plik


Oglne wBa[ciwo[ci zwizkw nieorganicznych P kt j[ i do poznania wBa[ciwo[ci zwizkw organicznych bdzie Punktem wyj[cia d i B [ i [ i i k i h b d i ukBad okresowy. Pierwiastki umieszczone s w ukBadzie okresowym wg wzrastajcej liczby Pierwiastki umieszczone s w ukBadzie okresowym wg wzrastajcej liczby atomowej. Pierwiastki umieszczone w tej samej g p maj tak sam konfiguracje jj grupie j gj elektronow powBoki walencyjnej, co w du|ym stopniu warunkuje ich podobieDstwo wBa[ciwo[ci atomowych, chemicznych i fizycznych. Pi i tki mo|na d i li na: Pierwiastki | podzieli niemetale metale metale Oprcz tych pierwiastkw wystpuj pierwiastki o wBa[ciwo[ciach po[rednich p semimetale lub metaloidy 1 niemetale niemetale metaloidy metale 2 niemetale Zajmuj praw grna cz[ ukBadu okresowego, na prawo od linii bor (B) z astatem (At) charakteryzuj si wysok elektroujemno[ci: wodr H gazy w[rd niemetali s wgiel C szlachetne g y g gazy azot N atomowe czsteczkowe hel He tlen O neon Ne fluor F hel He wodr H2 f uor F hel He wodr H2 Ar P4 argon A fosfor P neon Ne azot N2 S8 krypton Kr siarka S argon Ar tlen O2 ksenon Xe selen Se krypton Kr fluor F2 selen Se krypton Kr fluor F2 radon Rn chlor Cl ksenon Xe chlor Cl2 ciecz brom Br radon Rn brom Br2 iod I iod I2 iod I iod I ciaBo staBe i B B wgiel C odmiany alotropowe odmiany alotropowe grafit diament fulereny 3 Metaloidy Metale Cechy niemetali: Cechy niemetali: bor B pozostaBe brak metalicznego krzem Si pierwiastki poBysku zmienne barwy, p yy arsen A As kruche, twarde lub telur Te Cechy metali: mikkie astat At german Ge metaliczny poBysk sBabe przewodnictwo cigliwo[ i kowalno[ tlenki niemetali maj dobre przewodnictwo p charakter kowalencyjny tlenki metali maj kwasowy charakter zasadowy w roztworze wystpuj w roztworze wystpuj tworz staBe jonowe jako aniony tak|e aniony zwizki poliatomowe wystpuj w roztworze wystpuj w roztworze jako kationy 4 Metale: Wszystkie s staBe z wyjtkiem rtci Hg (t.t=-39oC), dwa metale cez Cs Wszystkie s staBe z wyjtkiem rtci Hg (t.t 39 C), dwa metale cez Cs (t.t=28.4oC) i gal Ga (t.t=29.8oC) topi si w temperaturze nieco powy|ej pokojowej. Maj te| wysok t.t dla chromu Cr (t.t=1900oC) Dwie pierwsze grupy: litowce i berylowce to typowe metale. S to bardzo aktywne metale zwBaszcza litowce, ktre tworz kationy na +1 stopniu utlenienia , berylowce na +2 stopniu utlenienia. , y p Reaguja z tlenem dajc tlenki typu: Li2O, BeO 2 Li + O2! Li2O 2 Be + O2 ! 2 BeO 2 Li O2! Li2O 2 Be O2 ! 2 BeO Litowce energicznie reaguj z H2Otworz wodorotlenki. 2 Li + 2 H2O ! 2 LiOH + H2! 2 Li + 2 H O ! 2 LiOH + H ! Litowce na powietrzu pokrywaj si tlenkami, maj wBasno[ci redukujce. Reaktywno[ ro[nie ze wzrostem liczby atomowej w g p . y m y m j grupie. Lit jest stosowny jako deuterek litu LiD w reaktorach atomowych, lit stosowny jest w bateriach litowych. Sd Na jest najbardziej rozpowszechniony w[rd pierwiastkw alkalicznych 5 Magnez reaguje aktywnie z tlenem 2 Mg + O2 ! MgO Jony kationy metali przej[ciowych pierwszego szeregu s najcz[ciej na +2 stopniu utlenienia, ale wystpuj te| na +3 i +1 stopniu. l l 1 Cr3+, Mn2+, Fe3+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Cu+, Zn2+, Ag1+, Cd2+, Hg2+, Hg22+, Al3+, 2+ 4+ S Sn4+, Pb2+, Pb4+, Sn2+, S Pb2+ Pb4+ Zwizki metali z niemetalami wykazuj si najcz[ciej zwizkami jonowymi o stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia. o stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia. Tlenki, halidki i wodorki s zwizkami jonowymi. Wikszo[ tlenkw metali ma wBa[ciwo[ci zasadowe reagujc z wod daje Wikszo[ tlenkw metali ma wBa[ciwo[ci zasadowe, reagujc z wod daje wodorotlenki: Tlenek metalu + woda ! zasada N O H O ! 2 N OH C O H O ! C (OH) Na2O + H2O 2 NaOH(ag) CaO + H2O Ca(OH)2(aq) Tlenek metali reaguje te| z kwasami dajc sole i woda Tlenek metalu + kwas! sl + woda MgO(s) 2 HCl MgCl2(aq) H2O NiO(s) H2SO4 NiSO4 H2O MgO(s) + 2 HCl ! MgCl2(aq) + H2O NiO(s) + H2SO4 ! NiSO4 + H2O 7 7 Tlenki metali I grupy: Li2O, Na O K2O, Rb O Cs2O i Fr O oraz tlenki Tlenki metali I grupy: Li O Na2O, K O Rb2O, Cs O i Fr2O oraz tlenki II grupy: CaO, BaO , SrO, RaO reaguj z wod tworzc mocne zasady, caBkowicie w wodzie zdysocjowanie, wg reakcji: Tlenek metalu + woda ! zasada I grupa: N O H O ! 2 N OH d tl k d I Na2O + H2O 2 NaOH(ag) wodorotlenek sodu II grupa: CaO + H2O ! Ca(OH)2(aq) wodorotlenek wapnia Tlenki metali, ktre z wod tworz wodorotlenki nosz nazw bezwodnikw zasadowych 7 Zasady to zwizki, ktre w roztworze dysocjuj na jon metalu i reszt zasadow (grup wodorotlenow  OH, ktra jest t d ( d tl OH kt j t jednowarto[ciowa). Zasady nazywamy tak|e wodorotlenkami. Zasady to tylko te wodorotlenki, ktre dobrze rozpuszczaj si w wodzie, jak zasady litowcw i niektre berylowcw. y We wzorze wodorotlenkw najpierw piszemy symbol metalu, a nastpnie reszt wodorotlenow (-OH). W nowej nomenklaturze nazw wodorotlenku tworzymy dodajc do nazwy wodorotlenek nazw nazw wodorotlenku tworzymy dodajc do nazwy wodorotlenek nazw metalu i w nawiasie jego stopieD utlenienia. np. Mg(OH)2 wodorotlenek magnezu Fe(OH)3 wodorotlenek |elaza(III) Metaliczny lub niemetaliczny charakter pierwiastka, okre[lony przez j B [ i [ i h i | l |  i t lk d j B | i jego wBa[ciwo[ci chemiczne, mo|e zale|e nie tylko od jego poBo|enia w ukBadzie okresowym, ale tak|e od stopnia utlenienia. Niski stopieD  wBasno[ci metaliczne wy|sze  wBasno[ci niemetaliczne Niski stopieD  wBasno[ci metaliczne, wy|sze  wBasno[ci niemetaliczne. 8 Niemetale Niemetale w reakcjami z metalami zyskuj elektrony tworzc aniony np 2 Al(s) + 3 Br2(l) ! 2 AlBr3(s) Zwizki niemetali midzy sob to substancje o wizaniach najcz[ciej kowalencyjnych. S to tlenki, halogenki lub wodorki, ktre mog by gazami, cieczami lub substancjami staBymi o niskiej temperaturze topnienia cieczami lub substancjami staBymi o niskiej temperaturze topnienia. Wikszo[ tlenkw niemetali ma wBa[ciwo[ci kwasowe, rozpuszczaj si wodzie, reaguj z ni tworzc kwasy Takie tlenki nazyy g j y. ywamy bezwodnikami kwasowymi . S one kwasami z ktrych usunito wod. Kwasami nazywamy substancje, ktrych roztwory wykazuj du|e st|enie j dh R i D k j k [ k b i l k jonw wodorowych. RozcieDczone kwasy maj kwa[ny smak, barwi lakmus na czerwono, maj zdolno[ci zobojtniania zasad. 9 Tlenki niemetali tworz kwasy tlenowe. Niemetale w reakcji z wodorem tworz gazy takie jak chlorowodr, fl d d d b d k d ktre fluorowodr, jodowodr, bromowodr czy siarkowodr, k po rozpuszczeniu w wodzie tworz kwasy beztlenowe. H O H2O H2 + Cl2 ! 2 HCl HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq) H2 + F2 ! 2 HF HR H+ + R- H2 + Br2 ! 2 HBr H2 + I2 ! 2 HI H2 + S! 2 H2S Pierwszym bezwodnikiem kwasowym w[rd pierwiastkw bloku p jest tritlenek boru B2O3, ktry tworzy kwas ortoborowy H3BO3: B O + 3 H2O 2 H3BO3 B2O3 + 3 H O ! 2 H BO uwodnienie hydratacja odwodnienie 10 Nastpnym jest ditlenek wgla CO2: Kwas, ktry nie istnieje w stanie wolnym, trwaBe CO2 + H2O ! H2CO3 s natomiast sole wglany Na2CO3, K2CO3, CaCO3 3 N2O5 + H2O ! 2 HNO3 kwas azotowy(V) sole azotany(V) N O H O ! 2 HNO2 k t (III) l t (III) N2O3 + H2O 2 HNO kwas azotowy(III) sole azotany(III) azotawy azotyny SO3 + H2O ! H2SO4 kwas siarkowy(VI) sole siarczany(VI) SO2 + H2O ! H2SO3 kwas siarkowy(IV) sole siarczany(IV) siarkawy siarczyny P4O10 + 6 H2O ! 4 H3PO4 kwas fosforowy(V) sole fosforany(V) P4O6 + 6 H2O ! 4 H3PO3 kwas fosforowy(III) sole fosforany(III) fosforawy fosforyny 11 najaktywniejszy niemetal fluor F wzrost aktywno[ci niemetali najaktywniejszy metal frans F j kt i j t l f Fr 12 y c e k y [ a o wzrastajcy charakter metaliczny wzrost wBa[ciwo[ci niemetalicznych Tlenowe kwasy chlorowcowe: Fluor tworzy tlenek F2O, ktry z wod gwaBtownie reaguje F2O + H2O ! 2 HF + O2 Chlor tworzy szereg kwasw tlenowych: Chlor tworzy szereg kwasw tlenowych Cl2O + H2O ! 2 HClO kwas chlorowy(I) chlorany(I) podchlorawy podchloryny podchlorawy podchloryny Cl2O3 + H2O ! 2 HClO2 kwas chlorowy(III) chlorany(III) chlorawy chloryny chlorawy chloryny Cl2O5 + H2O ! 2 HClO3 kwas chlorowy(V) chlorany(V) Cl O H O ! 2 HClO4 k hl (VII) hl (VII) Cl2O7 + H2O 2 HClO kwas chlorowy(VII) chlorany(VII) nadchlorowy nadchlorany Metaloidy wykazuj wBa[ciwo[ci po[rednie pomidzy metalami i niemetalami. Mog posiada charakterystyczny poBysk, ale by sBabym przewodnikiem ciepBa i elektryczno[ci Kilka z nich to pBprzewodniki przewodnikiem ciepBa i elektryczno[ci. Kilka z nich to pBprzewodniki np. Ge german. 13 Sole Sole tworz si w reakcji kwasu z zasad (reakcja zobojtniania). Ale sole mog powstawa tak|e w innych reakcjach g p yj przedstawionych poni|ej: 1. kwas zasada H2SO4 2NaOH Na2SO4 H2O 1. kwas + zasada H2SO4 + 2NaOH ! Na2SO4 + H2O 2. kwas + metal 2HCl + Zn ! ZnCl2 + H2! 3. kwas + tlenek metalu 2HNO3 + CaO ! Ca(NO3)2 + H2O 4. zasada + tlenek niemetalu 2NaOH + CO2 ! Na2CO3 5 tlenek metalu + tlenek niemetalu Na O + CO2 ! Na CO 5. tlenek metalu + tlenek niemetalu Na2O + CO ! Na2CO3 6. metal + niemetal Fe + S ! FeS 14 Sole dobrze rozpuszczalne w wodzie dysocjuj na jon metalu lub jon amonowy i anion, czyli reszt kwasow. We wzorze soli na pierwszym miejscu zawsze piszemy kation a za nimreszt kwasow. i j i k i i k Nazwy soli kwasw beztlenowych maj koDcwk  ek y y j Nazwy soli kwasw tlenowych maj koDcwk  an W nowej nomenklaturze najpierw podajemy nazw z y w w j z W n w j n m n u z n jp w p j my n zw reszty kwasowej z koDcwk -an lub  ek, piszc w nawiasie stopieD utlenienia pierwiastka centralnego, a nastpnie nazw metalu i stopieD jego utlenienia w nawiasie nawiasie. Al2(SO4)2 siarczan(VI) glinu Cu(NO ) azotan(V) miedzi(II) Cu(NO3)2 azotan(V) miedzi(II) Fe(NO2)2 azotan(III) |elaza(II) CrCl3 chlorek chromu(III) F (ClO ) hl (VII) | l (III) Fe(ClO4)3 chloran(VII) |elaza(III) CuS siarczek miedzi(II) NaCH3COO octan sodu 15 Kwasy wieloprotonowe s zobojtniane przez zasady stopniowo, co powoduje, |e mog tworzy si sole kwa[ne: zawierajce oprcz kationu pj g y j p metalu i reszty kwasowej tak|e jony wodorowe np. Na2SO4  obojtny siarczan sodowy, siarczan(VI) disodu NaHSO  kwa[ny siarczan sodowy wodorosiarczan(VI) sodu NaHSO4  kwa[ny siarczan sodowy, wodorosiarczan(VI) sodu Na2CO3  obojtny wglan sodowy, wglan sodu NaHCO3 - kwa[ny wglan sodowy, wodorowglan sodu N PO f f (V) t i d Na3PO4  fosforan(V) trisodu, Na2HPO4  wodorofosforan(V) disodu, NaH2PO4  diwodorofosforan(V) sodu, fosforan jednosodowy CaCO3  wglan wapnia Ca(HCO3)2  wodorowglan wapnia Je[li sole zawieraj niezobojtnione grupy wodorotlenowe zasady to Je[li sole zawieraj niezobojtnione grupy wodorotlenowe zasady to s to sole zasadowe. np. CoOHCl  hydroksychlorek kobaltu(II) Bi(OH) Cl  dih dr ks chl r k bizmutu(II) Bi(OH)2Cl dihydroksychlorek bizmutu(II) Cu2(OH)2SO4  dihydroksysiarczan dimiedzi(II) 16 Utlenianie metali , szereg aktywno[ci metali Metale chtnie reaguj z tlenem, utleniajc si na powierzchni: 2 Ca(s) + O2(g) = 2 CaO(s) Proces utlenienia zwizany jest z utrat elektronw Ca ! Ca2+ + 2e-, proces redukcji z przyBczaniem elektronw O2 + 2 ! 2O2- d k ji B i l kt O 2e- 2O2 Sd Na i wapD Ca s przykBadem metali utleniajcych si Batwo, srebro Ag i zBoto Au trudno zBoto Au trudno. Wiele metali reaguje z kwasami tworzc sl i wodr gazowy: metal + kwas ! sl + wodr Mg(s) + HCl(aq) ! MgCl2(aq) + H2(g) 17 Reakcje metali z kwasami s przykBadem szerokiej klasy reakcji pojedynczej wymiany: pojedynczej wym any A + BX ! AX + B metal + sl ! sl + metal Fe(S) N(NO3)2(aq) Fe(NO3)2(aq) N F + Ni(NO3)2(aq) ! F (NO3)2(aq) + Ni(s) (S) (s) Zn(S) + CuSO4(aq) ! ZnSO4(aq) + Cu(s) Zn(S) + H2SO4(aq) ! ZnSO4( ) + H2(g)! Zn(S) + H2SO4( ) ! ZnSO4(aq) + H2( )! Nie wszystkie metale maj zdolno[ wypierania innego metalu z soli lub wodoru z kwasu, zale|y to od poBo|enia metalu w szeregu aktywno[ci metali metalu w szeregu aktywno[ci metali 18 Szereg aktywno[ci metali Li ! Li+ + e- K ! K+ + e- metal m Ba ! Ba2+ + 2 e- + Ca ! Ca2+ + 2 e- H2O H2O wzrost Na ! Na+ + e- aktywno[ci Mg ! Mg2+ + 2 e- g g metali metali Al ! Al3+ + 3 e- metal metal Mn ! Mn + 2 e- Mn ! Mn2+ + 2 e + para Zn ! Zn2+ + 2 e- H2O H2O Cr ! Cr3+ + 3 e- Cr ! Cr3+ + 3 e Fe ! Fe2+ + 2 e- 19 a t t Batwo[ utlenienia spada Co ! Co2+ + 2 e- Ni ! Ni2+ + 2 e- metal m Cd ! Cd2+ + 2 e- + Sn ! Sn2+ + 2 e- kwas kwas wzrost Pb !Pb2+ + 2 e- aktywno[ci H2 ! 2 H+ + 2 e- 2 metali metali Cu! Cu2+ + 2 e- nie Ag ! Ag + e- Ag ! Ag+ + e wypieraj i j wodoru z Pt! Pt2+ + 2 e- kwasw Au! Au3+ + 3 e- Au! Au3+ + 3 e 20 a w Batwo[ utlenienia spada Metale przed wodorem wypieraj wodr z kwasw, za wodorem nie wypieraj: Cu(S) + 2 AgNO3(aq) ! Cu(NO3)2(aq) + 2 Ag(s) 2 Al(S) 3 FeSO4(aq) Al2(SO4)3(aq) 3 Fe(s) 2 Al(S) + 3 FeSO4(aq) ! Al2(SO4)3(aq) + 3 Fe(s) Mn(S) + 2 HCl(aq) ! MnCl2(aq) + H2(g)! Fe( ) + H2O(g) ! FeO( ) + H2(g)! Fe(S) + H O( ) ! FeO(s) + H ! ( ) 2 Na(s) + 2 H20(l) ! 2 NaOH(aq) + H2(g) ! Cu nie reaguje z HCl, ale mo|e reagowa z HNO3 i nie jest to prosta reakcja wymiany: j y y Cu(S) + 4 HNO3(aq) ! Cu(NO3)2aq) + 2 NO2(g) + 2 H2O (st|ony) y (S) 3(aq) 3 2aq) 2(g) 2 3 Cu(S) + 8 HNO3(aq) ! 3 Cu(NO3)2aq) + 2 NO(g) + 4 H2O ( ) ( )2aq) (rozcieDcz) (S) 3(aq) 3 (g) 2 21 Przegld metali Metale alkaliczne l lk l Li, Na, K, Rb, Cs, Fr maj charakterystyczne wBasno[ci metaliczne, p y , , , , , , m j y y m, poBysk, przewodnictwo cieplne i elektryczne. S bardzo reaktywne, tak |e w przyrodzie wystpuj tylko w postaci zwizkw. Mog by otrzymane przez elektroliz stopionych soli Maj nisk temperatur topnienia. przez elektroliz stopionych soli. Maj nisk temperatur topnienia Reaguj bezpo[rednio z niemetalami. 2 K + H2 ! 2 KH wodorki 2 K + H ! 2 KH wodorki 2 K + Cl2 ! 2 KCl chlorki 2 M + S ! M S si rczki 2 M S M2S siarczki Sole litowcw barwi pBomieD: Li - karminowy, Na  |Bty, K  jasnofioletowy. Aatwo reaguj z tlenem i gwaBtownie z wod. Dlatego metale musz by trzymane w nafcie. Lit mo|e tworzy te| azotki Li3N. 22 4 Li + O2 ! 2 Li2O 2 Li + 2 H2O ! 2 LiOH + H2! + "Ho "Ho = 445 1 kJ/mol 2 Li + 2 H O ! 2 LiOH + H ! + "Ho "Ho =-445.1 kJ/mol "Ho entalpia reakcji (ciepBo reakcji) Litowce mog tworzy tlenki O-2 2 Li + O2 ! Li2O2 nadtlenek nadtlenki O2-2 ( ) 2 Rb + O2 ! Rb2O2 nadtlenek (O-) 2 2 2 2 ponadtlenki (supernadtlenki) O2- (O-1/2) Cs + O2 ! CsO2 ponadnadtlenek N j | i j i ki chlorek d N Cl l d N CO Najwa|niejsze zwizki hl k sodu NaCl, wglan sodowy, Na2CO3 Mo|e tworzy kwa[ne sole: NaHCO3 wodorowglan sodowy. Sole wikszo[ci litowcw s dobrze rozpuszczalne w wodzie. [ Otrzymywane przemysBowo zwizki sodu Otrzymywane przemysBowo zwizki sodu Na2CO3 weglan sodu, soda amoniakalna, soda kalcynowana NaHCO3 wodorowglan sodu soda oczyszczona, bikarbonat NaHCO3 wodorowglan sodu, soda oczyszczona bikarbonat NaOH wodorotlenek sodu, soda |rca, soda kaustyczna NaOH otrzymuje si przez elektroliz wodnego roztworu NaCl. standardowy standardowy Na+ + e- Na -2.714 V katoda potencjaB H2O + e- OH- + 0.5 H2 -0.415 V redukcja elektrody przyBczania przyBczania elektronw H2O 2 H+ + 0.5 O2 + 2e- +0.815 V anoda 2 Cl- Cl + 2e- + 1 359 V 2 Cl Cl2 + 2e + 1.359 V utlenienie oddawania elektronw Elektroliza jest wymuszonym procesem elektrochemicznym, w ktrym procesy elektrodowe zachodz pod wpBywem zewntrznego napicia przyBo|onego do elektrod przyBo|onego do elektrod. Podczas elektrolizy przyBo|ony potencjaB zewntrzny musi przezwyci|y potencjaB elektrody. Minimalne napicie potrzebne do wydzielenia metalu z roztworu jest rwne potencjaBowi midzy roztworem a elektrod i ma t j t t j B i i d t l kt d i przeciwny znak ( potencjaB rozkBadowy). W pierwszej kolejno[ci wydzielaj si metale poBo|one ni|ej w szeregu napiciowym , np. Cu2+ ulega rozBadowaniu przed H+ co umo|liwia 24 elektrolityczne otrzymywanie miedzi z roztworw. W warunkach odbiegajcych od normalnych (procesy przemysBowe) potrzebne napicie rozkBadowe jest czsto kilkadziesit procent wy|sze od teoretycznego (normalnego) napicia rozkBadowego. R|nic p y y potrzebnym (g ) p g pomidzy faktycznie py napiciem a teoretycznym napiciem rozkBadowym nazywamy nadnapiciem. Jest ono szczeglnie du|e, gdy produktami elektrolizy s gazy. W ubiegBym stuleciu rozwinBy si dwie metody elektrolizy wodnego roztworu NaCl, r|nice si sposobem prowadzenia procesw katodowych. Jedna z nich jest nazywana rtciow, gdy| katod w elektrolizerze jest d h d k d l k l ciekBa rt. W wyniku procesu katodowego wydziela si sd, ktry z rtci tworzy amalgamat Na(Hg)n y g g Na+ + e- + n Hg = Na(Hg)n Amalgamat rozpuszczony w rtci odprowadza si z elektrolizera, a nastpnie rozkBada si go przez reakcj z wod nastpn e rozkBada s  go przez reakcj z wod Na(Hg)n + H2O = NaOH + 0.5 H2+ n Hg Zatem produktami, ktre otrzymuje si po rozBo|eniu amalgamatu, s wodorotlenek sodu i wodr a rt powraca do elektrolizera zamykajc w wodorotlenek sodu i wodr, a rt powraca do elektrolizera, zamykajc w ten sposb obieg powrotny. WedBug drugiej koncepcji proces katodowy zachodzi na katodzie ze staBego metalu np ze stali Produktem katodowym jest wodr a wskutek tego w metalu, np. ze stali. Produktem katodowym jest wodr, a wskutek tego w przestrzeni katodowej elektrolitu wzrasta st|enie anionw 0H- 25 H2O + e- = OH- + 0.5 H2 Berylowce  metale ziem alkalicznych Be beryl, Mg magnez, Ca wapD, Sr stront, Ba bar, Ra rad. Z u i n s j du| r kt n [ m t l t st puj p st ci Z uwagi na swoj du| reaktywno[, metale te wystpuj w postaci zwizkw. beryl jest najmniej reaktywny. Wszystkie maj cechy typowych metali, w porwnaniu do litowcw s twardsze, bardziej ci|kie i topi si w wy|szej temperaturze. Beryl jest stosunkowo najmniej reaktywny nawet w podwy|szonej temperaturze Magnez reaguje du|o Batwiej z wikszo[ci niemetali: temperaturze. Magnez reaguje du|o Batwiej z wikszo[ci niemetali: Na powietrzu magnez pokrywa si warstw Mg + O2 ! MgO tlenku co zabezpiecza go przed dziaBaniem tlenku, co zabezpiecza go przed dziaBaniem Mg + Cl2 ! MgCl2 [rodkw chemicznych, dlatego magnez mo|e by stosowany do celw konstrukcyjnych. Ci|sze metale Ca, Sr i Ba reaguj nawet jeszcze Batwiej z niemetalami. WapD reaguje z wod tworzc wodorotlenek w temperaturze pokojowej. P d b i d j B S M Podobnie z wod reaguje Ba, Sr, Mg Ca + 2 H2O ! Ca(OH)2 + H2! Ca + 2 H2O ! Ca(OH)2 + H2! 26 nie reaguje z wod bezpo[rednio Tlenki berylowcw w reakcji z woda . BeO ma wBa[ciwo[ci amfoteryczne. PozostaBe tlenki to bezwodniki zasadowe dajce w reakcji z kwasami mocne zasady, przy czym wodorotlenek magnezu jest trudno rozpuszczalny w wodzie i ma sBabe wBasno[ci zasadowe, a wodorotlenek wapnia (wapno gaszone) ma ograniczon rozpuszczalno[. PozostaBe wodorotlenki s dobrze g) g  p  rozpuszczalne w wodzie. Sole berylowcw barwi pBomieD: y w w w  p m D C O H O ! C (OH) CaO + H2O Ca(OH)2 Ba  zielony, Ca  ceglastoczerwony BaO + H2O ! Ba(OH)2 Sr-karminowy Ca stanowi 3.5% skorupy ziemskiej, Mg ok,. 2%. Wystpuje w postaci wapienia CaCO3 , dolomitu CaCO3MgCO3 , gipsu CaSO4 H2O. Magnez jest skBadnikiem stopw lekkich Otrzymuje si Mg w reakcji: skBadnikiem stopw lekkich. Otrzymuje si Mg w reakcji: MgO + C ! CO + Mg wapno p p palone CaCO3 ! CaO + CO2 CaO + H2O ! Ca(OH)2 H ( H) 27 wapno gaszone Ca2+ i Mg2+ nadaj twardo[ wodzie usuwanie twardo[ci d [ mydBo  stearynian sodowy Ca + C17H35COONa ! (C17H35COO)2Ca + 2 Na+ Ca2+ + C17H35COONa ! (C17H35COO)2Ca + 2 Na Ca(HCO3)2 ! CaCO3+ H2O + CO2 twardo[ przemijajca Sole nazywane hydratami CaSO4 H2O  gips CuSO4 5 H2O MgSO4 7 H2O K2SO4 Al2(SO4)3 24 H2O  aBun glinowo-potasowy Na2SO4 10 H2O 28 wzrost wB. kwasowych Li2OBeOB2O3 CO2 F2O Na2O MgO Al2O3 SiO2 SO3 Cl2O7 K2OCaOGa2O3 GeO2 SeO3 Br2O7 Rb2O SrO In2O3 SnO2 TeO3 I2O7 Cs2OBaO Tl2O3 PbO2 PoO3 At2O7 tlenki zasadowe tlenki kwasowe 29 tlenki amfoteryczne d w w wzrost wB. zasadowych Glin Glin stanowi 7.5%. Po tlenie i krzemie najbardziej rozpowszechniony pierwiastek. Wystpuje w mineraBach krzemianowych: bazalcie, granicie. Otrzymuje si go przez elektroliz stopionej mieszaniny tlenkw glinu i kriolitu. kriolit obni|a AlF3 + 3 NaF ! Na3AlF6 temperatur topnienia Al heksafluoroglinian sodu heksafluoroglinian sodu z 2300oC do 1200oC z 2300oC do 1200oC elektroliza 2 Al2O3 2 Al + 3 O2 kriolitu Glin i tlenek glinu 2 Al + 6 HCl ! 2 AlCl3 + 3 H2! rozpuszcza si zarwno w 2 Al + 6 H+ ! Al + 3 H2! kwasach jak i zasadach Ma 2 Al + 6 H ! Al3+ + 3 H2! kwasach jak i zasadach. Ma wBasno[ci amfoteryczne 2 Al + 2 NaOH + 2 H2O ! 2 NaAlO2 + 3 H2! 2 Al + 2 OH- + 2 H2O ! 2 AlO2- + 3 H2! 2 Al + 2 OH + 2 H O ! 2 AlO + 3 H ! NaAlO2 + 2 H2O ! Na[Al(OH)4] ( )4 2 2 30 na zimno taka forma po odparowaniu taka forma Metale amfoteryczne Podobnie jak glin wBasno[ci amfoteryczne s charakterystyczne dla tlenkw Podobnie jak glin, wBasno[ci amfoteryczne s charakterystyczne dla tlenkw i wodorotlenkw chromu, cynku i cyny. Wodorotlenki tych metali rozpuszczaj si zarwno w kwasach jak zasadach Al(OH)3! + 3 HCl ! AlCl3 + 3 H2O Al(OH) ! + 3 H+ ! Al3+ + 3 H2O Al(OH)3! + 3 H ! Al3 + 3 H O Al(OH)3! + NaOH ! NaAlO2 + 2 H2O Al(OH) ! OH AlO 2 H O Al(OH)3! + OH- ! AlO-2 + 2 H2O lub Al(OH)3! + NaOH ! Na[Al(OH)4] + 2 H2O ! Al(OH)3! + OH- ! [Al(OH)4]- + 2 H2O 31 Cr(OH)3! + 3 HCl ! CrCl3 + 3 H2O Cr(OH)3! + 3 H+ ! Cr3+ + 3 H2O chromin sodowy Cr(OH)3! + NaOH ! NaCrO2 + 2 H2O Cr(OH)3! + OH- ! CrO-2 + 2 H2O 3 2 2 lub Cr(OH)3! NaOH Na[Cr(OH)4] + 2 H2O Cr(OH)3! + NaOH ! Na[Cr(OH)4] 2 H2O Cr(OH)3! + OH- ! [Cr(OH)4]- + 2 H2O Zn(OH)2! + 2 HCl ! ZnCl2 + 2 H2O Zn(OH)2! + 2 H+ ! Zn2+ + 2 H2O Zn(OH)2! + 2 NaOH ! NaZnO2 + 2 H2O cynkan sodowy Zn(OH)2! + 2 OH- ! ZnO-2 + 2 H2O 2 2 2 lub Zn(OH)2! 2 NaOH Na2[Zn(OH)4] + 2 H2O Zn(OH)2! + 2 NaOH ! Na2[Zn(OH)4] 2 H2O Zn(OH)2! + 2 OH- ! [Zn(OH)4]2- + 2 H2O 32 Sn(OH) ! + 2 HCl ! SnCl + 2 H2O Sn(OH)2! + 2 HCl ! SnCl2 + 2 H O Sn(OH)2! + 2 H+ ! Sn2+ + 2 H2O Sn(OH)2! + 2 NaOH ! NaSnO2 + 2 H2O Sn(OH)2! + 2 OH- ! SnO + 2 H2O Sn(OH)2! + 2 OH ! SnO-2 + 2 H2O 2 lub Sn(OH)2! + 2 NaOH ! Na2[Sn(OH)4] + 2 H2O Sn(OH)2! + 2 OH- ! [ ( )4] ()2 [Sn(OH)4]2- + 2 H2O 2 33 Przegld wybranych niemetali Wodr Wodr jest pierwszym pierwiastkiem ukBadu pierwiastkw, zwykle d k k d k kl umieszczanym powy|ej litowcw, ale ze wzgldu na si swoje wBa[ciwo[ci naprawd nie nale|y do |adnej g py p y j grupy. 90% wszech[wiata stanowi wodr. Na Ziemi najwicej jest go w wodzie, i w wglowodorach kopalnych. Wodr jest niemetalem, bezbarwnym gazem d t T i ki i tki i i tk i Ni j t dwuatomowym. Tworzy zwizki z prawie wszystkim pierwiastkami. Nie jest to pierwiastek nadzwyczaj reaktywny. Jego reakcje wymagaj podwy|szonej temperatury. Z powietrzem tworzy mieszanin wybuchow. HCl jest gazem, H2O ciecz. W laboratorium wodr otrzymuje si przez dziaBanie cynkiem na kwas chlorowodorowy. Zn + HCl = ZnCl2 + H2! Otrzymywanie przemysBowe: CH4 + 2 H2O ! CO2 + 4 H2 y y p y 4 2 2 2 Najwa|niejsz reakcj w przemy[le jest reakcja wodoru z azotem w ktrej powstaje amoniak: pj N2 + 3 H2 2 NH3 34 Wgiel C W skorupie ziemskiej wystpuje jako wgiel nieorganiczny: CaCO3 i MgCO3. Wystpuje w zBo|ach wegla kamiennego, brunatnego, w ropie naftowej i gazie ziemnym. Wgiel pierwiastkowy wystpuje w odmianach alotropowych gazie ziemnym. Wgiel pierwiastkowy wystpuje w odmianach alotropowych jako: diament, grafit i fulereny. W diamencie hybrydyzacja sp3, bardzo silne wizanie , w graficie  i . S to tzw. krysztaBy kowalencyjne. W powietrzu wgiel wystpuje jako CO2 ok. 0.035%. CO2 bierze udziaB w psi f t s nt : procesie fotosyntezy: h h n CO2 + n H2On (CH2O) + n O2 oddychanie tlenowe n (CH2O) + n O2 n H2O + n CO2 (CH O) O H O CO 35 36 CO2 Batwo skrapla si pod niezbyt wysokimi ci[nieniami (suchy ld). Powstaje p py y yj tak|e w procesach fermentacyjnych. Rozpuszczony w H2O ulega odwracalnej reakcji: CO2 + H2OH2CO3 Jest to sBaby kwas, ktry dysocjuje dwustopniowo. H2CO3 H+ + HCO3- HCO3- H+ + CO32- Erozja skaB wapiennych CaCO3 + H2O + CO2 ! Ca(HCO3)2 W i l j st p dst m pi i stki m i k ni n h Tl n k Wgiel jest podstawowym pierwiastkiem zwizkw organicznych. Tlenek wgla CO jest toksyczny i powstaje podczas spalania wgla w niedostatecznej ilo[ci powietrza. 37 Produkcja sody metod Solvaya 1. rozkBad termiczny wapienia: C CO C O CO CaCO3 ! CaO + CO2 2. reakcja karbonizacji solanki: NaCl CO2 NH3 H2O ! NaHCO3 NH4Cl NaCl + CO2 + NH3 + H2O ! NaHCO3 + NH4Cl 3. kalcynacja: 2 NaHCO3 ! Na2CO3 + CO2 + H2O 4. regeneracja amoniaku: 2 NH4Cl + Ca(OH)2 ! 2 NH3 + 2 H2O + CaCl2 sumaryczna reakcja: CaCO3 + 2 NaCl ! Na2CO3 + CaCl2 Kaustyfikacja sody  otrzymywanie wodorotlenku sodowego Na2CO3 + Ca(OH)2 ! 2 NaOH + CaCO3 Krzem Si Stanowi 28% skorupy ziemskiej. Jedn z jego form wystepowania to SiO2 krzemionka spotykana w r|nych odmianach: piasek, formy krystaliczne kwarc. Wystpuje w krzemianach i g y y p j glinokrzemianach. Krzem wolny nie wystpuje. Krzem jest pBprzewodnikiem stosowanym w elektronice. Krzem mo|na otrzymywa przez redukcje krzemionki magnezem. SiO2 + 2 Mg ! Si + 2 MgO SiO2 nie reaguje z wod. Aatwo reaguje z mocnymi zasadami np. sodow tworzc krzemian sodowy, ktry Batwo rozpuszcza si w wodzie (szkBo wodne). Powstaj tak|e inne kwasy krzemowe: d ) Pj k i k k SiO2 + 4 NaOH ! Na4SiO4 + 2 H2O 2 4 4 2 Na6Si2O7 Polimeryzacja kwasw krzemowych Na4Si2O8 39 MineraBy: Mg Si O (OH) talk Ca Mg Si O (OH) skBadnik azbestu MineraBy: Mg3Si4O10(OH)2 talk, Ca2Mg5Si8O22(OH)2 skBadnik azbestu Je|eli jeden lub wicej atomw Si zamienimy na Al to otrzymamy glinokrzemiany li k i mika KAl3Si3O10(OH)2 skBadnik gliny Al2Si2O5(OH)5 mika KAl3Si3O10(OH)2 skBadnik gliny Al2Si2O5(OH)5 szkBo  mieszanina CaCO3, Na2CO3 i SiO2 3 2 3 2 cement  mieszanina glinokrzemianw. 40 Azot Stanowi 78% obj. atmosfery. MineraB w skorupie NaNO3 saletra chilijska. Dla celw przemysBowych otrzymuje si przez skraplanie i destylacje powietrza (N2 t.w. 77 K) , (O2 t.w. 90 K). W laboratorium przez termiczny powietrza (N2 t.w. 77 K) (O2 t.w. 90 K). W laboratorium przez termiczny rozkBad azotanu amonowego. GBwne zwizki: H2O NH NH H O d m i k l NH3 NH3H2O woda amoniakalna NH3 + H2ONH4+ + OH- W reakcji z kwasami powstaj sole amonowe 2 NH3 H2SO4 (NH4)2SO4 2 NH3 + H2SO4 ! (NH4)2SO4 Wodne roztwory tych soli ulegaj hydrolizie maj odczyn kwasu NH4+ + H2O ! NH3 + H3O+ Amoniak jest produktem do otrzymywania kwasu azotowego Amoniak jest produktem do otrzymywania kwasu azotowego 41 4 NH3 + 5O2 ! 4 NO + 6 H2O Otrzymywanie kwasu azotowego t 2 NO + O2 ! 2 NO2 4 NO2 + O2 + 2 H2O ! 4HNO3 Kwas azotowy (V) jest u|ywany do produkcji materiaBw wybuchowych, produkcji nawozw (saletry KNO3, NH4NO3). pj y 3 4 3 PrzykBad dziaBania samochodowej poduszki pow trzn j rzy a z a an a samocho ow j po usz powietrznej 2 NaN3 ! 2 Na + 3 N2 10 N 2 KNO K O 5 N O N 10 Na + 2 KNO3 ! K2O + 5 Na2O + N2 K2O + SiO2 !K2SiO3 Na2O + SiO2 ! Na2SiO3 42 Fosfor Fosfor W skorupie ziemskiej ok. 1%. rzadko wystpuje w mineraBach nadajcych si do eksploatacji np fluroapatyt Ca3(PO4)2 CaF2 skBadnik ko[ci Ca3(PO4)2 Fosfor jest reaktywny nie mo|e wystpowa w stanie wolnym Fosfor jest reaktywny nie mo|e wystpowa w stanie wolnym Otrzymywanie Ca3(PO4)2 SiO2 5C 3CaSiO3 5CO 2P Otrzymywan e Ca3(PO4)2 + SiO2 + 5C ! 3CaSiO3 + 5CO + 2P Odmiany alotropowe : fosfor biaBy  zapala si spontanicznie, ogrzewany bez dostpu powietrza przechodzi w fosfor czerwony ktry jest mniej bez dostpu powietrza przechodzi w fosfor czerwony, ktry jest mniej reaktywny i zapala si w temp. 300oC. Stosowany do produkcji zapaBek Utlenienie fosforu prowadzi do P2O5 a w rzeczywisto[ci do P4O10. Jest to Utlen en e fosforu prowadz do P2O5 a w rzeczyw sto[c do P4O10. Jest to bezwodnik r|nych kwasw: P2O5 + H2O ! 2 HPO3 metafosforowy (fosfonowy) P2O5 + 2 H2O ! 2 H4P2O7 dwufosforowy pirofosforowy 43 P2O5 + 3 H2O ! 2 H3PO4 ortofosforowy kwas otrzymuje si przemysBowo z foforytu wystpujcego w przyrodzie: Ca3(PO4)2 ! + 3 H2SO4 ! 3 CaSO4! + 2 H3PO4 Ca3(PO4)2 ! + 3 H2SO4 ! 3 CaSO4! + 2 H3PO4 Ca3(PO4)2 ! + 2 H2SO4 ! 3 CaSO4! + 2 Ca(H2PO4)2 produkcja superfosfatu H PO4 ! H + H2PO4- Jest to trjprotonowy H3PO4 ! H+ + H PO4 Jest to trjprotonowy kwas [redniej mocy H2PO4- ! H+ + HPO42- - 3- HPO H+ + PO43- HPO4- ! H+ + PO kwas ten zobojtnia si te| trjstopniowo dlatego mo|e tworzy kwa[ne sole: sole: H3PO4 + NaOH !NaH2PO4 + H2O NaH2PO4 + NaOH!Na2HPO4 + H2O Na2HPO4 + NaOH!Na3PO4 + H2O NaH PO Na HPO Na PO NaH2PO4 Na2HPO4 Na3PO4 dwuwodorofosforan 44 wodorofosforan fosforan sodowy sodowy sodowy Tlen Jest rozpowszechnionym skBadnikiem zewntrznych warstw naszej planety Jest rozpowszechnionym skBadnikiem zewntrznych warstw naszej planety. Skorupa zawiera do 50% tlenu, gBwnie w krzemianach i glinokrzemianach, jest skBadnikiem wody, 21% obj. tlenu jest w powietrzu. PrzemysBowo tlen otrzymuje si przez destylacje skroplonego powietrza. mniejsze znaczenie ma elektroliza wody. Du|e ilo[ci tlenu zu|ywa przemysB hutniczy Tlen wystpuje tak|e jako ozon O3 ktry powstaje podczas hutniczy. Tlen wystpuje tak|e jako ozon O3, ktry powstaje podczas wyBadowaD atmosferycznych. W laboratoryjnie tlen otrzymuje si p yj y j przez rozkBad tlenu rtci(II) lub chloranu(V) potasu. 2 H O ! 2 H O 2 HgO 2 Hg + O2 2 KClO3 ! 2 KCl + 3 O2 Tlen powstaje w procesie fotosyntezy. Tworzy zwizki z wszystkimi pierwiastkami oprcz helu i neonu. Jest bardzo reaktywny, ale najcz[ciej i i tk i h l i J t b d kt l j [ i j wpodwy|szonej temperaturze. 45 Reakcja z wodorem to reakcja o mechanizmie rodnikowym. Rodnik to atom lub grupa atomw pos adajca pojedyncze e e trony). odn owe atom u grupa atomw posiadajca pojedyncze elektrony). Rodnikowe reakcje zachodzce w organizmie ludzkim s przyczyn starzenia si. H2 ! 2 H H + O2 ! HO + O HO + H2 ! H2O + H 2 2 Ozon jest odmian alotropow tlenu, na wysoko[ci 25 km tworzy cienk warstw, ktra pochBania szkodliwe promieniowanie UV p p 3 O2 ! 2 O3 Nadtlenek wodoru otrzymywania: BaO2 + H2SO4 ! BaSO4! + H2O2 Nadtlenek wodoru ma wBasno[ci utleniajce wobec silnych reduktorw i Nadtlenek wodoru ma wBasno[ci utleniajce wobec silnych reduktorw i redukujce wobec silnych utleniaczy. 4 H2O2 + PbS! ! PbSO4 + 4 H2O 2 2 4 2 2 KMnO4 + 5 H2O2 + 6 HCl ! 2 MnCl2 + 2 KCl + 5 O2 + 8 H2O 46 Siarka 0.03% w skorupie ziemskiej. Mo|e wystpowa w stanie wolnym w kilku odmianach alotropowych z ktrych najbardziej stabilna jest S8 W stanie zwizanym siarka wystpuje w siarczkach ZnS, PbS, FeS2 i w CaSO4. Obecnie zapotrzebowanie na siark jest pokrywane przez przemysB petrochemiczny, gdzie jest produktem odsiarczania paliw i gazu metod Clausa: 2 H2S + O2 ! 2 S + 2 H2O S + O2 ! SO2 2 SO2 + O2 ! SO3 2 2 2 2 3 Tlenki siarki Tlenki siarki lub 2 ZnS! + 3 O2 ! 2 ZnO + 2 SO2 47 w laboratorium Na2SO3 + 2 HCl ! 2 NaCl + SO2 + H2O kwas siarkowy (IV) SO2 + H2O = H2SO3 kwas nietrwaBy trwaBe sole NaHSO3 i Na2SO3 Na2SO3 + S !Na2S2O3 tiosiarczan sodowy (ditionian sodowy) substancja do utrwalania materiaBw fotograficznych substancja do utrwalania materiaBw fotograficznych Na O S S Na O O kwas siarkowy(VI) S SO2 SO2 H2SO4 S SO2 SO2 H2SO4 Obecnie do produkcji H2SO4 gBwnie u|ywa si siarki, otrzymanej z procesw odsiarczania ropy naftowej ( 1.5%S) i g g g ppy j (ok. ) gazu ziemnego wg metody Clausa Metoda polega na katalitycznym utlenieniu siarkowodoru do siarki. H2S O2 ! S H2O H2S + O2 ! S + H2O 48 Fluorowce Cl ok. 0.1% F, Br, I w uBamkach procent Flu r st pi D utl ni ni (-1). W st puj flu rk ch C F Fluor stopieD utlenienia ( 1) Wystpuje we fluorkach CaF2. F2 jest silnym utleniaczem, otrzymuje si go elektrochemicznie przez elektroliz stopionych soli. Fl k d Fluorowce w reakcji z wodorem tworz : H2 + F2! 2 HF S to gazy, ktre rozpuszczaj si w wodzie tworz mocne kwasy si w wodzie tworz mocne kwasy H2 + Cl2! 2 HCl d i j dawniej NaCl + H2SO4 ! NaHSO4 + HCl otrzymywano NaCl + NaHSO4 ! Na2SO4 + HCl fluorowodr fluorowodr wytrawia CaF2 + H2SO4 ! 2 HF + CaSO4! otrzymywano szkBo, reaguje z SiO + 4 HF ! SiF !+ 2 H2O SiO2 + 4 HF SiF4!+ 2 H O kk krzemionk 49 Tlenowe zwizki chloru: HClO HClO HClO i HClO4 z wyjtkiem ostatniego wszystkie kwasy s HClO, HClO2, HClO3 i HClO z wyjtkiem ostatniego wszystkie kwasy s nietrwaBe. Natomiast trwaBe s sole tych kwasw. Cl H O ! HCl HClO Cl2 + H2O HCl + HClO Chloran(I) sodowy to [rodek wybielajcy i odka|ajcy Cl2 + 2 NaOH ! NaCl + NaClO + H2O Zrodek oka|ajcy to wapno chlorowane nazywane podchlorynem Zrodek oka|ajcy to wapno chlorowane nazywane podchlorynem wapnia. Wapno chlorowane to mieszanina podchlorynu wapnia oraz chlorku i wodorotlenku wapnia. Przez ogrzewanie chloranu(I) mo|na otrzyma chloran(V): 3 NaClO ! NaClO3 + 2 NaCl 50 Gazy szlachetne - helowce Wszystkie s gazami jednoatomowymi w temperaturze pokojowej i s ykle s g j y g y niemetalami. Zwy gazami obojtnymi, z uwagi na maB reaktywno[. Pierwsze zwizki gazw szlachetnych otrzymano dopiero 1 962 roku. Kr Xe i Rn reaguj bezpo[rednio z fluorem tworzc: XeF2 XeF4 XeF6 Kr, Xe i Rn reaguj bezpo[rednio z fluorem tworzc: XeF2, XeF4, XeF6. Inne zwizki powstaj z tych trzech fluorkw. XeOF XeO F i XeO mo|na otrzyma w reakcji XeF z H O XeOF4, XeO2F2 i XeO3 mo|na otrzyma w reakcji XeF6 z H2O. Krypton tworzy jeden stabilny zwizek KrF2. 51 Klasyfikacja reakcji chemicznych Reakcje chemiczne mo|na klasyfikowa wedBug r|nych kryteriw. Mog one opisywa szereg r|nych procesw. Niektre klasyfikacje maj charakter bardzo oglny inne znane s wskiemu gronu specjalistw charakter bardzo oglny, inne znane s wskiemu gronu specjalistw. Mog to by reakcje pierwiastkw, ktre tworz zwizki. Reakcje zwizkw chemicznych w ktrych powstaj pierwiastki. Mog to by reakcje pomidzy zwizkami i pierwiastkami, pomidzy jonami. Mog to k j i d i k i i i i tk i i d ji M t by reakcje w ktrych nastpuje przeniesienie elektronu. Reakcja syntezy (poBczenia) Reakcja syntezy (poBczenia) A + B ! AB dwa substraty reaguj tworzc nowy produkt C+ O2 ! CO2 2 NO2 ! N2O4 szczeglny rodzaj syntezy N2 + 3H2 ! 2NH3 n CH2=CH-Cl ! (-CH2-CH-)n polimeryzacja CaO + H2O ! Ca(OH)2 Cl 4P + 5O2 ! P4O10 52 spalanie Reakcja analizy (rozkladu, rozpadu) AB ! A + B 2KClO3 ! 2KCl + 3O2 CaCO3 ! CaO + CO2 Dysocjacja termiczna (piroliza) h 2AgCl ! 2Ag + Cl2 Fotoliza- rozkBad pod wp yw m w Fz z p wpBywem [wiatBa Reakcja wymiany pojedynczej AX Y ! AY X AX + Y AY + X reakcje wypierania, Fe + 2 HCl ! FeCl2 + H2! podstawienia, substytucji di ib ji Zn + CuSO4 ! ZnSO4 + Cu 2Na + 2H2O ! 2NaOH+ H2! 53 Ba2+ + SO42- ! BaSO4! podwjnej wymiany reakcja wytrcania AX + BY ! AY + BX reakcja zobojtniania BaCl2 + K2SO4 ! BaSO4! + 2KCl 2 2 4 4 H+ + OH- ! H2O Ca(OH)2 + 2HCl ! CaCl2 + H2O 2 KI + Pb(NO3)2 ! 2 KNO3 + PbI2! KI b(NO3)2 KNO3 bI2! Pb2+ + 2 I- ! PbI2! ! W[rd reakcji syntezy, analizy i wymiany mo|na wymieni szereg typw reakcji, ktre bli|ej charakteryzuj reakcje chemiczne jak przyBczanie (addycji ) ( np.. do podwjnego wizania) H2C=CH2 + HBr ! H3C-CH2Br eliminacji ( odwrotna do przyBczania) eliminacji ( odwrotna do przyBczania) CH CH 3 3 CH CH Cl OH CH C H O Cl CH-CH2-Cl + OH- ! CH2=C +3H2O + Cl- 54 CH CH utleniania i redukcji (reakcje w ktrych nastpuje zmiana stopnia utlenienia pierwiastkw) utlenienia pierwiastkw) reduktor utleniacz 5 Fe2+ + MnO4- + 8 H+ ! 5 Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O 4 2 10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8 H2SO4 ! 5 Fe2(SO4)3 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O 8 H2O Reakcja utlenienia to reakcja oddawania elektronw, reakcja redukcji przyBczania elektronw. reduktor - substancja, ktra redukuje inn a sama si utlenia utleniacz  substancja, ktra utlenia inn a sama si redukuje 55 solwoliza (reakcja z rozpuszczalnikiem) gdy woda reakcja hydrolizy CH3COONa + H2O ! CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O ! CH3COOH + NaOH CH3COO- + H2O ! CH3COOH + OH- przemiana j d i jdrowa 238 234 U ! Th + 235 141 U + n ! Ba + 92Kr + 3n 60 60 Co ! Ni + - inne reakcje " przegrupowania lub izomeryzacji " chelatacji " cyj j yklizacji i kondensacji " insercji 56 Reakcje mo|na podzieli pod wzgldem wymiany energii z otoczeniem na: egzotermiczne (ciepBo wydzielane w reakcji) "H < 0 (ujemne) ti ( i B d i l k ji) "H 0 ( j ) C + O2 ! CO2 + 394 kJ/mol "H=-394 kJ/mol endotermiczne (ciepBo jest pobierane z otoczenia ) "H > 0 (dodatnie) " Ag2O ! 2 Ag + O2 "H =30 kJ/mol C + CO2 ! 2 CO "H =172.4 kJ/mol Pod wzgldem udziaBu faz w reakcji, dzielimy reakcje na: homogeniczne (substraty i produkty reakcji znajduj si w tej samej fazie) h t i ( k j bi j i faz) heterogeniczne (reakcje przebiegaj na granicy f ) C(s) + O2(g) ! CO2 Ag+ + Cl- ! AgCl!(s) 57 N2(g) + 3 H2(g) ! 2 NH3(g) reakcja na powierzchni staBego katalizatora Reakcje z przeniesieniem i bez przeniesienia elektronw " reakcje utlenienia  redukcji, w ktrych nastpuje wymiana elektronw midzy reagujcymi substratami, czyli zmiana stopnia utlenienia d b l l StopieD utlenienia pierwiastka j , jak y przyjB p pjest to liczba elektronw, j  by on p yj (lub oddaB) podczas tworzenia wizania, gdyby utworzone wizanie miaBo charakter czysto jonowy. StopieD utlenienia zwany niekiedy liczb utlenienia jest pojciem wielko[ci umown u|ywan dla wygody w pewnych utlenienia jest pojciem, wielko[ci umown u|ywan dla wygody w pewnych rozwa|aniach np. podczas ukBadania rwnaD utlenienia  redukcji. Wg tych zasad: g y " w wolnych pierwiastkach ka|dy atom ma liczb utlenienia rwn zero. " w prostych jonach (skBadajcych si z jednego atomu) liczba utlenienia w prostych jonach (skBadajcych si z jednego atomu) liczba utlenienia jest rwna Badunkowi jonu. " stopieD utlenienia tlenu wynosi (-2) (w H2O2 -1, w OF2 +2) w zwizkach " stopieD utlenienia wodoru wynosi ( +1) ( w wodorkach -1) w zwizkach " wszyp  y g  ystkie stopnie utlenienia musz by zgodne z zasad zachowania Badunku 58 Zale|nie od charakteru jednostek biorcych udziaB w reakcji wyr|niamy reakcje jonowe czsteczkowe i rodnikowe reakcje jonowe, czsteczkowe i rodnikowe Jonowe : np. zobojtnienia, wytrcania osadw (s to reakcje b.szybkie) + - - A + NO3- + Na+ + Cl- A Cl! + Na+ + NO3- Ag+ + NO + Na+ + Cl- ! AgCl! + Na+ + NO Ag+ + Cl- ! AgCl! Reakcje czsteczkowe wystepuj najcz[ciej w fazie gazowej, rzadziej w roztworach rozpuszczalnikw niepolarnych. S to reakcje powolne 2 SO2 + O2 ! 2 SO3 Reakcje rodnikowe: tworzenie rodnikw Cl2 + h ! 2 Cl H2 + hv! 2 H reakcja rodnikowa Cl2 + H ! HCl + Cl H2 + Cl ! HCl + H 59 rekombinacja Cl + H ! HCl Reakcje odwracalne i nieodwracalne Teoretycznie wszystkie reakcje mo|na uwa|a za odwracalne tzn. |e je|eli Teoretycznie wszystkie reakcje mo|na uwa|a, za odwracalne tzn |e je|eli zapewni si okre[lone warunki, to z produktw ponownie powstaj substraty: (1) (1) A + B C + D (2) Czsto warunki konieczne do przebiegu reakcji s zupeBnie r|ne ni| dla reakcji odwrotnej, co oznacza, |e w warunkach przebiegu tej reakcji nie jj pg jj mo|e praktycznie przebiega reakcja odwrotna. O takich reakcjach mwimy, |e s praktycznie ( nie teoretycznie ) nieodwracalne J | li i t hi t i il [ i substratw A i B t | Je|eli zmieszamy stechiometrycznie ilo[ci b t t A i B, to mo|emy otrzyma: " wyBcznie produkty C i D, je|eli rekcja przebiega do koDca wyBcznie produkty C i D je|eli rekcja przebiega do koDca " niezmienione produkty A i B, je|eli reakcja nie zachodzi " mieszanin A B C i D je|eli reakcja jest odwracalna i osiga stan " mieszanin A, B, C i D je|eli reakcja jest odwracalna i osiga stan rwnowagi 60 Reakcje nazywamy odwracaln lub rwnowagow, je|eli w jej wyniku ustala si stan rwnowagi w ktrym wspBistniej produkty i substraty. si stan rwnowagi, w ktrym wspBistniej produkty i substraty H2 + I2 2 HI N2 + 3 H2 2 NH3 H CO H O CO H2 + CO2 H2O + CO Reakcje nieodwracalne: Reakcje s nieodwracalne 4 Al(s) + 3 O2(g) 2 Al2O3(s) gdy jeden z produktw jest w innej fazie, g y jj , gdy przebiegaj jonowo, Si(s) + O2(g) SiO2(s) wytrca si osad CaCO CaO + CO2(g) CaCO3(s) CaO(s) + CO H+ + OH- H2O Fe3+ + 3 OH- Fe(OH)3 61 RWNOWAGA CHEMICZNA Rwnowag reakcji chemicznej rozpatrzymy na przykBadzie syntezy amoniaku. Jest to jeden z wa|niejszych produktw chemicznych. Jest on pBproduktem do wyrobu zwizkw azotowych: kwasu azotowego [rodkw pBproduktem do wyrobu zwizkw azotowych: kwasu azotowego, [rodkw wybuchowych, nawozw sztucznych NH4NO3, (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4. Syntez amoniaku opracowaB w 1913 roku Fritz Haber, niemiecki chemik. Reakcje prowadzi si w reaktorach ci[nieniowych pod ci[nieniem rzdu kilkuset atmosfer i w temperaturze kilkuset stopni w obecno[ci katalizatora wg reakcji: g j N2 + 3 H2 2 NH3 W tych warunkach gazy reaguj tworzc amoniak, ale reakcja nie prowadzi do caBkowitego zu|ycia wodoru i azotu. W pewnym momencie reakcja osiga rwnowag. St|enie wszystkich skBadnikw w mieszaninie przestaje si g  y pj  zmienia. Dalsze prowadzenie reakcji nie powoduje postpu reakcji. Osignity zostaje stan rwnowagi chemicznej. Relatywne ilo[ci N2, H2 i NH3 w stanie rwnowagi nie zale|y od ilo[ci katalizatora Ustalono, |e NH3 w stanie rwnowagi nie zale|y od ilo[ci katalizatora. Ustalono |e st|enia reagentw s powizane zale|no[ci: 62 Synteza NH3 p p H2 NH3 N2 czas Rozpad NH3 p H2 NH3 N N2 63 czas [ ] st|enie reagentw [ NH3]2 [ ] 3 StaBa rwnowagi StaBa rwnowagi w stanie rwnowagi w stanie rwnowagi K = reakcji mol/l [ H2 ]3 [ N2 ] W oglnym przypadku dla reakcji: Prawo dziaBania mas aA + bB cC + dD aA + bB cC + dD G ldb  Guldberga i Waage go [ C]c [ D]d [ C]c [ D]d K = = const gdy T=const [ A]a [ B ]b Cato Maximilian Guldberg g Warto[ staBej rwnowagi W j w w g zale|y jedynie od Peter Waage norwescy chemicy 1864 r temperatury 64 Prawo dziaBania mas mo|na potwierdzi do[wiadczalnie. Mo|na je wyprowadzi na podstawie kinetyki chemicznej i warunku |e w stanie wyprowadzi na podstawie kinetyki chemicznej i warunku, |e w stanie rwnowagi szybko[ reakcji przebiegajcej w przeciwnych kierunkach s rwne: v = k [A] [B] A + B C + D v = k [C] [D] v = v [C] [D] [C] [D] k k K = = k [A] [B] = k [C] [D] k [A] [B] W stanie rwnowagi reakcje przebiegaj nadal, szybko[ci reakcji w obu kierunkach s jednakowe, rwnowaga chemiczna jest rwnowag dynamiczn dynamiczn. StaBa rwnowagi reakcji przebiegajcej z udziaBem fazy gazowej mo|e by wyra|ona za pomoc staBej rwnowagi st|eniowej Kc lub ci[nieniowej Kp wyra|ona za pomoc staBej rwnowagi st|eniowej Kc lub ci[nieniowej Kp, gdzie udziaB poszczeglnych reagentw wyra|a si za pomoc ci[nieD 65 czstkowych. Stan rwnowagi istnieje wtedy, kiedy wszystkie parametry opisujce ukBad s staBe. StaBa rwnowagi ka|dej reakcji chemicznej jest bezwymiarow wielko[ci staB zale|n jedynie od temperatury wielko[ci staB zale|n jedynie od temperatury. Inne parametry ukBadu nie maj wpBywu na warto[ staBej rwnowagi St i h i j j kB d i k [l j Stan rwnowagi chemicznej w reagujcym ukBadzie okre[laj takie parametry jak : st|enia reagentw, ci[nienie, temperatura. [ WpByw st|enia reagentw, ci[nienia i temperatury na stan rwnowagi WpByw st|en a reagentw, c [n en a temperatury na stan rwnowag mo|emy okre[li stosujc reguB przekory Le Chateliera - Brauna ReguBa La Chateliera - Brauna Je|eli na ukBad w stanie rwnowagi dynamicznej dziaBa jaki[ czynnik zewntrzny, to ukBad powoduje tak zmian stanu rwnowagi ktra minimalizuje dziaBanie tego stanu rwnowagi, ktra minimalizuje dziaBanie tego 66 czynnika WpByw ci[nienia na stan rwnowagi Ci[ i i j kB d i ktrym bi k j h mi m Ci[nienie panujce w ukBadzie, w kt m przebiega reakcja chemiczna ma istotny wpByw na jej stan rwnowagi tylko wtedy, gdy reakcji przebiega z udziaBem fazy gazowej, w ktrej caBkowita liczba gazowych czsteczek wszystkich reagentw ulega zmianie podczas reakcji k h l d k "n = np. - ns WpByw temperatury "n = 0 H2 + CO2 H2O + CO endotermiczna ci[nienie nie wpBywa T T "n > 0 2 H2O2 H2 + O2 egzotermiczna p p T T egzotermiczna "n < 0 N2 + 3 H2 2 NH3 T T T T pp 67 WpByw temperatury na stan rwnowagi Dla reakcji egzotermicznej "H < 0 (ciepBo wydziela si) wzrost T przesuwa rwnowag reakcji w kierunku substratw ! T ! spadek T pg j p p przesuwa rwnowag reakcji w kierunku produktw ! T! Dla reakcji endotermicznej "H < 0 (ciepBo jest pobierane) wzrost T przesuwa rwnowag reakcji w kierunku produktw ! T ! spadek T przesuwa rwnowag reakcji w kierunku substratw ! T! 68 WpByw temperatury i ci[nienia na zawarto[ % NH3 w mieszaninie reakcyjnej dl H /N 3:1 i s i i k j j dla H2/N2= 3:1 Ci[nienie (atm) ( m) Temp.(oC) 200 300 400 500 400 38.7 47.8 54.9 60.6 450 27.4 35.9 42.9 48.8 500 18.9 26.0 32.2 37.8 600 8.8 12.9 16.9 20.8 69 WpByw nadmiaru jednego substratu wprowadzenie H2 pocztkowa przywrcenie rwnowaga rwnowaga rwnowagi rwnowagi NH3 NH3 N2 70 WpByw temperatury na staB rwnowagi Zmiana temperatury reakcji powoduje nie tylko zmian szybko[ci reakcji, ale tak|e zmienia warto[ l k [ staBej rwnowagi -"Go "Go = -RT ln K ln K = "Go = "Ho - T"So RT RT "Go-entalpia swobodna K2 1 1 potencjaB termodynamiczny "Ho ln = - ln = - energia Gibbsa i Gibb K1 RT1 T2 "Ho- entalpia reakcji rwnanie van t Hoffa "So- entropia reakcji "H > 0 (endotermiczne) ln K -"Ho + "So ln K = ln K = RT R -"Ho + "So ln K1 = ln K = RT1 R rwnanie van t Hoffa -"Ho + "So "Ho "So ln K2 = "H < 0 (egzotermiczne) 1 RT2 R 71 T

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Wyklad chemia bhp 3
Wyklad Chemia w budownictwie I
WYKŁAD CHEMIA I TECHNOLOGIA POLIMERÓW VI
WYKŁAD CHEMIA I TECHNOLOGIA POLIMERÓW II
wykład 1 chemia
Wyklad chemia bhp1a
wykład 2 chemia
WYKŁAD CHEMIA I TECHNOLOGIA POLIMERÓW XIII
wykład 6 chemia
Wyklad chemia ibp2
WYKŁAD CHEMIA I TECHNOLOGIA POLIMERÓW VIII
Wykład 7 chemia PDF
Wykład 6 chemia PDF
Print Wyklad 1 Chemia jako nauka
Wyklad chemia bhp4
Chemia Wykład 5

więcej podobnych podstron