu. Podobnie konstruuje się nazwy wodorosoli: Ca(HCO₃)₂ - bis(wodoro trioksowęglan) wapnia, K₂HPO₄ - tetraoksowodorofosforan(V) dipotasu, KH₂PO₄ - tetraoksodiwodorofosforan(V) potasu. Nazwy hydroksosoli zawierają przedrostek hydrokso sygnalizujący obecność grup wodorotlenowych związanych z atomem metalu np.: [Cu(OH)]₂CO₃ - trioksowęglan hydroksomiedzi(II).

Stosowane są także nazwy soli, w których podaje się ładunek anionu np.: Fe(NO₃)₃ tris(trioksoazotan(1-)) żelaza, K₄P₂O₇,
-okso-bis(trioksofosforan(4-) tetrapotasu.

Nomenklatura soli umożliwia nadanie im różnych nazw. Poniżej podano przykłady równolegle stosowanych nazw soli:

K₄[Fe(CN)₆] - heksacyjanożelazian(II) potasu, heksacyjanożelazian(4-) potasu, heksacyjanożelazian tetrapotasu

Sn(NO₃)₄ - azotan(V) cyny(IV), tetrakis(trioksoazotan(1-)) cyny, tetrakis(trioksoazotan) cyny,

Na₂S₂O₃ - tiosiarczan(VI) sodu, trioksotiosiarczan(2-) sodu, trioksotiosiarczan disodu,

K₄[Ni(CN)₄] - tetracyjanoniklan(0) potasu, tetracyjanoniklan tetrapotasu,

   Związki amfoteryczne

Istnieje pewna grupa pierwiastków, których wodorotlenki i tlenki mają zdolność reagowania z mocnymi kwasami i mocnymi zasadami. Wodorotlenki tych metali w roztworach mocnych kwasów przejawiają właściwości słabych zasad, a w roztworach mocnych zasad są słabymi kwasami. Zjawisko to nosi nazwę amfoteryczności. Właściwości amfoteryczne posiadają niektóre metale grup głównych i przejściowych takie, jak np.: glin, cyna, ołów, arsen, antymon, cynk, chrom, mangan. Przykładem amfoteryczności wodorotlenku cyny(IV) są równowagi jonowe:

Wodorotlenek cyny może wiec tworzyć dwa szeregi soli.

Reagując z mocnymi kwasami jako wodorotlenek tworzy sole, w których cyna jest kationem jak ma to miejsce w siarczanie(VI) cyny(IV):

Reagując z mocnymi zasadami tworzy sole, w których cyna występuje jako składnik anionu, jak np. w metacynianie(IV) sodu:

Przedrostek meta- sygnalizuje odszczepienie się cząsteczki wody od kwasu ortocynowego(IV) H₄SnO₄.

Powyższy zapis reakcji tworzenia metacynianu(IV) sodu jest uproszczony. Częściej stosuje się zapis prowadzący do powstania związku kompleksowego heksahydroksocynianu(IV) sodu:

Poniżej podano przebieg reakcji charakteryzujący właściwości amfoteryczne arsenu na przykładzie reakcji z udziałem tlenku arsenu(V):

W pierwszej reakcji tworzy się chlorek arsenu(V), a w drugiej heksahydroksoarsenian(V) sodu.

Przykładem reakcji świadczących o amfoteryczności cynku mogą być reakcje cynku metalicznego z kwasem solnym oraz z zasadą sodową:

Związki kompleksowe

W wyniku łączenia się ze sobą (addycji) cząsteczek związków chemicznych powstają związki addycyjne. Są nimi zarówno sole podwójne takie, jak ałun żelazowo-amonowy (NH₄)₂SO₄ თ Fe₂(SO₄)₃ თ 24 H₂O oraz związki kompleksowe (koordynacyjne) typu K₄[Fe(CN)₆]. Sole podwójne ulegają dysocjacji elektrolitycznej rozpadając się na jony proste, a związki kompleksowe na jony proste i złożone:

W związkach kompleksowych występuje atom centralny (żelazo w przypadku K₄[Fe(CN)₆]), który jest otoczony grupą atomów lub jonów zwanych ligandami (grupy CN w omawianym przykładzie). Atomem centralnym jest zwykle atom lub jon o strukturze elektronowej umożliwiającej przyjęcie par elektronowych i wytworzenie wiązania koordynacyjnego, w którym jest akceptorem elektronów. Ligandami są cząsteczki lub jony dysponujące wolnymi parami elektronów, które odgrywają rolę donorów par elektronowych. W wyniku utworzenia związku kompleksowego atom centralny uzyskuje konfiguracje elektronową najbliższego gazu szlachetnego (lub zbliżoną). Liczbę ligandów w cząsteczce podaje liczba koordynacyjna. Tworzenie się wiązań koordynacyjnych w związku kompleksowym przedstawia przykład jonu heksacyjanożelazianu(II) [Fe(CN)₆]^4-. Struktura elektronowa atomu żelaza ₂₆Fe to 1s² 2s²p⁶ 3s²p⁶d⁶ 4s². Jon żelaza Fe²⁺ posiada 2 elektrony mniej, co przedstawia zapis: 1s² 2s²p⁶ 3s²p⁶d⁶. Przyłączenie się sześciu ligandów cyjankowych CN^- i utworzenie sześciu wiążań koordynacyjnych powoduje wzrost ilości elektronów do 36 i osiągnięcie przez atom żelaza w kompleksie [Fe(CN)₆]^4- struktury elektronowej kryptonu 1s² 2s²p⁶ 3s²p⁶d¹⁰ 4s²p⁶. W utworzeniu wiązań koordynacyjnych biorą udział dwa orbitale d, orbital s i trzy orbitale p atomu żelaza, które ulegają hybrydyzacji d²sp³. Podobną strukturę posiada kobalt w jonie heksaaminakobaltu(III) [Co(NH₃)₆]³⁺ Konfigurację elektronową atomu i jonu kobaltu można przedstawić za pomocą zapisu klatkowego:

kobalt po :utworzeniu sześciu wiązań koordynacyjnych z amoniakiem w jonie kompleksowym [Co(NH₃)₆]³⁺:

Także w tym przypadku atom centralny (kobalt) ma 36 elektronów i osiąga konfiguracje elektronową kryptonu.

W większości przypadków liczba koordynacyjna wynosi cztery lub sześć. Odpowiadają im odpowiednie struktury geometryczne kompleksów. W przypadku liczby koordynacyjnej cztery są to: tetraedr regularny lub kwadrat, a liczby koordynacyjnej sześć: oktaedr. Rzadziej występują liczby koordynacyjne dwa, trzy, pięć, siedem lub osiem.

Nazwę kompleksu tworzy się dodając do nazwy jonu centralnego przedrostki określające ilość i rodzaj ligandu. Najczęściej spotykane nazwy ligandów zestawiono w tabeli .

Tabela . Nazwy i wzory często stosowanych ligandów.

Nazwa ligandu	Wzór ligandu
amina	NH3
akwa	H2O
bromo	Br^-
chloro	Cl^-
cyjaniano	CNO^-
cyjano	CN^-
fluoro	F^-
hydrokso	OH^-
karbonyl	CO
okso	O^2-
tio	S^2-
tiocyjaniano	CNS^-
tiosiarczano	S2O3^2-

Poniżej podano kilka przykładów związków kompleksowych

[Co(NH₃)₆]₂(SO₄)₃ - siarczan(VI) heksaaminakobaltu(III), siarczan(VI) heksaaminakobaltu(3+), tris(tetraoksosiarczan) bis(heksaaminakobaltu)

K₃[Co(CN)₆] - heksacyjanokobaltan(III) potasu, heksacyjanokobaltan(3+) potasu, heksacyjanokobaltan tripotasu,

Na₃[Cu(CN)₄] - tetracyjanomiedzian(I)sodu, tetracyjanomiedzian(3-) sodu, tetracyjanomiedzian trisodu,

Na₃[Ag(S₂O₃)₂] - tiosiarczanosrebrzan(I) sodu, tiosiarczanosrebrzan(3-) sodu, (ditiosiarczano)srebrzan trisodu,

[Cu(H₂O)₆]SO₃ - siarczan(IV) heksaakwamiedzi(II), siarczan(IV) heksaakwamiedzi(2+), trioksosiarczan heksaakwamiedzi

K₄[NiF₆] - heksafluoroniklan(II) sodu, heksafluoroniklan(4-) sodu, heksafluoroniklan tetrapotasu