Ռեակցիաների տեսակներ, լուծելիության ուղենիշներ և կրճատ իոնական հավասարումներ

Ջրային ռեակցիաների երեք շարժիչ ուժ

Երբ երկու լուծույթ խառնվում են, ռեակցիա տեղի է ունենում միայն եթե ինչ-որ բան հեռացնում է իոններ լուծույթից կամ տեղափոխում է էլեկտրոններ։ Հարցրեք երեք հարց։ Մի լուծույթի կատիոնը և մյուսի անիոնը ցածր լուծելիությամբ միացություն առաջացնո՞ւմ են։ Թթուն պրոտոն փոխանցո՞ւմ է հիմքին՝ առաջացնելով ջուր կամ այլ թույլ էլեկտրոլիտ։ Որևէ ատոմի օքսիդացման աստիճանը փոխվո՞ւմ է, այնպես որ էլեկտրոնները մի մասնիկից անցնում են մյուսին։

Առաջին հարցին «այո»-ն նշանակում է նստեցման ռեակցիա, երկրորդին՝ թթու–հիմք ռեակցիա, իսկ երրորդին՝ օքսիդավերականգնման ռեակցիա։ Գազ առաջացնող ռեակցիաները, ինչպես HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g), սովորաբար դասվում են թթու–հիմքի շարքին, քանի որ առաջին քայլը պրոտոնի փոխանցումն է։ Այրումը և մի մետաղի կողմից մյուսի դուրս մղումը օքսիդավերականգնման ռեակցիաներ են։

Ընտանիքները փոխբացառող չեն։ Երբ ջրային բարիումի հիդրօքսիդը չեզոքացնում է ծծմբական թթուն՝ Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), ջուր է առաջանում, և չլուծվող սուլֆատը նստում է նույն ռեակցիայում։

Որոշել, թե որ մասնիկները գրել որպես իոններ

Կրճատ իոնական հավասարումը կախված է այն իմանալուց, թե որ նյութերն են ջրում առկա որպես անջատված իոններ։ Ուժեղ էլեկտրոլիտները դիսոցվում են գրեթե լրիվ՝ լուծվող իոնային միացություններ, ուժեղ թթուներ և ուժեղ հիմքեր։ Դրանք գրեք որպես իոններ, երբ նշված են (aq)։ Մնացած ամեն ինչ պահպանում է իր բանաձևը՝ պինդ նյութեր, հեղուկներ, գազեր, թույլ թթուներ, թույլ հիմքեր և մոլեկուլային լուծված նյութեր, ինչպես գլյուկոզը։

Տարածված ուժեղ թթուներն են HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ և H₂SO₄ (իր առաջին պրոտոնի համար)։ Ընդհանուր քիմիայում հանդիպող գրեթե յուրաքանչյուր այլ թթու, ներառյալ HF-ը, քացախաթթուն (CH₃COOH) և ածխաթթուն, համարեք թույլ և պահեք որպես մոլեկուլ։ Ուժեղ հիմքերն են 1-ին խմբի հիդրօքսիդները և 2-րդ խմբի ավելի ծանր հիդրօքսիդները։ Ամոնիակը թույլ հիմք է և մնում է NH₃(aq)։

Բազմատոմ իոնները անփոփոխ են մնում միացության դիսոցման ժամանակ։ Ջրային կալիումի քրոմատը տալիս է 2K⁺(aq) և CrO₄²⁻(aq), այլ ոչ թե առանձին կալիումի, քրոմի և թթվածնի իոններ։

Լուծելիության ուղենիշների կիրառումը

Լուծելիության ուղենիշները ամփոփում են ջրում իոնային միացությունների դիտարկված օրինակները սենյակային ջերմաստիճանի մոտ։ Լուծվող նշանակում է, որ օգտակար քանակ է լուծվում. չլուծվող նշանակում է, որ լուծելիությունն այնքան ցածր է, որ սովորական լաբորատոր կոնցենտրացիաների դեպքում իոնների հանդիպելիս պինդ նյութ է առաջանում։ Ոչ մի իոնային միացություն չունի ճիշտ զրո լուծելիություն։ Ստորև բերված ցանկը հիմնված է OpenStax Chemistry 2e-ի 4.2 բաժնի Աղյուսակ 4.1-ի վրա։

Նստվածք կանխատեսելու համար թվարկեք խառնելուց հետո առկա յուրաքանչյուր իոն, ապա յուրաքանչյուր կատիոնը զուգակցեք յուրաքանչյուր անիոնի հետ, որի հետ նախկինում չէր։ Եթե որևէ նոր զույգ ընկնում է չլուծվող կարգի մեջ, այդ միացությունը նստում է։ Եթե բոլոր հնարավոր զույգերը լուծվող են, ինչպես կալիումի նիտրատի և նատրիումի քլորիդի լուծույթները խառնելիս, իոնները պարզապես համագոյակցում են, և զուտ ռեակցիա չկա։

• 1-ին խմբի կատիոնների (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) և NH₄⁺-ի միացությունները լուծվող են։
• Նիտրատները, ացետատները, հիդրոկարբոնատները և քլորատները լուծվող են։
• Քլորիդները, բրոմիդները և յոդիդները լուծվող են, բացառությամբ Ag⁺, Hg₂²⁺ և Pb²⁺ իոնների միացությունների։
• Ֆտորիդները լուծվող են, բացառությամբ Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ և Fe³⁺ իոնների միացությունների։
• Սուլֆատները լուծվող են, բացառությամբ Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ և Sr²⁺ իոնների միացությունների։
• Կարբոնատները, քրոմատները, ֆոսֆատները և սուլֆիդները չլուծվող են, բացառությամբ 1-ին խմբի կատիոնների և NH₄⁺-ի հետ միացությունների։
• Հիդրօքսիդները չլուծվող են, բացառությամբ 1-ին խմբի կատիոնների և Ba²⁺-ի հետ միացությունների. Ca(OH)₂-ը և Sr(OH)₂-ը թեթևակի լուծվող են։

Կրճատ իոնական հավասարման կառուցումը քայլ առ քայլ

Յուրաքանչյուր քայլ ունի իր պատճառը։ Մոլեկուլային հավասարումը նախ հավասարեցնելը երաշխավորում է ատոմների քանակը։ Ուժեղ էլեկտրոլիտների բաժանումը ցույց է տալիս, թե իրականում ինչ կա բաժակի մեջ։ Հանդիսատես իոնների կրճատումը հեռացնում է այն մասնիկները, որոնք երկու կողմերում հայտնվում են անփոփոխ և փոփոխության մեջ մասնակցություն չունեն։

Լիցքի ստուգումը բռնում է սխալներ, որոնք ատոմների հաշվարկը բաց է թողնում։ Կրճատ իոնական հավասարումը կարող է ունենալ ոչ զրոյական ընդհանուր լիցք, բայց այդ լիցքը պետք է նույնը լինի երկու կողմերում, քանի որ լիցքը պահպանվում է այնպես, ինչպես ատոմները։

• Գրեք հավասարեցված մոլեկուլային հավասարումը՝ յուրաքանչյուր բանաձևի վրա վիճակի նշանով։
• Վերագրեք յուրաքանչյուր (aq) ուժեղ էլեկտրոլիտը որպես առանձին իոններ՝ բազմապատկելով թե՛ ինդեքսով, թե՛ գործակցով։
• Խաչեք այն իոնները, որոնք երկու կողմերում հայտնվում են անփոփոխ։ Սրանք հանդիսատես իոններն են։
• Մնացած գործակիցները կրճատեք մինչև ամենափոքր ամբողջ թվերը։
• Ստուգեք, որ յուրաքանչյուր տարրը և ընդհանուր լիցքը հավասարակշռված են։

Լուծված օրինակ՝ արծաթի քրոմատի նստեցում

Դուք խառնում եք 18.0 mL 0.0850 mol/L կալիումի քրոմատ ջրային արծաթի նիտրատի ավելցուկի հետ։ Նոր զույգերն են՝ Ag⁺ CrO₄²⁻-ի հետ և K⁺ NO₃⁻-ի հետ։ Արծաթը 1-ին խմբի կատիոն չէ, ուստի կարմիր-շագանակագույն արծաթի քրոմատը նստում է. կալիումի նիտրատը մնում է լուծված։ Մոլեկուլային հավասարում՝ 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq)։ Լրիվ իոնային հավասարում՝ 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq)։ K⁺-ը և NO₃⁻-ը կրճատելով ստացվում է կրճատ իոնական հավասարումը՝ 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s)։ Լիցքի ստուգում՝ 2(+1) + (−2) = 0 ձախում և 0՝ աջում։

Նստվածքի զանգվածը գտնելու համար օգտագործեք IUPAC-ի ստանդարտ ատոմային զանգվածները՝ կլորացված երկու տասնորդականի. Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00։ Ag₂CrO₄-ի մոլային զանգվածը 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol է։ Քրոմատի մոլերը = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, և կրճատ իոնական հավասարումը տալիս է 1 mol Ag₂CrO₄ յուրաքանչյուր 1 mol CrO₄²⁻-ի համար։ Զանգված = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g։ Երկու չափված մեծություններն էլ ունեն երեք նշանակալի թվանշան, ուստի պատասխանը նույնպես։

Լուծված օրինակներ՝ թույլ թթու և մետաղ լուծույթում

Ջրային քացախաթթուն փոխազդում է ջրային նատրիումի հիդրօքսիդի հետ՝ CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l)։ Քացախաթթուն թույլ է, ուստի մնում է մոլեկուլային, իսկ NaOH-ը և նատրիումի ացետատը ուժեղ էլեկտրոլիտներ են։ Na⁺-ը կրճատելուց հետո կրճատ իոնական հավասարումը CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l) է։ Համեմատեք ազոտական թթվի և կալիումի հիդրօքսիդի հետ, որտեղ երկու ռեագենտներն էլ ուժեղ են, և կրճատ իոնական հավասարումը կրճատվում է մինչև H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l)։

Արծաթի նիտրատի լուծույթում դրված նիկելի շերտը պատվում է արծաթի բյուրեղներով։ Նիկելը անցնում է 0-ից +2, իսկ արծաթը՝ +1-ից 0, ուստի սա օքսիդավերականգնում է. նիտրատը հանդիսատես է։ Կրճատ իոնական հավասարումը Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s) է։ 2 գործակիցը պահանջվում է լիցքով, այլ ոչ ատոմներով. Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s)-ը հավասարեցնում է յուրաքանչյուր տարր, բայց ունի ընդհանուր լիցք +1 ձախում և +2՝ աջում։

Իոնական հավասարումների հաճախակի սխալներ և ինչպես բռնել դրանք

Սխալների մեծ մասը գալիս է սխալ մասնիկ գրելուց, այլ ոչ թվաբանությունից։ Որևէ բան կրճատելուց առաջ հարցրեք՝ արդյոք յուրաքանչյուր բանաձև իսկապես գոյություն ունի որպես առանձին իոններ ջրում։

Որպես վերջին ստուգում, կարդացեք կրճատ իոնական հավասարումը որպես ֆիզիկական իրադարձություն։ Երկու արծաթի իոնի և մեկ քրոմատ իոնի պինդ նյութ առաջացնելը մի բան է, որը կարող եք դիտել. հավասարումը, որը միայն փոխանակում է լուծված իոնները զուգընկերների միջև, ոչինչ չի նկարագրում։

• Թույլ թթվի բաժանումը. HF(aq)-ը մնում է մոլեկուլային։ Համեմատեք ցանկացած թթու վեց ուժեղ թթուների հետ։
• Նստվածքի բաժանումը. (s) նշված բանաձևը մնում է ամբողջական, թեև պինդ նյութը իոնային է։
• Բազմատոմ իոնը մասերի բաժանելը. NO₃⁻-ը, SO₄²⁻-ը և CrO₄²⁻-ը պահեք անփոփոխ։
• Ինդեքսները սխալ տեղադրելը. K₂CrO₄-ը տալիս է 2K⁺. K₂⁺ իոն գոյություն չունի։
• Սնդիկ(I)-ը Hg⁺ համարելը. այն գոյություն ունի որպես երկատոմ Hg₂²⁺ կատիոն։
• Գործակիցները չկրճատված թողնելը, ինչպես 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄։
• Կրճատ իոնական հավասարում գրելը, երբ բոլոր զույգերը լուծվող են, ջուր, թույլ էլեկտրոլիտ կամ գազ չի առաջանում, և ոչինչ չի օքսիդանում կամ վերականգնվում։ Ճիշտ պատասխանն է՝ ռեակցիա չկա։