Reaksiya turlari, eruvchanlik qoidalari va qisqartirilgan ionli tenglamalar

Suvli reaksiyalarning uchta harakatlantiruvchi kuchi

Ikki eritma aralashtirilganda, reaksiya faqat biror narsa ionlarni eritmadan chiqarsa yoki elektronlarni ko'chirsa sodir bo'ladi. Uchta savol bering. Bir eritmadagi kation va ikkinchisidagi anion past eruvchanlikka ega birikma hosil qiladimi? Kislota asosga proton beradimi va suv yoki boshqa kuchsiz elektrolit hosil bo'ladimi? Biror atomning oksidlanish darajasi o'zgaradimi, ya'ni elektronlar bir zarrachadan boshqasiga o'tadimi?

Birinchi savolga «ha» cho'kma hosil bo'lish reaksiyasini, ikkinchisiga «ha» kislota–asos reaksiyasini, uchinchisiga «ha» oksidlanish-qaytarilish reaksiyasini bildiradi. HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) kabi gaz hosil qiluvchi reaksiyalar odatda kislota–asos reaksiyalariga kiritiladi, chunki birinchi bosqich proton o'tishidir. Yonish va bir metallning boshqasi bilan siqib chiqarilishi oksidlanish-qaytarilish reaksiyalaridir.

Oilalar bir-birini istisno qilmaydi. Suvli bariy gidroksid sulfat kislotani neytrallaganda, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), bir reaksiyada ham suv hosil bo'ladi, ham erimaydigan sulfat cho'kadi.

Qaysi zarrachalarni ion sifatida yozishni aniqlash

Qisqartirilgan ionli tenglama suvda qaysi moddalar ajralgan ionlar sifatida mavjudligini bilishga bog'liq. Kuchli elektrolitlar deyarli to'liq dissotsiatsiyalanadi: eruvchan ionli birikmalar, kuchli kislotalar va kuchli asoslar. Ular (aq) deb belgilangan bo'lsa, ionlar sifatida yozing. Qolgan hamma narsa o'z formulasini saqlaydi: qattiq moddalar, suyuqliklar, gazlar, kuchsiz kislotalar, kuchsiz asoslar va glyukoza kabi molekulyar erigan moddalar.

Keng tarqalgan kuchli kislotalar — HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ va H₂SO₄ (birinchi protoni uchun). Umumiy kimyoda uchraydigan deyarli barcha boshqa kislotalarni, jumladan HF, sirka kislota (CH₃COOH) va karbonat kislotani kuchsiz deb hisoblang va molekula sifatida saqlang. Kuchli asoslar — 1-guruh gidroksidlari va og'irroq 2-guruh gidroksidlari. Ammiak kuchsiz asos bo'lib, NH₃(aq) sifatida qoladi.

Birikma dissotsiatsiyalanganda ko'p atomli ionlar butun qoladi. Suvli kaliy xromat 2K⁺(aq) va CrO₄²⁻(aq) beradi, alohida kaliy, xrom va kislorod ionlarini emas.

Eruvchanlik qoidalarini qo'llash

Eruvchanlik qoidalari ionli birikmalarning xona haroratiga yaqin suvdagi kuzatilgan qonuniyatlarini umumlashtiradi. Eruvchan — foydali miqdor eriydi degani; erimaydigan — eruvchanlik shu qadar past, oddiy laboratoriya konsentratsiyalarida ionlar uchrashganda qattiq modda hosil bo'ladi degani. Hech bir ionli birikmaning eruvchanligi aynan nolga teng emas. Quyidagi ro'yxat OpenStax Chemistry 2e ning 4.2 bo'limidagi 4.1-jadvalga asoslangan.

Cho'kmani bashorat qilish uchun aralashtirgandan keyin mavjud bo'lgan barcha ionlarni sanab chiqing, so'ng har bir kationni u boshlanishda birga bo'lmagan har bir anion bilan juftlang. Agar biror yangi juftlik erimaydigan toifaga tushsa, o'sha birikma cho'kadi. Agar barcha mumkin bo'lgan juftliklar eruvchan bo'lsa, masalan kaliy nitrat va natriy xlorid eritmalari aralashtirilganda, ionlar shunchaki birga mavjud bo'ladi va sof reaksiya bo'lmaydi.

• 1-guruh kationlari (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) va NH₄⁺ ning birikmalari eruvchan.
• Nitratlar, asetatlar, gidrokarbonatlar va xloratlar eruvchan.
• Xloridlar, bromidlar va yodidlar Ag⁺, Hg₂²⁺ va Pb²⁺ nikidan tashqari eruvchan.
• Ftoridlar Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ va Fe³⁺ nikidan tashqari eruvchan.
• Sulfatlar Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ va Sr²⁺ nikidan tashqari eruvchan.
• Karbonatlar, xromatlar, fosfatlar va sulfidlar 1-guruh kationlari va NH₄⁺ bilan bo'lganidan tashqari erimaydi.
• Gidroksidlar 1-guruh kationlari va Ba²⁺ bilan bo'lganidan tashqari erimaydi; Ca(OH)₂ va Sr(OH)₂ ozgina eriydi.

Qisqartirilgan ionli tenglamani bosqichma-bosqich tuzish

Har bir bosqichning sababi bor. Avval molekulyar tenglamani tenglashtirish atomlar sonini kafolatlaydi. Kuchli elektrolitlarni ajratish stakanda haqiqatan nima borligini ko'rsatadi. Tomoshabin ionlarni qisqartirish ikkala tomonda o'zgarmagan holda uchraydigan va o'zgarishda ishtirok etmaydigan zarrachalarni olib tashlaydi.

Zaryadni tekshirish atomlarni sanash o'tkazib yuboradigan xatolarni aniqlaydi. Qisqartirilgan ionli tenglama noldan farqli umumiy zaryadga ega bo'lishi mumkin, lekin bu zaryad ikkala tomonda bir xil bo'lishi kerak, chunki zaryad ham atomlar kabi saqlanadi.

• Har bir formulaga holat belgisi qo'yilgan tenglashtirilgan molekulyar tenglamani yozing.
• Har bir (aq) kuchli elektrolitni indeksga ham, koeffitsiyentga ham ko'paytirib, alohida ionlar sifatida qayta yozing.
• Ikkala tomonda o'zgarmagan holda uchraydigan ionlarni o'chiring. Bular tomoshabin ionlardir.
• Qolgan koeffitsiyentlarni eng kichik butun sonlargacha qisqartiring.
• Har bir element va umumiy zaryad tenglashganini tekshiring.

Yechilgan misol: kumush xromatni cho'ktirish

18.0 mL 0.0850 mol/L kaliy xromatni ortiqcha suvli kumush nitrat bilan aralashtirasiz. Yangi juftliklar Ag⁺ bilan CrO₄²⁻ va K⁺ bilan NO₃⁻. Kumush 1-guruh kationi emas, shuning uchun qizil-jigarrang kumush xromat cho'kadi; kaliy nitrat erigan holda qoladi. Molekulyar tenglama: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq). To'liq ionli tenglama: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq). K⁺ va NO₃⁻ ni qisqartirish qisqartirilgan ionli tenglamani beradi: 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s). Zaryadni tekshirish: chapda 2(+1) + (−2) = 0, o'ngda ham 0.

Cho'kma massasini topish uchun IUPAC standart atom og'irliklarini ikki o'nli xonagacha yaxlitlab foydalaning: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00. Ag₂CrO₄ ning molyar massasi 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol. Xromat moli = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, va qisqartirilgan ionli tenglama har 1 mol CrO₄²⁻ ga 1 mol Ag₂CrO₄ beradi. Massa = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g. Ikkala o'lchangan miqdorda uchta muhim raqam bor, demak javobda ham shuncha.

Yechilgan misollar: kuchsiz kislota va eritmadagi metall

Suvli sirka kislota suvli natriy gidroksid bilan reaksiyaga kirishadi: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l). Sirka kislota kuchsiz, shuning uchun u molekulyar holda qoladi, NaOH va natriy asetat esa kuchli elektrolitlar. Na⁺ qisqargandan so'ng qisqartirilgan ionli tenglama: CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l). Nitrat kislota kaliy gidroksid bilan solishtiring: ikkala reagent ham kuchli va qisqartirilgan ionli tenglama H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) gacha qisqaradi.

Kumush nitrat eritmasiga solingan nikel parchasi kumush kristallari bilan qoplanadi. Nikel 0 dan +2 ga, kumush +1 dan 0 ga o'tadi, shuning uchun bu oksidlanish-qaytarilish; nitrat tomoshabin. Qisqartirilgan ionli tenglama: Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s). 2 koeffitsiyenti atomlar bilan emas, zaryad bilan talab qilinadi: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) har bir elementni tenglashtiradi, lekin umumiy zaryad chapda +1, o'ngda +2.

Ionli tenglamalardagi keng tarqalgan xatolar va ularni qanday aniqlash

Xatolarning ko'pi noto'g'ri zarrachani yozishdan kelib chiqadi, arifmetikadan emas. Biror narsani qisqartirishdan oldin har bir formula suvda haqiqatan alohida ionlar sifatida mavjudmi, deb so'rang.

Oxirgi tekshiruv sifatida qisqartirilgan ionli tenglamani jismoniy hodisa sifatida o'qing. Ikkita kumush ioni va bitta xromat ionining qattiq modda hosil qilishini kuzatish mumkin; erigan ionlarni faqat sheriklar o'rtasida almashtiradigan tenglama hech narsani tasvirlamaydi.

• Kuchsiz kislotani ajratish: HF(aq) molekulyar qoladi. Har qanday kislotani oltita kuchli kislota bilan solishtiring.
• Cho'kmani ajratish: (s) deb belgilangan formula butun qoladi, garchi qattiq modda ionli bo'lsa ham.
• Ko'p atomli ionni parchalash: NO₃⁻, SO₄²⁻ va CrO₄²⁻ ni butun saqlang.
• Indekslarni noto'g'ri qo'yish: K₂CrO₄ 2K⁺ beradi; K₂⁺ ioni yo'q.
• Simob(I) ni Hg⁺ deb hisoblash: u ikki atomli Hg₂²⁺ kationi sifatida mavjud.
• Koeffitsiyentlarni qisqartirmay qoldirish, masalan 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄.
• Barcha juftliklar eruvchan bo'lib, suv, kuchsiz elektrolit yoki gaz hosil bo'lmaganda va hech narsa oksidlanmaganda yoki qaytarilmaganda qisqartirilgan ionli tenglama yozish. To'g'ri javob — reaksiya yo'q.