Реакция түрлері, ерігіштік нұсқаулары және таза иондық теңдеулер

Сулы реакциялардың үш қозғаушы күші

Екі ерітінді араласқанда реакция тек бір нәрсе иондарды ерітіндіден алып кетсе немесе электрондарды жылжытса ғана жүреді. Үш сұрақ қойыңыз. Бір ерітіндінің катионы мен екіншісінің анионы ерігіштігі төмен қосылыс түзе ме? Қышқыл протонды негізге беріп, су немесе басқа әлсіз электролит түзе ме? Қандай да бір атомдардың тотығу дәрежесі өзгеріп, электрондар бір бөлшектен екіншісіне өте ме?

Бірінші сұраққа «иә» тұну реакциясын, екіншісіне «иә» қышқыл–негіз реакциясын, үшіншісіне «иә» тотығу–тотықсыздану реакциясын білдіреді. HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) сияқты газ түзетін реакциялар әдетте қышқыл–негізге жатқызылады, өйткені бірінші қадам — протон беру. Жану және бір металдың екіншісін ығыстыруы — тотығу–тотықсыздану реакциялары.

Тұқымдастар бір-бірін жоққа шығармайды. Сулы барий гидроксиді күкірт қышқылын бейтараптағанда, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), су түзіледі және ерімейтін сульфат бір реакцияда тұнады.

Қай бөлшектерді ион ретінде жазу керектігін шешу

Таза иондық теңдеу суда қай заттардың бөлек иондар түрінде болатынын білуге байланысты. Күшті электролиттер іс жүзінде толық диссоциацияланады: еритін иондық қосылыстар, күшті қышқылдар және күшті негіздер. Олар (aq) деп белгіленсе, ион ретінде жазыңыз. Қалғанының бәрі өз формуласын сақтайды: қатты заттар, сұйықтықтар, газдар, әлсіз қышқылдар, әлсіз негіздер және глюкоза сияқты молекулалық еріген заттар.

Жиі кездесетін күшті қышқылдар: HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ және H₂SO₄ (бірінші протоны бойынша). Жалпы химияда кездесетін басқа қышқылдардың барлығын дерлік, соның ішінде HF, сірке қышқылын (CH₃COOH) және көмір қышқылын, әлсіз деп санап, молекула ретінде қалдырыңыз. Күшті негіздер — 1-топ гидроксидтері және ауыр 2-топ гидроксидтері. Аммиак — әлсіз негіз және NH₃(aq) күйінде қалады.

Қосылыс диссоциацияланғанда көпатомды иондар бүтін қалады. Сулы калий хроматы 2K⁺(aq) және CrO₄²⁻(aq) береді, бөлек калий, хром және оттек иондарын емес.

Ерігіштік нұсқауларын қолдану

Ерігіштік нұсқаулары бөлме температурасына жақын суда иондық қосылыстар үшін байқалған заңдылықтарды қорытындылайды. Еритін — пайдалы мөлшері ериді деген мағына; ерімейтін — қарапайым зертханалық концентрацияларда иондар кездескенде қатты зат түзілетіндей ерігіштік төмен деген мағына. Бірде-бір иондық қосылыстың ерігіштігі дәл нөлге тең емес. Төмендегі тізім OpenStax Chemistry 2e, 4.2 бөліміндегі 4.1-кестеге негізделген.

Тұнбаны болжау үшін араластырудан кейінгі барлық иондарды тізіп, әр катионды ол бастапқыда бірге болмаған әр анионмен жұптаңыз. Егер кез келген жаңа жұп ерімейтін санатқа түссе, сол қосылыс тұнады. Егер мүмкін барлық жұптар еритін болса, мысалы калий нитраты мен натрий хлориді ерітінділері араласқанда, иондар жай ғана қатар өмір сүреді және таза реакция жоқ.

• 1-топ катиондарының (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) және NH₄⁺ қосылыстары еритін.
• Нитраттар, ацетаттар, гидрокарбонаттар және хлораттар еритін.
• Хлоридтер, бромидтер және иодидтер еритін, Ag⁺, Hg₂²⁺ және Pb²⁺ қосылыстарынан басқа.
• Фторидтер еритін, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ және Fe³⁺ қосылыстарынан басқа.
• Сульфаттар еритін, Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ және Sr²⁺ қосылыстарынан басқа.
• Карбонаттар, хроматтар, фосфаттар және сульфидтер ерімейтін, 1-топ катиондарымен және NH₄⁺ болғандардан басқа.
• Гидроксидтер ерімейтін, 1-топ катиондарымен және Ba²⁺ болғандардан басқа; Ca(OH)₂ және Sr(OH)₂ аздап ериді.

Таза иондық теңдеуді қадам-қадаммен құру

Әр қадамның себебі бар. Алдымен молекулалық теңдеуді теңестіру атом санына кепіл береді. Күшті электролиттерді бөлу стақанда шын мәнінде не бар екенін көрсетеді. Бақылаушы иондарды қысқарту екі жақта да өзгеріссіз көрінетін және өзгеріске қатыспайтын бөлшектерді жояды.

Зарядты тексеру атом санау байқамайтын қателерді ұстайды. Таза иондық теңдеудің жалпы заряды нөлге тең болмауы мүмкін, бірақ ол заряд екі жақта да бірдей болуы керек, өйткені заряд атомдар сияқты сақталады.

• Әр формулаға күй белгісін қойып, теңестірілген молекулалық теңдеуді жазыңыз.
• Әр (aq) күшті электролитті бөлек иондар ретінде қайта жазыңыз, индекске де, коэффициентке де көбейтіп.
• Екі жақта да өзгеріссіз көрінетін иондарды сызып тастаңыз. Бұлар бақылаушы иондар.
• Қалған коэффициенттерді ең кіші бүтін сандарға қысқартыңыз.
• Әр элемент пен жалпы зарядтың теңестірілгенін тексеріңіз.

Шешілген мысал: күміс хроматының тұнуы

18.0 mL 0.0850 mol/L калий хроматын артық сулы күміс нитратымен араластырасыз. Жаңа жұптар: Ag⁺ мен CrO₄²⁻ және K⁺ мен NO₃⁻. Күміс 1-топ катионы емес, сондықтан қызыл-қоңыр күміс хроматы тұнады; калий нитраты ерітіндіде қалады. Молекулалық теңдеу: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). Толық иондық теңдеу: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). K⁺ және NO₃⁻ қысқарту таза иондық теңдеуді береді: 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s). Зарядты тексеру: 2(+1) + (−2) = 0 сол жақта және 0 оң жақта.

Тұнба массасын табу үшін екі ондық таңбаға дейін дөңгелектелген IUPAC стандартты атомдық салмақтарын қолданыңыз: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Ag₂CrO₄ молярлық массасы 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol. Хромат мольдері = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, ал таза иондық теңдеу 1 mol CrO₄²⁻-қа 1 mol Ag₂CrO₄ береді. Масса = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. Екі өлшенген шаманың да үш маңызды цифры бар, сондықтан жауапта да үш цифр бар.

Шешілген мысалдар: әлсіз қышқыл және ерітіндідегі металл

Сулы сірке қышқылы сулы натрий гидроксидімен әрекеттеседі: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). Сірке қышқылы әлсіз, сондықтан молекула күйінде қалады, ал NaOH және натрий ацетаты күшті электролиттер. Na⁺ қысқарғаннан кейін таза иондық теңдеу CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l). Азот қышқылын калий гидроксидімен салыстырыңыз: екі реагент те күшті, ал таза иондық теңдеу H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) түріне қысқарады.

Күміс нитраты ерітіндісіне салынған никель жолағы күміс кристалдарымен қапталады. Никель 0-ден +2-ге, ал күміс +1-ден 0-ге өтеді, сондықтан бұл тотығу–тотықсыздану; нитрат — бақылаушы. Таза иондық теңдеу: Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s). 2 коэффициентін атомдар емес, заряд талап етеді: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) әр элементті теңестіреді, бірақ жалпы заряды сол жақта +1, оң жақта +2.

Иондық теңдеулердегі жиі қателер және оларды қалай ұстау керек

Қателердің көбі арифметикадан емес, қате бөлшекті жазудан туады. Бірдеңені қысқартпас бұрын әр формуланың суда шынымен бөлек иондар болып тұратынын сұраңыз.

Соңғы тексеру ретінде таза иондық теңдеуді физикалық оқиға ретінде оқыңыз. Екі күміс ионы мен бір хромат ионының қатты зат түзуін бақылауға болады; ерітілген иондарды тек серіктестер арасында ауыстыратын теңдеу ештеңені сипаттамайды.

• Әлсіз қышқылды бөлу: HF(aq) молекула күйінде қалады. Кез келген қышқылды алты күшті қышқылмен салыстырыңыз.
• Тұнбаны бөлу: (s) деп белгіленген формула, қатты зат иондық болса да, бүтін қалады.
• Көпатомды ионды бөлшектеу: NO₃⁻, SO₄²⁻ және CrO₄²⁻ бүтін сақталсын.
• Индекстерді қате орналастыру: K₂CrO₄ 2K⁺ береді; K₂⁺ ионы жоқ.
• Сынап(I) ионын Hg⁺ деп санау: ол екіатомды Hg₂²⁺ катионы ретінде болады.
• Қысқартылмаған коэффициенттерді қалдыру, мысалы 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• Барлық жұптар еритін, су, әлсіз электролит немесе газ түзілмейтін және ештеңе тотықпайтын немесе тотықсызданбайтын жағдайда таза иондық теңдеу жазу. Дұрыс жауап — реакция жоқ.