చర్యల రకాలు, ద్రావణీయత మార్గదర్శకాలు, నికర అయానిక సమీకరణాలు

జలీయ చర్యల వెనుక మూడు చోదక శక్తులు

రెండు ద్రావణాలను కలిపినప్పుడు, ఏదైనా అయాన్‌లను ద్రావణం నుండి తొలగిస్తేనే లేదా ఎలక్ట్రాన్‌లను కదిలిస్తేనే చర్య జరుగుతుంది. మూడు ప్రశ్నలు అడగండి. ఒక ద్రావణంలోని కాటయాన్, మరో ద్రావణంలోని ఆనయాన్ తక్కువ ద్రావణీయత గల సమ్మేళనాన్ని ఏర్పరుస్తాయా? ఒక ఆమ్లం క్షారానికి ప్రోటాన్‌ను బదిలీ చేసి, నీటిని లేదా మరో బలహీన విద్యుద్విశ్లేష్యాన్ని ఏర్పరుస్తుందా? ఏవైనా పరమాణువుల ఆక్సీకరణ సంఖ్య మారుతుందా, తద్వారా ఎలక్ట్రాన్‌లు ఒక జాతి నుండి మరొక దానికి వెళ్తాయా?

మొదటి ప్రశ్నకు అవును అంటే అవక్షేపణ చర్య, రెండోదానికి అవును అంటే ఆమ్ల–క్షార చర్య, మూడోదానికి అవును అంటే రెడాక్స్ చర్య. HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) వంటి వాయువును ఏర్పరిచే చర్యలను సాధారణంగా ఆమ్ల–క్షార కింద చేరుస్తారు, ఎందుకంటే మొదటి దశ ప్రోటాన్ బదిలీ. దహనం, ఒక లోహాన్ని మరొక లోహం స్థానభ్రంశం చేయడం రెడాక్స్ చర్యలు.

కుటుంబాలు పరస్పరం వేరు కావు. జలీయ బేరియం హైడ్రాక్సైడ్ సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లాన్ని తటస్థీకరించినప్పుడు, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), నీరు ఏర్పడుతుంది, అదే చర్యలో కరగని సల్ఫేట్ అవక్షేపిస్తుంది.

ఏ జాతులను అయాన్‌లుగా రాయాలో నిర్ణయించడం

నికర అయానిక సమీకరణం నీటిలో ఏ పదార్థాలు వేరైన అయాన్‌లుగా ఉంటాయో తెలుసుకోవడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. బలమైన విద్యుద్విశ్లేష్యాలు దాదాపు పూర్తిగా విఘటిస్తాయి: కరిగే అయానిక సమ్మేళనాలు, బలమైన ఆమ్లాలు, బలమైన క్షారాలు. అవి (aq) అని లేబుల్ చేయబడినప్పుడు వీటిని అయాన్‌లుగా రాయండి. మిగతా ప్రతిదీ తన సూత్రాన్ని ఉంచుకుంటుంది: ఘనాలు, ద్రవాలు, వాయువులు, బలహీన ఆమ్లాలు, బలహీన క్షారాలు, గ్లూకోజ్ వంటి అణు ద్రావితాలు.

సాధారణ బలమైన ఆమ్లాలు HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄, H₂SO₄ (దాని మొదటి ప్రోటాన్‌కు). HF, ఎసిటిక్ ఆమ్లం (CH₃COOH), కార్బానిక్ ఆమ్లంతో సహా సాధారణ రసాయనశాస్త్రంలో మీకు ఎదురయ్యే దాదాపు ప్రతి ఇతర ఆమ్లాన్ని బలహీనమైనదిగా పరిగణించి, అణువుగానే ఉంచండి. బలమైన క్షారాలు మొదటి గ్రూపు హైడ్రాక్సైడ్‌లు, బరువైన రెండో గ్రూపు హైడ్రాక్సైడ్‌లు. అమోనియా బలహీన క్షారం, NH₃(aq) గానే ఉంటుంది.

సమ్మేళనం విఘటించినప్పుడు బహుపరమాణుక అయాన్‌లు చెక్కుచెదరకుండా ఉంటాయి. జలీయ పొటాషియం క్రోమేట్ 2K⁺(aq), CrO₄²⁻(aq) ఇస్తుంది, వేరైన పొటాషియం, క్రోమియం, ఆక్సిజన్ అయాన్‌లు కాదు.

ద్రావణీయత మార్గదర్శకాలను వర్తింపజేయడం

ద్రావణీయత మార్గదర్శకాలు గది ఉష్ణోగ్రత దగ్గర నీటిలో అయానిక సమ్మేళనాల గమనించిన నమూనాలను సంక్షిప్తంగా చెబుతాయి. కరిగేది అంటే ఉపయోగపడే పరిమాణం కరుగుతుంది; కరగనిది అంటే సాధారణ ప్రయోగశాల గాఢతలలో అయాన్‌లు కలిసినప్పుడు ఘన పదార్థం ఏర్పడేంత తక్కువ ద్రావణీయత. ఏ అయానిక సమ్మేళనానికీ సరిగ్గా సున్నా ద్రావణీయత ఉండదు. కింది జాబితా OpenStax Chemistry 2e, సెక్షన్ 4.2 లోని పట్టిక 4.1 ఆధారంగా ఉంది.

అవక్షేపాన్ని అంచనా వేయడానికి, కలిపిన తర్వాత ఉన్న ప్రతి అయాన్‌ను జాబితా చేసి, ప్రతి కాటయాన్‌ను అది మొదట లేని ప్రతి ఆనయాన్‌తో జత చేయండి. ఏదైనా కొత్త జత కరగని వర్గంలోకి వస్తే, ఆ సమ్మేళనం అవక్షేపిస్తుంది. పొటాషియం నైట్రేట్, సోడియం క్లోరైడ్ ద్రావణాలను కలిపినప్పుడు లాగా, సాధ్యమైన ప్రతి జతా కరిగేదైతే, అయాన్‌లు కేవలం సహజీవనం చేస్తాయి, నికర చర్య ఉండదు.

• మొదటి గ్రూపు కాటయాన్‌ల (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺), NH₄⁺ సమ్మేళనాలు కరుగుతాయి.
• నైట్రేట్‌లు, ఎసిటేట్‌లు, హైడ్రోజన్ కార్బొనేట్‌లు, క్లోరేట్‌లు కరుగుతాయి.
• క్లోరైడ్‌లు, బ్రోమైడ్‌లు, అయోడైడ్‌లు కరుగుతాయి, Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ వాటిని మినహాయించి.
• ఫ్లోరైడ్‌లు కరుగుతాయి, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺, Fe³⁺ వాటిని మినహాయించి.
• సల్ఫేట్‌లు కరుగుతాయి, Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺, Sr²⁺ వాటిని మినహాయించి.
• కార్బొనేట్‌లు, క్రోమేట్‌లు, ఫాస్ఫేట్‌లు, సల్ఫైడ్‌లు కరగవు, మొదటి గ్రూపు కాటయాన్‌లు, NH₄⁺ తో ఉన్నవి మినహా.
• హైడ్రాక్సైడ్‌లు కరగవు, మొదటి గ్రూపు కాటయాన్‌లు, Ba²⁺ తో ఉన్నవి మినహా; Ca(OH)₂, Sr(OH)₂ స్వల్పంగా కరుగుతాయి.

నికర అయానిక సమీకరణాన్ని దశలవారీగా నిర్మించడం

ప్రతి దశకు ఒక కారణం ఉంది. ముందుగా అణు సమీకరణాన్ని సమతుల్యం చేయడం పరమాణువుల సంఖ్యలకు హామీ ఇస్తుంది. బలమైన విద్యుద్విశ్లేష్యాలను విడగొట్టడం బీకర్‌లో నిజంగా ఏమి ఉందో చూపుతుంది. ప్రేక్షక అయాన్‌లను రద్దు చేయడం రెండు వైపులా మారకుండా కనిపించే, మార్పులో పాల్గొనని జాతులను తొలగిస్తుంది.

పరమాణు లెక్క పట్టుకోలేని తప్పులను ఆవేశ తనిఖీ పట్టుకుంటుంది. నికర అయానిక సమీకరణంలో సున్నా కాని మొత్తం ఆవేశం ఉండవచ్చు, కానీ ఆ ఆవేశం రెండు వైపులా ఒకేలా ఉండాలి, ఎందుకంటే ఆవేశం పరమాణువుల లాగే నిత్యత్వంలో ఉంటుంది.

• ప్రతి సూత్రంపై స్థితి సంకేతంతో సమతుల్య అణు సమీకరణాన్ని రాయండి.
• ప్రతి (aq) బలమైన విద్యుద్విశ్లేష్యాన్ని, పాదాంకంతో, గుణకంతో గుణిస్తూ, వేరైన అయాన్‌లుగా తిరిగి రాయండి.
• రెండు వైపులా మారకుండా కనిపించే అయాన్‌లను కొట్టివేయండి. ఇవి ప్రేక్షక అయాన్‌లు.
• మిగిలిన గుణకాలను అతి చిన్న పూర్ణ సంఖ్యలకు తగ్గించండి.
• ప్రతి మూలకం, మొత్తం ఆవేశం సమతుల్యంగా ఉన్నాయో సరిచూడండి.

సాధన ఉదాహరణ: సిల్వర్ క్రోమేట్ అవక్షేపణ

మీరు 0.0850 mol/L పొటాషియం క్రోమేట్ 18.0 mL ను అధిక జలీయ సిల్వర్ నైట్రేట్‌తో కలుపుతారు. కొత్త జతలు Ag⁺ తో CrO₄²⁻, K⁺ తో NO₃⁻. సిల్వర్ మొదటి గ్రూపు కాటయాన్ కాదు, కాబట్టి ఎరుపు-గోధుమ రంగు సిల్వర్ క్రోమేట్ అవక్షేపిస్తుంది; పొటాషియం నైట్రేట్ కరిగే ఉంటుంది. అణు సమీకరణం: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). పూర్తి అయానిక సమీకరణం: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). K⁺, NO₃⁻ లను రద్దు చేస్తే నికర అయానిక సమీకరణం 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) వస్తుంది. ఆవేశ తనిఖీ: ఎడమ వైపు 2(+1) + (−2) = 0, కుడి వైపు 0.

అవక్షేప ద్రవ్యరాశిని కనుగొనడానికి, రెండు దశాంశ స్థానాలకు పూర్తి చేసిన IUPAC ప్రామాణిక పరమాణు భారాలను ఉపయోగించండి: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Ag₂CrO₄ మోలార్ ద్రవ్యరాశి 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol. క్రోమేట్ మోల్‌లు = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, నికర అయానిక సమీకరణం ప్రతి 1 mol CrO₄²⁻ కు 1 mol Ag₂CrO₄ ఇస్తుంది. ద్రవ్యరాశి = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. కొలిచిన రెండు రాశులకూ మూడు సార్థక అంకెలు ఉన్నాయి, కాబట్టి సమాధానానికీ ఉన్నాయి.

సాధన ఉదాహరణలు: బలహీన ఆమ్లం, ద్రావణంలో ఒక లోహం

జలీయ ఎసిటిక్ ఆమ్లం జలీయ సోడియం హైడ్రాక్సైడ్‌తో చర్య జరుపుతుంది: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). ఎసిటిక్ ఆమ్లం బలహీనమైనది, కాబట్టి అణువుగానే ఉంటుంది, NaOH, సోడియం ఎసిటేట్ బలమైన విద్యుద్విశ్లేష్యాలు. Na⁺ రద్దయిన తర్వాత, నికర అయానిక సమీకరణం CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l). నైట్రిక్ ఆమ్లం, పొటాషియం హైడ్రాక్సైడ్‌లతో పోల్చండి; రెండు క్రియాజనకాలూ బలమైనవి కాబట్టి నికర అయానిక సమీకరణం H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) గా కుదించబడుతుంది.

సిల్వర్ నైట్రేట్ ద్రావణంలో ఉంచిన నికెల్ ముక్క సిల్వర్ స్ఫటికాలతో పూతపడుతుంది. నికెల్ 0 నుండి +2 కు, సిల్వర్ +1 నుండి 0 కు వెళ్తాయి, కాబట్టి ఇది రెడాక్స్; నైట్రేట్ ప్రేక్షకం. నికర అయానిక సమీకరణం Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s). గుణకం 2 పరమాణువులకు కాక ఆవేశానికి అవసరం: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) ప్రతి మూలకాన్నీ సమతుల్యం చేస్తుంది కానీ మొత్తం ఆవేశం ఎడమ వైపు +1, కుడి వైపు +2.

అయానిక సమీకరణాలలో సాధారణ తప్పులు, వాటిని పట్టుకునే మార్గాలు

చాలా తప్పులు అంకగణితం వల్ల కాక, తప్పు జాతిని రాయడం వల్ల వస్తాయి. ఏదైనా రద్దు చేసే ముందు, ప్రతి సూత్రం నిజంగా నీటిలో వేరైన అయాన్‌లుగా ఉందా అని అడగండి.

చివరి తనిఖీగా, నికర అయానిక సమీకరణాన్ని భౌతిక సంఘటనగా చదవండి. రెండు సిల్వర్ అయాన్‌లు, ఒక క్రోమేట్ అయాన్ కలిసి ఘన పదార్థంగా ఏర్పడటం మీరు చూడగలిగేది; కరిగిన అయాన్‌లను భాగస్వాముల మధ్య మార్చుకునే సమీకరణం ఏమీ వివరించదు.

• బలహీన ఆమ్లాన్ని విడగొట్టడం: HF(aq) అణువుగానే ఉంటుంది. ఏ ఆమ్లాన్నైనా ఆరు బలమైన ఆమ్లాలతో పోల్చండి.
• అవక్షేపాన్ని విడగొట్టడం: (s) అని లేబుల్ చేసిన సూత్రం ఘన పదార్థం అయానికమైనా పూర్తిగానే ఉంటుంది.
• బహుపరమాణుక అయాన్‌ను విడగొట్టడం: NO₃⁻, SO₄²⁻, CrO₄²⁻ లను చెక్కుచెదరకుండా ఉంచండి.
• పాదాంకాలను తప్పుగా ఉంచడం: K₂CrO₄ 2K⁺ ఇస్తుంది; K₂⁺ అయాన్ లేదు.
• మెర్క్యురీ(I) ను Hg⁺ గా పరిగణించడం: అది ద్విపరమాణుక Hg₂²⁺ కాటయాన్‌గా ఉంటుంది.
• 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄ లాగా గుణకాలను తగ్గించకుండా వదిలేయడం.
• ప్రతి జతా కరిగేదైనప్పుడు, నీరు, బలహీన విద్యుద్విశ్లేష్యం లేదా వాయువు ఏర్పడనప్పుడు, ఏదీ ఆక్సీకరణం లేదా క్షయకరణం చెందనప్పుడు నికర అయానిక సమీకరణాన్ని రాయడం. సరైన సమాధానం చర్య లేదు.