Типови реакција, смернице о растворљивости и нето јонске једначине

Три покретачке силе водених реакција

Када се два раствора помешају, реакција се одвија само ако нешто уклања јоне из раствора или премешта електроне. Поставите три питања. Да ли катјон из једног раствора и анјон из другог граде једињење мале растворљивости? Да ли киселина преноси протон на базу, градећи воду или други слаб електролит? Да ли неки атоми мењају оксидациони број, тако да електрони прелазе са једне врсте на другу?

Потврдан одговор на прво питање значи реакцију таложења, на друго киселинско-базну реакцију, а на треће редокс реакцију. Реакције са издвајањем гаса, као што је HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g), обично се сврставају у киселинско-базне јер је први корак пренос протона. Сагоревање и истискивање једног метала другим су редокс реакције.

Породице се не искључују. Када водени баријум-хидроксид неутралише сумпорну киселину, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), у истој реакцији настаје вода и таложи се нерастворљив сулфат.

Одлучивање које врсте писати као јоне

Нето јонска једначина зависи од тога да ли знамо које супстанце постоје као раздвојени јони у води. Јаки електролити дисоцирају у суштини потпуно: растворљива јонска једињења, јаке киселине и јаке базе. Пишите их као јоне када су означена са (aq). Све остало задржава своју формулу: чврсте супстанце, течности, гасови, слабе киселине, слабе базе и молекулске растворене супстанце као што је глукоза.

Уобичајене јаке киселине су HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ и H₂SO₄ (за њен први протон). Скоро сваку другу киселину на коју наиђете у општој хемији, укључујући HF, сирћетну киселину (CH₃COOH) и угљену киселину, третирајте као слабу и оставите као молекул. Јаке базе су хидроксиди 1. групе и тежи хидроксиди 2. групе. Амонијак је слаба база и остаје као NH₃(aq).

Вишеатомски јони остају нетакнути када једињење дисоцира. Водени калијум-хромат даје 2K⁺(aq) и CrO₄²⁻(aq), а не засебне јоне калијума, хрома и кисеоника.

Примена смерница о растворљивости

Смернице о растворљивости сажимају уочене обрасце за јонска једињења у води близу собне температуре. Растворљиво значи да се раствара употребљива количина; нерастворљиво значи да је растворљивост довољно мала да настаје чврста супстанца када се јони сретну при уобичајеним лабораторијским концентрацијама. Ниједно јонско једињење нема растворљивост тачно једнаку нули. Списак у наставку заснован је на Табели 4.1 у OpenStax Chemistry 2e, одељак 4.2.

Да бисте предвидели талог, наведите све јоне присутне после мешања, па упарите сваки катјон са сваким анјоном са којим није започео. Ако се неко ново упаривање налази у нерастворљивој категорији, то једињење се таложи. Ако је свако могуће упаривање растворљиво, као када се помешају раствори калијум-нитрата и натријум-хлорида, јони једноставно коегзистирају и нема нето реакције.

• Једињења катјона 1. групе (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) и NH₄⁺ су растворљива.
• Нитрати, ацетати, хидрогенкарбонати и хлорати су растворљиви.
• Хлориди, бромиди и јодиди су растворљиви осим оних са Ag⁺, Hg₂²⁺ и Pb²⁺.
• Флуориди су растворљиви осим оних са Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ и Fe³⁺.
• Сулфати су растворљиви осим оних са Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ и Sr²⁺.
• Карбонати, хромати, фосфати и сулфиди су нерастворљиви осим са катјонима 1. групе и NH₄⁺.
• Хидроксиди су нерастворљиви осим са катјонима 1. групе и Ba²⁺; Ca(OH)₂ и Sr(OH)₂ су слабо растворљиви.

Састављање нето јонске једначине корак по корак

Сваки корак има разлог. Уравнотежавање молекулске једначине прво гарантује бројеве атома. Раздвајање јаких електролита показује шта је заиста присутно у чаши. Скраћивање јона посматрача уклања врсте које се непромењене појављују на обе стране и не учествују у промени.

Провера наелектрисања хвата грешке које бројање атома пропушта. Нето јонска једначина може имати укупно наелектрисање различито од нуле, али то наелектрисање мора бити исто на обе стране, јер се наелектрисање одржава као и атоми.

• Напишите уравнотежену молекулску једначину са ознаком стања уз сваку формулу.
• Препишите сваки (aq) јаки електролит као засебне јоне, множећи и индексом и коефицијентом.
• Прецртајте јоне који се појављују непромењени на обе стране. То су јони посматрачи.
• Сведите преостале коефицијенте на најмање целе бројеве.
• Проверите да ли су сваки елемент и укупно наелектрисање уравнотежени.

Решени пример: таложење сребро-хромата

Мешате 18.0 mL калијум-хромата од 0.0850 mol/L са вишком воденог сребро-нитрата. Нова упаривања су Ag⁺ са CrO₄²⁻ и K⁺ са NO₃⁻. Сребро није катјон 1. групе, па се таложи црвенкастосмеђи сребро-хромат; калијум-нитрат остаје растворен. Молекулска једначина: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). Потпуна јонска једначина: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). Скраћивањем K⁺ и NO₃⁻ добија се нето јонска једначина 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s). Провера наелектрисања: 2(+1) + (−2) = 0 на левој страни, и 0 на десној.

Да бисте нашли масу талога, користите IUPAC стандардне атомске тежине заокружене на две децимале: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Моларна маса Ag₂CrO₄ је 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol. Молови хромата = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, а нето јонска једначина даје 1 mol Ag₂CrO₄ на 1 mol CrO₄²⁻. Маса = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. Обе измерене величине имају три значајне цифре, па их има и одговор.

Решени примери: слаба киселина и метал у раствору

Водена сирћетна киселина реагује са воденим натријум-хидроксидом: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). Сирћетна киселина је слаба, па остаје молекулска, док су NaOH и натријум-ацетат јаки електролити. Након скраћивања Na⁺, нето јонска једначина је CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l). Упоредите азотну киселину са калијум-хидроксидом, где су оба реактанта јака и нето јонска једначина се своди на H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l).

Трака никла стављена у раствор сребро-нитрата прекрива се кристалима сребра. Никл прелази са 0 на +2, а сребро са +1 на 0, па је ово редокс; нитрат је посматрач. Нето јонска једначина је Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s). Коефицијент 2 захтева наелектрисање, а не атоми: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) уравнотежује сваки елемент, али има укупно наелектрисање +1 на левој и +2 на десној страни.

Уобичајене грешке у јонским једначинама и како их уочити

Већина грешака долази од писања погрешне врсте, а не од рачуна. Пре него што нешто скратите, запитајте се да ли свака формула заиста постоји као раздвојени јони у води.

Као последњу проверу, прочитајте нето јонску једначину као физички догађај. Два јона сребра и један јон хромата који граде чврсту супстанцу је нешто што бисте могли да посматрате; једначина која само мења растворене јоне међу партнерима не описује ништа.

• Раздвајање слабе киселине: HF(aq) остаје молекулска. Упоредите сваку киселину са шест јаких киселина.
• Раздвајање талога: формула означена са (s) остаје цела иако је чврста супстанца јонска.
• Растављање вишеатомског јона: задржите NO₃⁻, SO₄²⁻ и CrO₄²⁻ нетакнуте.
• Погрешно постављање индекса: K₂CrO₄ даје 2K⁺; не постоји јон K₂⁺.
• Третирање живе(I) као Hg⁺: она постоји као двоатомни катјон Hg₂²⁺.
• Остављање несведених коефицијената, као у 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• Писање нето јонске једначине када је свако упаривање растворљиво и не настаје вода, слаб електролит или гас, и ништа се не оксидује нити редукује. Тачан одговор је да нема реакције.