Урвалын төрөл, уусах чанарын удирдамж ба цэвэр ионы тэгшитгэл

Усан уусмалын урвалын гурван хөдөлгөгч хүч

Хоёр уусмалыг холиход урвал нь зөвхөн ямар нэг зүйл ионыг уусмалаас салгах эсвэл электроныг шилжүүлэх тохиолдолд явагдана. Гурван асуулт тавь. Нэг уусмалын катион ба нөгөөгийн анион бага уусдаг нэгдэл үүсгэх үү? Хүчил протоныг сууринд шилжүүлж ус эсвэл өөр сул электролит үүсгэх үү? Ямар нэг атомын исэлдэлтийн тоо өөрчлөгдөж, электрон нэг төрлөөс нөгөөд шилжих үү?

Эхний асуултад тийм бол тунадасжилтын урвал, хоёрдугаарт тийм бол хүчил–суурийн урвал, гуравдугаарт тийм бол исэлдэн-ангижралын урвал. HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) шиг хий үүсгэх урвалуудыг эхний алхам нь протоны шилжилт тул ихэвчлэн хүчил–суурийнд хамруулдаг. Шаталт болон нэг металлыг нөгөөгөөр түлхэн гаргах нь исэлдэн-ангижралын урвал.

Овгууд бие биенээ үгүйсгэхгүй. Усан уусмал дахь барийн гидроксид хүхрийн хүчлийг саармагжуулахад, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), ус үүсэж, уусдаггүй сульфат нэг урвалд тунадасждаг.

Аль төрлийг ион гэж бичихээ шийдэх

Цэвэр ионы тэгшитгэл нь усанд аль бодис тусгаарлагдсан ион хэлбэрээр оршиж байгааг мэдэхээс хамаарна. Хүчтэй электролитууд бараг бүрэн задардаг: уусдаг ион нэгдлүүд, хүчтэй хүчлүүд, хүчтэй суурьнууд. Эдгээрийг (aq) гэж тэмдэглэсэн үед ион болгон бич. Бусад бүхэн томьёогоо хадгална: хатуу бодис, шингэн, хий, сул хүчил, сул суурь, мөн глюкоз гэх мэт молекул уусагдагч бодисууд.

Түгээмэл хүчтэй хүчлүүд нь HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄, H₂SO₄ (эхний протоныхоо хувьд). Ерөнхий химид таарах бараг бусад бүх хүчлийг, HF, цууны хүчил (CH₃COOH), нүүрсхүчлийн хүчлийг оруулан сул гэж үзэж, молекул хэлбэрээр нь үлдээ. Хүчтэй суурь нь 1-р бүлгийн гидроксидууд ба илүү хүнд 2-р бүлгийн гидроксидууд. Аммиак нь сул суурь бөгөөд NH₃(aq) хэвээр үлдэнэ.

Нэгдэл задрахад олон атомт ионууд бүрэн хэвээр үлдэнэ. Усан уусмал дахь калийн хромат нь тусдаа кали, хром, хүчилтөрөгчийн ион биш, 2K⁺(aq) ба CrO₄²⁻(aq) өгнө.

Уусах чанарын удирдамжийг хэрэглэх

Уусах чанарын удирдамж нь өрөөний температурын орчим усан дахь ион нэгдлүүдийн ажиглагдсан хэв маягийг нэгтгэн дүгнэнэ. Уусдаг гэдэг нь ашиглаж болохуйц хэмжээгээр уусна гэсэн үг; уусдаггүй гэдэг нь ердийн лабораторийн концентрацид ионууд уулзахад хатуу бодис үүсэх хэмжээний бага уусах чанар гэсэн үг. Ямар ч ион нэгдлийн уусах чанар яг тэг биш. Доорх жагсаалт нь OpenStax Chemistry 2e-ийн 4.2 хэсгийн Хүснэгт 4.1-д суурилсан.

Тунадсыг таамаглахын тулд холисны дараа байгаа бүх ионыг жагсааж, дараа нь катион бүрийг эхэндээ хамт байгаагүй анион бүртэй хослуул. Хэрэв шинэ хослолуудын аль нэг нь уусдаггүй ангилалд орвол тэр нэгдэл тунадасжина. Калийн нитрат ба натрийн хлоридын уусмалыг холих шиг бүх боломжит хослол уусдаг бол ионууд зүгээр л хамт оршино, цэвэр урвал байхгүй.

• 1-р бүлгийн катионууд (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) болон NH₄⁺-ийн нэгдлүүд уусдаг.
• Нитрат, ацетат, устөрөгчийн карбонат, хлоратууд уусдаг.
• Хлорид, бромид, иодидууд Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺-ийнхээс бусад нь уусдаг.
• Фторидууд Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺, Fe³⁺-ийнхээс бусад нь уусдаг.
• Сульфатууд Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺, Sr²⁺-ийнхээс бусад нь уусдаг.
• Карбонат, хромат, фосфат, сульфидууд 1-р бүлгийн катионууд ба NH₄⁺-тэй байхаас бусад тохиолдолд уусдаггүй.
• Гидроксидууд 1-р бүлгийн катионууд ба Ba²⁺-тэй байхаас бусад тохиолдолд уусдаггүй; Ca(OH)₂ ба Sr(OH)₂ бага зэрэг уусдаг.

Цэвэр ионы тэгшитгэлийг алхам алхмаар бүтээх

Алхам бүрт шалтгаан бий. Молекул тэгшитгэлийг эхлээд тэнцүүлэх нь атомын тоог баталгаажуулна. Хүчтэй электролитуудыг задлах нь стакан дотор үнэхээр юу байгааг харуулна. Үзэгч ионуудыг хасах нь хоёр талд өөрчлөгдөөгүй гарч өөрчлөлтөд оролцдоггүй төрлүүдийг арилгана.

Цэнэгийн шалгалт нь атомын тооллогоор алдагдах алдааг барьдаг. Цэвэр ионы тэгшитгэл тэг биш нийт цэнэгтэй байж болох ч атомууд шиг цэнэг хадгалагддаг тул тэр цэнэг хоёр талд ижил байх ёстой.

• Томьёо бүрт төлөвийн тэмдэгтэй тэнцүүлсэн молекул тэгшитгэлийг бич.
• (aq) гэсэн хүчтэй электролит бүрийг индекс ба коэффициент хоёроор үржүүлж, тусдаа ион болгон дахин бич.
• Хоёр талд өөрчлөгдөөгүй гарч байгаа ионуудыг зур. Эдгээр нь үзэгч ионууд.
• Үлдсэн коэффициентүүдийг хамгийн бага бүхэл тоо хүртэл хураа.
• Элемент бүр болон нийт цэнэг тэнцэж байгааг шалга.

Бодит жишээ: мөнгөний хромат тунадасжуулах

Та 0.0850 mol/L калийн хроматын 18.0 mL-ийг илүүдэл усан мөнгөний нитраттай холино. Шинэ хослолууд нь Ag⁺ ба CrO₄²⁻, K⁺ ба NO₃⁻. Мөнгө 1-р бүлгийн катион биш тул улаан-хүрэн мөнгөний хромат тунадасжина; калийн нитрат уусан үлдэнэ. Молекул тэгшитгэл: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). Бүрэн ионы тэгшитгэл: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). K⁺ ба NO₃⁻-ыг хасвал цэвэр ионы тэгшитгэл 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) гарна. Цэнэгийн шалгалт: зүүн талд 2(+1) + (−2) = 0, баруун талд 0.

Тунадасны массыг олохын тулд аравтын хоёр оронд бөөрөнхийлсөн IUPAC-ийн стандарт атомын жинг ашигла: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Ag₂CrO₄-ийн молийн масс 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol. Хроматын моль = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, мөн цэвэр ионы тэгшитгэл 1 mol CrO₄²⁻ тутамд 1 mol Ag₂CrO₄ өгнө. Масс = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. Хэмжсэн хоёр хэмжигдэхүүн хоёулаа ач холбогдолтой гурван цифртэй тул хариулт ч мөн адил.

Бодит жишээнүүд: сул хүчил ба уусмал дахь металл

Усан уусмал дахь цууны хүчил усан натрийн гидроксидтэй урвалд орно: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). Цууны хүчил сул тул молекул хэвээр үлдэх бол NaOH ба натрийн ацетат хүчтэй электролитууд. Na⁺-ыг хассаны дараа цэвэр ионы тэгшитгэл CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l). Азотын хүчлийг калийн гидроксидтэй харьцуул, хоёр урвалж хоёулаа хүчтэй бөгөөд цэвэр ионы тэгшитгэл H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) хүртэл багасна.

Мөнгөний нитратын уусмалд хийсэн никелийн зурвас мөнгөний талстаар бүрхэгдэнэ. Никель 0-ээс +2, мөнгө +1-ээс 0 болдог тул энэ нь исэлдэн-ангижрал; нитрат үзэгч. Цэвэр ионы тэгшитгэл Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s). 2 гэсэн коэффициентийг атом биш цэнэг шаардаж байна: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) нь элемент бүрийг тэнцүүлдэг боловч нийт цэнэг зүүн талд +1, баруун талд +2 байна.

Ионы тэгшитгэлийн түгээмэл алдаа ба тэдгээрийг хэрхэн барих

Ихэнх алдаа арифметикээс биш буруу төрөл бичихээс үүснэ. Юуг ч хасахаасаа өмнө томьёо бүр усанд үнэхээр тусдаа ион хэлбэрээр оршиж байгаа эсэхийг асуу.

Сүүлчийн шалгалт болгон цэвэр ионы тэгшитгэлийг бодит үйл явдал мэт унш. Хоёр мөнгөний ион ба нэг хроматын ион хатуу бодис үүсгэх нь харж болох зүйл; зөвхөн уусан ионуудыг түншүүдийн хооронд сольдог тэгшитгэл юу ч дүрсэлдэггүй.

• Сул хүчлийг задлах: HF(aq) молекул хэвээр үлдэнэ. Аливаа хүчлийг зургаан хүчтэй хүчилтэй харьцуул.
• Тунадсыг задлах: (s) гэж тэмдэглэсэн томьёо хатуу бодис нь ион боловч бүтнээрээ үлдэнэ.
• Олон атомт ионыг задлах: NO₃⁻, SO₄²⁻, CrO₄²⁻-ыг бүрэн байлга.
• Индексийг буруу байрлуулах: K₂CrO₄ нь 2K⁺ өгнө; K₂⁺ гэсэн ион байхгүй.
• Мөнгөн ус(I)-ийг Hg⁺ гэж үзэх: энэ нь хоёр атомт Hg₂²⁺ катион хэлбэрээр оршино.
• Коэффициентийг хураалгүй орхих, жишээлбэл 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• Бүх хослол уусдаг, ус, сул электролит, хий үүсэхгүй, юу ч исэлдэж ангижрахгүй үед цэвэр ионы тэгшитгэл бичих. Зөв хариулт нь урвал байхгүй.