chemia właściwości tlenków, fizykochemia materiałów 1


Kwasy

Kwasy - ogólnie - to związki chemiczne, które w roztworach wodnych dysocjują na kation wodoru i anion reszty kwasowej. To związki chemiczne których cząsteczki zbudowane są z atomów wodoru i reszty kwasowej.

0x01 graphic
Kwas klasyczny [edytuj]

Kwas wg klasycznej definicji Arrheniusa to każdy związek, który wprowadzony do roztworu wodnego zwiększa stężenie jonów oksoniowych H3O + (zmniejsza pH roztworu). Automatycznie zasadą jest każdy związek, który zwiększa stężenie jonów wodorotlenkowych OH . Definicja ta ma głównie zastosowanie do roztworów wodnych.

Kwas Brønsteda-Lowry'ego [edytuj]

Według teorii kwasów i zasad Brønsteda-Lowry'ego, kwas to każdy związek chemiczny, który w warunkach danej reakcji jest donorem, (czyli inaczej dostarczycielem) jonu wodorowego H+.

Z drugiej strony zasada to każdy związek, który może być akceptorem, (czyli inaczej przyjmującym) jon wodorowy. W reakcji kwasu i zasady Brønsteda-Lowry'ego powstaje nowy kwas i nowa zasada. Np. w reakcji:

0x01 graphic

Związek HA jest kwasem a związek B zasadą. Jon A jest nową zasadą, a HB + nowym kwasem.

Przykład reakcji:

0x01 graphic

Związki chemiczne (z wyjątkiem niektórych bardzo mocnych zasad i kwasów) mogą w zależności od warunków pełnić rolę kwasu lub zasady - związki takie nazywa się związkami amfoterycznymi.

W wyniku reakcji kwasów z zasadami powstają zazwyczaj sole.

Kwas Lewisa [edytuj]

Inną, bardziej ogólną definicję kwasu podał Gilbert Newton Lewis: Kwas to związek, który jest akceptorem (przyjmującym) w warunkach danej reakcji parę elektronową, (więc zasada jest donorem pary elektronowej).

Definicja nie obejmuje klasycznych kwasów (tj. kwasów protonowych np. HCl), które wg teorii Brønsteda-Lowry'ego są kwasami, w myśl definicji Lewisa kwasami nie są. Stanowią one zaś addukty kwasowo-zasadowe.

Definicja Lewisa obejmuje jednak związki chemiczne, które zachowują się jak kwasy, bo mają silny deficyt elektronów, mimo że w ogóle nie posiadają w swojej strukturze atomu wodoru (np. chlorek glinu(III) AlCl3).

Tradycyjnie takie związki są nazywane kwasami Lewisa.

W przypadku zasad, definicje Lewisa i Brønsteda-Lowry'ego praktycznie się pokrywają - tzn. nie istnieją takie związki, które by były zasadami wg definicji Lewisa a nie były nimi wg definicji Brønsteda-Lowry'ego.

Jeszcze bardziej ogólnym od kwasów i zasad Lewisa podziałem związków chemicznych pod kątem nadmiaru lub deficytu elektronów są pojęcia elektrofila i nukleofila.

Dysocjacja kwasów [edytuj]

W roztworach wodnych kwasy dysocjują na kation hydroniowy H3O+ (hydratowany kation wodorowy H+) i anion reszty kwasowej, np.

HNO3 + H2O H3O+ + NO3- (anion azotanowy(V))

Kwasy wielowodorotlenowe dysocjują stopniowo:

H3PO4 + H2O H2PO4- + H3O+

cząsteczka kwasu ortofosforowego(V) rozpada się na anion diwodoroortofosforanowy(V) i kation wodoru

H2PO4- + H2O HPO42- + H3O+

anion diwodoroortofosforanowy(V) rozpada się na dwuujemny anion wodoroortofosforanowy(V) i kation wodoru

HPO42- + H2O PO43- + H3O+

anion wodoroortofosforanowy(V) rozpada się na trójujemny anion ortofosforanowy(V) i kation wodoru

Ważniejsze kwasy [edytuj]

Do najbardziej znanych tlenowych kwasów nieorganicznych (wg definicji Arrheniusa) zaliczyć można:

Najważniejsze beztlenowe kwasy nieorganiczne:

Kwasy nieorganiczne mocne:

Inne kwasy:

Kwasy utleniające

Zasady

Zasady - jedna z podstawowych obok kwasów i soli grup związków chemicznych. Wodne roztwory silnych zasad nieorganicznych są nazywane ługami (np. ług sodowy). Istnieją trzy różne definicje tej grupy związków:

0x01 graphic
Zasada Arrheniusa [edytuj]

Według klasycznej, jonowej teorii Arrheniusa, zasada to związek chemiczny, który po wprowadzeniu do roztworu wodnego, na skutek dysocjacji z wydzieleniem anionów wodorotlenowych, zwiększa stężenie jonów OH i zmniejsza stężenie jonów oksoniowych H3O + (zwiększa pH roztworu).

Zasada Brønsteda-Lowry'ego [edytuj]

Zasada wg definicji Brønsteda-Lowry'ego to każdy związek chemiczny, który w warunkach danej reakcji jest akceptorem (czyli inaczej przyjmującym) kationu wodorowego (H+) czyli protonu.

Z drugiej strony kwas to każdy związek, który może być donorem, czyli inaczej dostarczycielem protonu (kationu wodorowego).

Np. w reakcji:

HA + B → A- + HB+

związek HA jest kwasem, a związek B - zasadą.

Związki chemiczne (z wyjątkiem niektórych bardzo mocnych zasad i kwasów) mogą w zależności od warunków pełnić rolę kwasu lub zasady - związki takie nazywa się związkami amfoterycznymi.

Zasada Lewisa [edytuj]

Inną, bardziej ogólną definicję zasady podał Lewis: Zasada to związek, który jest donorem (dostarczycielem) w warunkach danej reakcji pary elektronowej (więc kwas jest akceptorem pary elektronowej).

W przypadku zasad definicja ta jest praktycznie jednoznaczna z definicją klasyczną, gdyż przyjęcie jonu wodorowego wiąże się z utworzeniem wiązania z atomem wodoru, przy czym oba elektrony tworzące to wiązanie muszą być dostarczone przez zasadę. Każda zasada będąca nią wg definicji klasycznej musi być więc też zasadą wg definicji Lewisa i vice versa.

Nie jest tak jednak w przypadku kwasów, gdyż definicja Lewisa obejmuje też związki, które zachowują się jak kwasy, bo mają silny deficyt elektronów, mimo że w ogóle nie posiadają w swojej strukturze atomu wodoru (np. chlorek glinu(III) AlCl3).

Jeszcze bardziej ogólnym od kwasów i zasad Lewisa podziałem związków chemicznych pod kątem nadmiaru lub deficytu elektronów są pojęcia: elektrofil i nukleofil.

Sole

Ten artykuł dotyczy grupy związków chemicznych. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.

Sól NaCl wykrystilizowana w zlewce.

Sole - związki chemiczne powstałe w wyniku całkowitego lub częściowego zastąpienia w kwasach atomów wodoru innymi atomami bądź grupami o własnościach elektrofilowych, takimi jak metale, NH4+, RO- (gdzie R - dowolna grupa, np. organiczna) itp. Sole znalazły liczne zastosowania, przede wszystkim jako nawozy sztuczne, a ponadto w budownictwie, komunikacji, w przemyśle spożywczym i wielu innych.

Ogólnym wzorem na zapis soli jest wzór:

MaARKbB

gdzie: a,b - odpowiednie indeksy

A - wartościowość metalu

B - wartościowość reszty kwasowej

np. siarczan(VI) glinu

AlIII SO4II Przechodzimy do metody na krzyż i uzyskujemy wzór: Al2(SO4)3

0x01 graphic
Systematyka soli [edytuj]

Roztwory wodne soli mocnych kwasów i mocnych zasad mają zwykle różny odczyn. Sole mocnych kwasów i słabych zasad mają odczyn kwaśny, zaś sole mocnych zasad i słabych kwasów odczyn zasadowy. Sole słabych kwasów i słabych zasad mogą dawać odczyn zasadowy lub kwaśny, zależnie od stężenia.

Oprócz tego wyróżnia się:

Tzw. sole "zasadowe" i "kwaśne" - bardzo często mają odwrotny odczyn niżby się tego można było spodziewać na podstawie ich niepoprawnej nazwy, podobnie jak to jest z solami mocnych kwasów i słabych zasad.

Nazewnictwo soli nieorganicznych [edytuj]

Zobacz więcej w osobnym artykule Nomenklatura chemiczna, w sekcji sole.

Metody otrzymywania soli [edytuj]

  1. metal + kwas → sól + wodór (nie dotyczy metali szlachetnych i półszlachetnych)

  2. tlenek lub wodorotlenek metalu + kwas → sól + woda

  3. zasada + kwas → sól + woda (zwana reakcją zobojętniania)

  4. tlenek metalu + tlenek niemetalu → sól (dotyczy tylko soli kwasów tlenowych)

  5. wodorotlenek metalu + tlenek niemetalu → sól + woda (dotyczy tylko soli kwasów tlenowych)

  6. metal + niemetal → sól (dotyczy tylko soli kwasów beztlenowych)

  7. kwas 1 + sól 1 → sól 2 + kwas 2

  8. sól → sól + sól (dysproporcjonowanie)

  9. sól 1 (rozp. w wodzie) + sól 2 (rozp. w wodzie) → sól 3 (nierozpuszczalna w wodzie) + sól 4 (rozpuszczalna w wodzie)

  10. sól 1 → metal 2 + sól 2

  11. zasada 1 + sól 1 → zasada 2 + sól 2

  12. sól 1 + sól 2 → sól 3 + sól 4

np. siarczek miedzi(II) CuS

  1. Cu + H2S → CuS + H2

  2. Cu(OH)2 + H2S → CuS + 2H2O

  3. Cu + S → CuS

  4. H2S + CuCl2 → CuS↓ + 2HCl

  5. Na2S + CuCl2 → CuS↓ + 2NaCl

lub fosforan(V) magnezu Mg3(PO4)2

  1. 3Mg + 2H3PO4 → Mg3(PO4)2 + 3H2

  2. 3MgO + 2H3PO4 → Mg3(PO4)2 + 3H2O

  3. 3Mg(OH)2 + 2H3PO4 → Mg3(PO4)2 + 6H2O

  4. 6MgO + P4O10 → 2Mg3(PO4)2

  5. 6Mg(OH)2 + P4O10 → 2Mg3(PO4)2 + 6H2O

  6. 2H3PO4 + 3MgCl2 → Mg3(PO4)2↓ + 6HCl

  7. 2Na3PO4 + 3MgCl2 → Mg3(PO4)2↓ + 6NaCl

  8. 4KClO3 → KCl + 3KClO4

Tlenki

Tlenki są to nieorganiczne związki chemiczne, zbudowane z tlenu i dowolnego pierwiastka chemicznego.

0x01 graphic
Właściwości [edytuj]

fizyczne [edytuj]

Tlenki mają bardzo różne własności fizyczne, które zależą od pierwiastka łączącego z tlenem: od substancji stałych o bardzo wysokich temperaturach topnienia (np. tlenek wolframu), przez ciecze (woda), po gazy (np. podtlenek azotu). Większość tlenków metali ma podobny, biały bądź szary kolor bez połysku.

chemiczne [edytuj]

Tlenki mają bardzo różne własności chemiczne w zależności od elektroujemności pierwiastka, z którym tlen tworzy wiązanie.

Nazewnictwo tlenków [edytuj]

IUPAC zaleca stosowanie systemu Stocka. Aby nadać tlenkowi nazwę przy użyciu tego systemu używamy słowa tlenek oraz podajemy nazwę pierwiastka tworzącego dany tlenek. Tlen w tlenkach zawsze występuje na minus drugim stopniu utleniania (-II). Dla pierwiastka, który w wiązaniu z tlenem przyjmuje tylko jedną wartościowość nie podaje się jej, lecz gdy istnieją różne wartościowości pierwiastka, w jego tlenkach należy napisać ją w nawiasie. Np.:

K2O - tlenek potasu

CaO - tlenek wapnia

Sc2O3 -tlenek skandu

CO - tlenek węgla (II)

CO2 - tlenek węgla (IV)

MnO2 - tlenek manganu (IV)

Wyjątkiem jest fluorek tlenu (OF2) (NIE ), ponieważ tlen jest mniej elektroujemny niż fluor, chociaż jest to związek tlenu z fluorem.

Otrzymywanie tlenków [edytuj]

1. Bezpośrednia synteza z pierwiastków:

2Cl2 + O2 → 2Cl2O

S + O2 → SO2

2. Utlenianie niższych tlenków:

2CO + O2 → 2CO2

4FeO + 3O2 → 2Fe2O3

3.Redukcja wyższych tlenków:

MnO2 + H2 → MnO + H2O

Fe2O3 + C → 2FeO + CO

4.Rozkład tlenków:

N2O3 → NO + NO2

4MnO2 → 2Mn2O3 + O2

5. Rozkład soli nietrwałych kwasów tlenowych:

CaCO3 → CaO + CO2

Na2SO3 → Na2O + SO2

6. Rozkład niektórych wodorotlenków:

2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O

Cu(OH)2 → CuO + H2O

7. Rozkład kwasów nietrwałych:

H2CO3 → CO2 + H2O

H2SO3 → SO2 + H2O

Kwasowo-zasadowy charakter tlenków nieorganicznych [edytuj]

Reakcje tlenków z wodą

Charakterystyka

Tlenki kwasowe np. CO2, SO3

Tlenki o charakterze kwasowym SiO2

Tlenki zasadowe K2O, CaO

Tlenki o charakterze zasadowym MgO MnO

Reakcja z wodą

tak (1)

nie

tak (2)

nie

nie

nie

Reakcja z kwasem

nie

tak (3)

tylko z kwasem mocnym (4)

nie

Reakcja z zasadą

tak (5)

nie

tylko z mocną zasadą (6)

nie

Najbardziej znaną reakcją chemiczną tlenków jest reakcja z wodą, w czasie której powstają kwasy i zasady.

(1) Tlenki większości niemetali w reakcji z wodą tworzą kwasy:

CO2 + H2O → H2CO3

SO3 + H2O → H2SO4

(2) Tlenki metali alkalicznych i ziem alkalicznych (czyli litowce i berylowce bez berylu i magnezu) w reakcji z wodą tworzą zasady:

Na2O + H2O → 2NaOH

CaO + H2O → Ca(OH)2

(5) Tlenki kwasowe reagują z zasadami:

Cl2O7 + 2NaOH → 2NaClO4 + H2O

CO2 + 2LiOH → Li2CO3 + H2O

(3) Tlenki zasadowe reagują z kwasami:

CaO + 2HCN → Ca(CN)2 + H2O

K2O + HNO2 → KNO2 + H2O

Tlenki amfoteryczne to takie, które posiadają własności kwasowe lub zasadowe w zależności od środowiska, w którym się znajdują.

(4) Tlenek glinu bądź tlenek cynku reaguje z kwasami mocnymi:

Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O

ZnO + 2HMnO4 → Zn(MnO4)2 + H2O

(6) oraz z mocnymi zasadami:

Al2O3 + 6NaOH + 3H2O → 2Na3[Al(OH)6]

ZnO + Sr(OH)2 + H2O → Sr[Zn(OH)4]

Oczywiście należy pamiętać, że reakcje otrzymywania tlenków (powyżej),
reakcji z wodą, kwasem lub zasadą nie mają nic wspólnego z rzeczywistością.
Większość z wypisanych reakcji jest po prostu nieekonomiczna, bądź zbyt niebezpieczna, aby ją wykonać.

Innym, często stosowanym podziałem tlenków jest fakt występowania lub nie wiązań chemicznych tlen-tlen i inny pierwiastek - inny pierwiastek.

Ważniejsze tlenki nieorganiczne [edytuj]

Do najbardziej znanych tlenków zaliczyć można:

Wodorotlenki

Wodorotlenki to związki nieorganiczne metali typu M(OH)x. Związki o budowie jonowej zawierające stabilny kation organiczny i anion OH- również określa się nazwą "wodorotlenki" (np. (CH3)4N+OH- - wodorotlenek tetrametyloamoniowy).

Ze względu na właściwości kwasowo-zasadowe wyróżnia się wodorotlenki zasadowe, obojętne, kwasowe lub amfoteryczne.

Przegląd wodorotlenków nieorganicznych [edytuj]

Charakter kwasowo-zasadowy wodorotlenków jest zależny od charakteru i energii wiązania M-O (metal-tlen). Jeżeli wiązanie to jest silnie i jonowe, wodorotlenek ma charakter zasadowy i w pełni dysocjuje na jony OH-. Jeżeli wiązanie ma charakter kowalencyjny wodorotlenek może mieć właściwości amfoteryczne z przewagą zasadowych (np. Zn(OH)2), a nawet kwasowych (np. Ti(OH)4).

Otrzymywanie wodorotlenków [edytuj]

1) metal + woda → wodorotlenek + wodór

2) tlenek metalu + woda → wodorotlenek

Siarczany

0x01 graphic
Siarczany(IV) [edytuj]

Siarczany(IV) (nazwa tradycyjna: siarczyny), MI2SO3, MIISO3 - sole nietrwałego kwasu siarkowego(IV) (siarkawego).

Właściwości [edytuj]

Anion siarczanowy(IV) jest dwuujemnym jonem o wzorze SO32- Zwykle są trudno rozpuszczalne w wodzie, z wyjątkiem siarczanów(IV) litowców. Są bezbarwne jeżeli kation jest bezbarwny. Mają redukujące własności. Utleniają się na powietrzu. W środowisku kwaśnym wydzielają dwutlenek siarki (SO2).

Siarczany(VI) [edytuj]

W chemii nieorganicznej siarczany(VI) (nazwa tradycyjna: siarczany) to sole kwasu siarkowego(VI) (siarkowego).

Właściwości chemiczne [edytuj]

Jon siarczanowy(VI) to dwuujemny anion o wzorze empirycznym SO42− i masie cząsteczkowej 96,06 u; składa się z jednego centralnego atomu siarki otoczonego przez cztery atomy tlenu, ma kształt czworościanu. Jon siarczanowy(VI) jest resztą kwasową kwasu siarkowego(VI) (H2SO4).

Prawie wszystkie siarczany(VI) są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Siarczan wapnia, strontu, baru, ołowiu(II), srebra i rtęci(I) są nierozpuszczalne w wodzie.

Zastosowania [edytuj]

Siarczany mają szerokie zastosowanie:

Siarczany w mineralogii [edytuj]

Minerały tworzące gromadę siarczanów powstają w niskich temperaturach w środowiskach utleniających. Przeważnie są produktami procesów hipergenicznych, zwłaszcza ewaporacji wód morskich i jeziornych. Wiele siarczanów metali ciężkich tworzy się w strefie utleniania kruszców. Niektóre z nich jako produkty działalności hydrotermalnej powstają w niskich temperaturach. Przeważnie są bezbarwne, lecz niektóre z nich, zwłaszcza siarczany metali ciężkich , odznaczają się żywym zabarwieniem. Przeważnie są przezroczyste. cechuje je niewielka twardość, która w nielicznych przypadkach osiąga 3,5 w skali Mohsa. Znaczna ich częśc rozpuszcza się w wodzie, dotyczy to szczególnie siarczanów metali jedno i dwuwartościowych o małych promieniach jonowych np. Na+ i Mg2+. Przy ich rozpoznawaniu najczęściej używa się metod termicznych (DTA, TG, DTG), przydatne są także metody rentgenostrukturalne oraz spektroskopia w podczerwieni.

Klasyfikacja [edytuj]

Ze względu na skład chemiczny wyróżnia się pięć klas siarczanów:

Chlorki

Chlorek - ogólna nazwa związków chemicznych, soli kwasu solnego lub innych związków zawierających chlor.

W chemii nieorganicznej chlorkami nazywa się

W chemii organicznej określenie chlorki obejmuje

Większość soli chlorkowych jest dobrze rozpuszczalna w wodzie. Kationy, których chlorki są słabo rozpuszczalne, zostały wyodrębnione w I grupę kationów. Są to: AgCl, PbCl2 oraz Hg2Cl2.

W chemii analitycznej do oznaczania chlorku stosuje się metody: Mohra i Volharda.

Sole chlorkowe zawierają anion chlorkowy: Cl. Jony te pełnią ważną funkcję w komórkach organizmów żywych. Działanie enterotoksyny (toksyny przecinkowca cholery) jest związane z zaburzeniem gospodarki jonu Cl.

Najbardziej znaną nieorganiczną solą chlorkową jest chlorek sodu, czyli sól kuchenna. Jest on również najbardziej powszechną solą rozpuszczoną w oceanach.

Siarczki

Siarczki - związki chemiczne zawierające siarkę na stopniu utlenienia -2.

W chemii nieorganicznej są to sole kwasu siarkowodorowego o wzorze ogólnym M2S (gdzie M - metal jednowartościowy), np. Na2S - siarczek sodu lub HgS - siarczek rtęci(II).

W chemii organicznej siarczkami nazywane są związki zawierające wiązanie C-S-C (→ tioetery), np. siarczek dimetylu H3C-S-CH3.

Właściwości fizykochemiczne [edytuj]

Siarczki metali naturalnego pochodzenia wyróżniają się dużą gęstością, zazwyczaj są nieprzezroczyste i przewodzą prąd elektryczny.

Siarczki rozkładają się i reagują pod wpływem wód powierzchniowych i atmosfery, przechodząc w barwne tlenki, wodorotlenki, węglany, siarczany i fosforany metali.

Petrologia [edytuj]

Minerały siarczków występują głównie w złożach kruszców związanych z działalnością magmową oraz w meteorytach. Tworzą najistotniejsze gospodarczo złoża: wydobywano z nich kruszce srebra, miedzi, rtęci, cynku, ołowiu oraz piryt.

andoryt - antymonit - argentopiryt - argentyt - arsenopiryt - aurypigment - bornit - boulangeryt - bournonit - chalkopiryt - chalkozyn - cynober - dyskrazyt - freieslebenit - galena - greenockit - haueryt - jordanit - kermesyt - kobaltyn - kowelin - linneit - markasyt - maucheryt - miargyryt - milleryt - molibdenit - nagyagit - nikielin - pirargyryt - pirostilpnit - pirotyn - piryt - plagionit - polibazyt - proustyt - realgar - saffloryt - seligmannit - semseyit - sfaleryt - skutterudyt - stephanit - sylvanit - tennantyt - tetraedryt - ullmannit - wurtzyt



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Właściwości fizykochemiczne materiałów i metody ich badania (Magda Szostek)
Ściaga z materiałów budowlanych i właściwości fizycznych i fizykochemicznych
CHEMIA - WZORY, I semstr moje materiały, Semestr I, Chemia
Chemia właściwości substancji krystalicznych
kawsy i mydła - chemia, Właściwości kwasów karboksylowych o rodniku alifatycznym
Lista2, IB, I rok, Fizykochemia materiałów, Lista Zadań
odp z fizykochemii, fizykochemia materiałów 1
Fizykochemia materiałów wstęp 2008 wykład
stal o specjalnych właściwościach(sciąga), Studia, Materiałoznastwo, Metaloznastwo i Podstawy Obrobk
Lista1, IB, I rok, Fizykochemia materiałów, Lista Zadań
Lista 4, IB, I rok, Fizykochemia materiałów, Lista Zadań
Fizykochemia materiałów wstęp 2007 wykład(1)
chemia sciaga test stara, Materiały AGH WIMIR, AGH WIMIR Autamatyka i Robotyka

więcej podobnych podstron