Aina za Athari, Miongozo ya Umumunyifu na Milinganyo ya Ioni Halisi

Nguvu tatu zinazoendesha athari za maji

Miyeyusho miwili inapochanganywa, athari hutokea tu kama kitu kinaondoa ioni kutoka kwenye myeyusho au kinahamisha elektroni. Uliza maswali matatu. Je, kationi kutoka myeyusho mmoja na anioni kutoka mwingine huunda mchanganyiko wenye umumunyifu mdogo? Je, asidi huhamisha protoni kwa besi, ikiunda maji au elektrolaiti nyingine dhaifu? Je, atomi zozote hubadilisha namba ya oksidishaji, ili elektroni zipite kutoka spishi moja hadi nyingine?

Ndiyo kwa swali la kwanza inamaanisha athari ya uchopekaji, ndiyo kwa la pili athari ya asidi–besi, na ndiyo kwa la tatu athari ya redoksi. Athari zinazotoa gesi kama HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) kwa kawaida huainishwa chini ya asidi–besi kwa sababu hatua ya kwanza ni uhamishaji wa protoni. Mwako na uhamishaji wa metali moja na nyingine ni athari za redoksi.

Familia hizi hazitengani kabisa. Hidroksidi ya bariamu ya maji inapotuliza asidi ya salfuriki, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), maji huundwa na salfeti isiyoyeyuka huchopeka katika athari ile ile.

Kuamua ni spishi zipi za kuandika kama ioni

Mlinganyo wa ioni halisi unategemea kujua ni dutu zipi zipo kama ioni zilizotengana majini. Elektrolaiti kali hutengana karibu kabisa: misombo ya ioni inayoyeyuka, asidi kali, na besi kali. Ziandike kama ioni zinapowekewa lebo (aq). Kila kitu kingine kinabaki na fomula yake: vigumu, vimiminika, gesi, asidi dhaifu, besi dhaifu, na viyeyushwa vya molekuli kama glukosi.

Asidi kali za kawaida ni HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄, na H₂SO₄ (kwa protoni yake ya kwanza). Chukulia karibu kila asidi nyingine utakayokutana nayo katika kemia ya jumla, ikiwemo HF, asidi ya asetiki (CH₃COOH), na asidi ya kaboniki, kuwa dhaifu, na iweke kama molekuli. Besi kali ni hidroksidi za kundi la 1 na hidroksidi nzito za kundi la 2. Amonia ni besi dhaifu na inabaki kama NH₃(aq).

Ioni za poliatomu hubaki kamili mchanganyiko unapotengana. Kromati ya potasiamu ya maji hutoa 2K⁺(aq) na CrO₄²⁻(aq), si ioni tofauti za potasiamu, kromiamu na oksijeni.

Kutumia miongozo ya umumunyifu

Miongozo ya umumunyifu inafupisha mifumo iliyoonekana kwa misombo ya ioni majini karibu na joto la chumba. Kuyeyuka kunamaanisha kiasi chenye manufaa kinayeyuka; kutoyeyuka kunamaanisha umumunyifu ni mdogo vya kutosha kwamba kigumu kinaundwa ioni zinapokutana katika viwango vya kawaida vya maabara. Hakuna mchanganyiko wa ioni wenye umumunyifu wa hasa sifuri. Orodha iliyo hapa chini inatokana na Jedwali 4.1 katika OpenStax Chemistry 2e, sehemu ya 4.2.

Kutabiri mchanga, orodhesha kila ioni iliyopo baada ya kuchanganya, kisha oanisha kila kationi na kila anioni ambayo haikuanza nayo. Kama uoanishaji wowote mpya unaangukia katika kundi lisiloyeyuka, mchanganyiko huo huchopeka. Kama kila uoanishaji unaowezekana unayeyuka, kama miyeyusho ya nitreti ya potasiamu na kloridi ya sodiamu inapochanganywa, ioni zinaishi pamoja tu na hakuna athari halisi.

• Misombo ya kationi za kundi la 1 (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) na ya NH₄⁺ inayeyuka.
• Nitreti, asetati, haidrojeni kabonati na klorati zinayeyuka.
• Kloridi, bromidi na iodidi zinayeyuka isipokuwa za Ag⁺, Hg₂²⁺ na Pb²⁺.
• Floridi zinayeyuka isipokuwa za Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ na Fe³⁺.
• Salfeti zinayeyuka isipokuwa za Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ na Sr²⁺.
• Kabonati, kromati, fosfeti na salfaidi haziyeyuki isipokuwa na kationi za kundi la 1 na NH₄⁺.
• Hidroksidi haziyeyuki isipokuwa na kationi za kundi la 1 na Ba²⁺; Ca(OH)₂ na Sr(OH)₂ huyeyuka kidogo.

Kujenga mlinganyo wa ioni halisi hatua kwa hatua

Kila hatua ina sababu. Kusawazisha mlinganyo wa molekuli kwanza kunahakikisha hesabu za atomi. Kutenganisha elektrolaiti kali kunaonyesha kilichopo kweli kwenye kikombe. Kufuta ioni watazamaji kunaondoa spishi zinazoonekana bila kubadilika pande zote mbili na hazishiriki katika badiliko.

Ukaguzi wa chaji hugundua makosa ambayo hesabu ya atomi inakosa. Mlinganyo wa ioni halisi unaweza kuwa na chaji jumla isiyo sifuri, lakini chaji hiyo lazima iwe sawa pande zote mbili, kwa sababu chaji inahifadhiwa kama atomi zinavyohifadhiwa.

• Andika mlinganyo wa molekuli uliosawazishwa pamoja na alama ya hali kwenye kila fomula.
• Andika upya kila elektrolaiti kali ya (aq) kama ioni tofauti, ukizidisha kwa namba ya chini na kigawo vyote viwili.
• Futa ioni zinazoonekana bila kubadilika pande zote mbili. Hizi ni ioni watazamaji.
• Punguza vigawo vilivyobaki hadi namba nzima ndogo zaidi.
• Hakikisha kila elementi na chaji jumla vimesawazishwa.

Mfano uliotatuliwa: kuchopeka kromati ya fedha

Unachanganya mL 18.0 za kromati ya potasiamu ya 0.0850 mol/L na nitreti ya fedha ya maji ya ziada. Uoanishaji mpya ni Ag⁺ na CrO₄²⁻ na K⁺ na NO₃⁻. Fedha si kationi ya kundi la 1, kwa hivyo kromati ya fedha ya rangi nyekundu-kahawia huchopeka; nitreti ya potasiamu hubaki imeyeyuka. Mlinganyo wa molekuli: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). Mlinganyo kamili wa ioni: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). Kufuta K⁺ na NO₃⁻ kunatoa mlinganyo wa ioni halisi 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s). Ukaguzi wa chaji: 2(+1) + (−2) = 0 upande wa kushoto, na 0 upande wa kulia.

Kupata uzito wa mchanga, tumia uzito wa kawaida wa atomi wa IUPAC uliozungushwa hadi nafasi mbili za desimali: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Uzito wa molari wa Ag₂CrO₄ ni 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol. Mole za kromati = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, na mlinganyo wa ioni halisi unatoa mol 1 ya Ag₂CrO₄ kwa kila mol 1 ya CrO₄²⁻. Uzito = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. Viasi vyote viwili vilivyopimwa vina tarakimu tatu muhimu, kwa hivyo jibu pia.

Mifano iliyotatuliwa: asidi dhaifu na metali katika myeyusho

Asidi ya asetiki ya maji huitikia na hidroksidi ya sodiamu ya maji: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). Asidi ya asetiki ni dhaifu, kwa hivyo inabaki ya molekuli, wakati NaOH na asetati ya sodiamu ni elektrolaiti kali. Baada ya Na⁺ kufutwa, mlinganyo wa ioni halisi ni CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l). Linganisha asidi ya nitriki na hidroksidi ya potasiamu, ambapo viitikio vyote ni vikali na mlinganyo wa ioni halisi unapungua hadi H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l).

Kipande cha nikeli kilichowekwa katika myeyusho wa nitreti ya fedha hufunikwa na kristali za fedha. Nikeli inatoka 0 hadi +2 na fedha kutoka +1 hadi 0, kwa hivyo hii ni redoksi; nitreti ni mtazamaji. Mlinganyo wa ioni halisi ni Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s). Kigawo cha 2 kinahitajika na chaji, si na atomi: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) husawazisha kila elementi lakini una chaji jumla ya +1 upande wa kushoto na +2 upande wa kulia.

Makosa ya kawaida katika milinganyo ya ioni na jinsi ya kuyagundua

Makosa mengi hutokana na kuandika spishi isiyo sahihi, si hesabu. Kabla ya kufuta chochote, uliza kama kila fomula kweli ipo kama ioni tofauti majini.

Kama ukaguzi wa mwisho, soma mlinganyo wa ioni halisi kama tukio la kimwili. Ioni mbili za fedha na ioni moja ya kromati zinazounda kigumu ni kitu ambacho ungeweza kukitazama; mlinganyo unaobadilishana tu ioni zilizoyeyuka kati ya washirika haueleze chochote.

• Kutenganisha asidi dhaifu: HF(aq) inabaki ya molekuli. Linganisha asidi yoyote na asidi sita kali.
• Kutenganisha mchanga: fomula iliyowekewa lebo (s) inabaki nzima ingawa kigumu ni cha ioni.
• Kuvunja ioni ya poliatomu: weka NO₃⁻, SO₄²⁻ na CrO₄²⁻ kamili.
• Kuweka namba za chini vibaya: K₂CrO₄ inatoa 2K⁺; hakuna ioni ya K₂⁺.
• Kuchukulia zebaki(I) kama Hg⁺: ipo kama kationi ya atomi mbili Hg₂²⁺.
• Kuacha vigawo bila kupunguzwa, kama 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• Kuandika mlinganyo wa ioni halisi wakati kila uoanishaji unayeyuka na hakuna maji, elektrolaiti dhaifu wala gesi inayoundwa, na hakuna kinachooksidishwa wala kupunguzwa. Jibu sahihi ni hakuna athari.