Reaksiya növləri, həllolma qaydaları və xalis ion tənlikləri

Sulu reaksiyaların arxasındakı üç hərəkətverici qüvvə

İki məhlul qarışdırıldıqda reaksiya yalnız nəsə ionları məhluldan çıxararsa və ya elektronları köçürərsə baş verir. Üç sual verin. Bir məhluldakı kation ilə digərindəki anion az həll olan birləşmə əmələ gətirirmi? Turşu protonu əsasa ötürərək su və ya başqa zəif elektrolit əmələ gətirirmi? Hər hansı atomun oksidləşmə dərəcəsi dəyişirmi, yəni elektronlar bir növdən digərinə keçirmi?

Birinci suala bəli çökmə reaksiyası, ikinciyə bəli turşu–əsas reaksiyası, üçüncüyə bəli isə redoks reaksiyası deməkdir. HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) kimi qaz əmələ gətirən reaksiyalar adətən turşu–əsas altında təsnif edilir, çünki birinci addım proton ötürülməsidir. Yanma və bir metalın digərini sıxışdırması redoks reaksiyalarıdır.

Ailələr bir-birini istisna etmir. Sulu barium hidroksid sulfat turşusunu neytrallaşdırdıqda, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), eyni reaksiyada su əmələ gəlir və həll olunmayan sulfat çökür.

Hansı növlərin ion kimi yazılacağına qərar vermək

Xalis ion tənliyi hansı maddələrin suda ayrılmış ionlar kimi mövcud olduğunu bilməyə əsaslanır. Güclü elektrolitlər demək olar ki, tam dissosiasiya edir: həll olunan ion birləşmələri, güclü turşular və güclü əsaslar. Onlar (aq) ilə etiketləndikdə ion kimi yazın. Qalan hər şey düsturunu saxlayır: bərk maddələr, mayelər, qazlar, zəif turşular, zəif əsaslar və qlükoza kimi molekulyar həll olunan maddələr.

Ümumi güclü turşular HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ və H₂SO₄-dür (birinci protonuna görə). Ümumi kimyada rastlaşdığınız demək olar ki, hər digər turşuya, o cümlədən HF, sirkə turşusu (CH₃COOH) və karbonat turşusuna zəif kimi yanaşın və molekul kimi saxlayın. Güclü əsaslar 1-ci qrup hidroksidləri və daha ağır 2-ci qrup hidroksidləridir. Ammonyak zəif əsasdır və NH₃(aq) kimi qalır.

Birləşmə dissosiasiya edəndə çoxatomlu ionlar bütöv qalır. Sulu kalium xromat ayrı kalium, xrom və oksigen ionları deyil, 2K⁺(aq) və CrO₄²⁻(aq) verir.

Həllolma qaydalarının tətbiqi

Həllolma qaydaları ion birləşmələrinin otaq temperaturuna yaxın suda müşahidə olunan qanunauyğunluqlarını ümumiləşdirir. Həll olunan faydalı miqdarın həll olması, həll olunmayan isə ionlar adi laboratoriya qatılıqlarında qarşılaşdıqda bərk maddənin əmələ gələcək qədər həllolmanın aşağı olması deməkdir. Heç bir ion birləşməsinin həllolması dəqiq sıfır deyil. Aşağıdakı siyahı OpenStax Chemistry 2e kitabının 4.2 bölməsindəki Cədvəl 4.1-ə əsaslanır.

Çöküntünü proqnozlaşdırmaq üçün qarışdırmadan sonra mövcud olan hər ionu sadalayın, sonra hər kationu başlanğıcda birlikdə olmadığı hər anionla cütləşdirin. Yeni cütlərdən biri həll olunmayan kateqoriyaya düşürsə, həmin birləşmə çökür. Kalium nitrat və natrium xlorid məhlulları qarışdırıldıqda olduğu kimi, mümkün cütlərin hamısı həll olunandırsa, ionlar sadəcə yanaşı mövcud olur və xalis reaksiya yoxdur.

• 1-ci qrup kationlarının (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) və NH₄⁺-ün birləşmələri həll olunandır.
• Nitratlar, asetatlar, hidrokarbonatlar və xloratlar həll olunandır.
• Xloridlər, bromidlər və iodidlər Ag⁺, Hg₂²⁺ və Pb²⁺ birləşmələri istisna olmaqla həll olunandır.
• Fluoridlər Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ və Fe³⁺ birləşmələri istisna olmaqla həll olunandır.
• Sulfatlar Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ və Sr²⁺ birləşmələri istisna olmaqla həll olunandır.
• Karbonatlar, xromatlar, fosfatlar və sulfidlər 1-ci qrup kationları və NH₄⁺ ilə olanlar istisna olmaqla həll olunmayandır.
• Hidroksidlər 1-ci qrup kationları və Ba²⁺ ilə olanlar istisna olmaqla həll olunmayandır; Ca(OH)₂ və Sr(OH)₂ az həll olunandır.

Xalis ion tənliyinin addım-addım qurulması

Hər addımın səbəbi var. Əvvəlcə molekulyar tənliyi tarazlaşdırmaq atomların sayına zəmanət verir. Güclü elektrolitlərin ayrılması stəkanda həqiqətən nələrin olduğunu göstərir. İzləyici ionların ixtisarı hər iki tərəfdə dəyişməz görünən və dəyişikliyə qatılmayan növləri aradan qaldırır.

Yük yoxlaması atom sayımının buraxdığı səhvləri tutur. Xalis ion tənliyi sıfırdan fərqli ümumi yük daşıya bilər, lakin bu yük hər iki tərəfdə eyni olmalıdır, çünki yük də atomlar kimi saxlanılır.

• Tarazlaşdırılmış molekulyar tənliyi hər düsturda hal simvolu ilə yazın.
• Hər (aq) güclü elektroliti ayrı ionlar kimi yenidən yazın, həm indeksə, həm də əmsala vuraraq.
• Hər iki tərəfdə dəyişməz görünən ionları xətt çəkib silin. Bunlar izləyici ionlardır.
• Qalan əmsalları ən kiçik tam ədədlərə qədər ixtisar edin.
• Hər elementin və ümumi yükün tarazlaşdığını yoxlayın.

Həll olunmuş nümunə: gümüş xromatın çökdürülməsi

0.0850 mol/L kalium xromatın 18.0 mL-ni artıq sulu gümüş nitratla qarışdırırsınız. Yeni cütlər Ag⁺ ilə CrO₄²⁻ və K⁺ ilə NO₃⁻-dir. Gümüş 1-ci qrup kationu deyil, buna görə qırmızı-qəhvəyi gümüş xromat çökür; kalium nitrat həll olunmuş qalır. Molekulyar tənlik: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). Tam ion tənliyi: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). K⁺ və NO₃⁻-ü ixtisar etmək xalis ion tənliyini verir: 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s). Yük yoxlaması: solda 2(+1) + (−2) = 0, sağda isə 0.

Çöküntünün kütləsini tapmaq üçün İKYTB-nin (IUPAC) iki onluq mərtəbəyə yuvarlaqlaşdırılmış standart atom kütlələrindən istifadə edin: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Ag₂CrO₄-ün molyar kütləsi 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol-dur. Xromatın mol miqdarı = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, xalis ion tənliyi isə hər 1 mol CrO₄²⁻-ə 1 mol Ag₂CrO₄ verir. Kütlə = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. Hər iki ölçülmüş kəmiyyətin üç əhəmiyyətli rəqəmi var, buna görə cavabın da var.

Həll olunmuş nümunələr: zəif turşu və məhluldakı metal

Sulu sirkə turşusu sulu natrium hidroksidlə reaksiyaya girir: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). Sirkə turşusu zəifdir, buna görə molekulyar qalır, NaOH və natrium asetat isə güclü elektrolitlərdir. Na⁺ ixtisar olunduqdan sonra xalis ion tənliyi CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l) olur. Hər iki reagentin güclü olduğu nitrat turşusu ilə kalium hidroksidi müqayisə edin; orada xalis ion tənliyi H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) şəklinə düşür.

Gümüş nitrat məhluluna qoyulmuş nikel zolağı gümüş kristalları ilə örtülür. Nikel 0-dan +2-yə, gümüş +1-dən 0-a keçir, buna görə bu, redoksdur; nitrat izləyicidir. Xalis ion tənliyi Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s) olur. 2 əmsalını atomlar deyil, yük tələb edir: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) hər elementi tarazlaşdırır, lakin ümumi yükü solda +1, sağda +2-dir.

İon tənliklərində ümumi səhvlər və onları necə tutmaq olar

Səhvlərin çoxu hesabdan deyil, yanlış növ yazmaqdan yaranır. Heç nəyi ixtisar etməzdən əvvəl hər düsturun suda həqiqətən ayrı ionlar kimi mövcud olub-olmadığını soruşun.

Son yoxlama olaraq xalis ion tənliyini fiziki hadisə kimi oxuyun. İki gümüş ionunun və bir xromat ionunun bərk maddə əmələ gətirməsi seyr edə biləcəyiniz bir şeydir; yalnız həll olunmuş ionları tərəfdaşlar arasında dəyişən tənlik heç nəyi təsvir etmir.

• Zəif turşunu ayırmaq: HF(aq) molekulyar qalır. İstənilən turşunu altı güclü turşu ilə müqayisə edin.
• Çöküntünü ayırmaq: (s) ilə etiketlənmiş düstur bərk maddə ion olsa da bütöv qalır.
• Çoxatomlu ionu parçalamaq: NO₃⁻, SO₄²⁻ və CrO₄²⁻-i bütöv saxlayın.
• İndeksləri yanlış yerləşdirmək: K₂CrO₄ 2K⁺ verir; K₂⁺ ionu yoxdur.
• Civə(I)-ə Hg⁺ kimi yanaşmaq: o, ikiatomlu Hg₂²⁺ kationu kimi mövcuddur.
• Əmsalları ixtisar etməmək, məsələn, 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• Hər cütün həll olunan olduğu, su, zəif elektrolit və ya qaz əmələ gəlmədiyi və heç nəyin oksidləşmədiyi və ya reduksiya olunmadığı halda xalis ion tənliyi yazmaq. Düzgün cavab reaksiyanın olmamasıdır.