Tlenki i wodorki - To jest chemia 1 (ZP)

1.Podział związków nieorganicznych

Ze względu na skład związki nieorganiczne dzieli się na pięć grup: tlenki (np. $\ce{Na2O}$ - tlenek sodu), wodorki (np. $\ce{NaH}$ - wodorek sodu), wodorotlenki (np. $\ce{NaOH}$), kwasy (np. $\ce{HNO3}$) i sole (np. $\ce{NaCl}$).

2.Wartościowość

Liczba wiązań chemicznych, które tworzy atom pierwiastka chemicznego, łącząc się z innymi atomami w danym związku chemicznym lub jonie. Zapisuje się ją cyframi rzymskimi, np. w $\ce{H2O}$ wodór ma wartościowość I, a tlen - II.

3.Tlenki

Związki chemiczne zbudowane z dwóch pierwiastków: tlenu oraz dowolnego innego pierwiastka chemicznego (innego niż fluor). Związek tlenu z fluorem $\ce{OF2}$ zalicza się do fluorków, bo fluor jest bardziej elektroujemny od tlenu.

4.Wzór ogólny tlenków

$\ce{E2O_{n}}$, gdzie E - symbol pierwiastka chemicznego (innego niż tlen i fluor), n - wartościowość tego pierwiastka. Tlen w tlenkach ma zawsze wartościowość II. Gdy n jest liczbą parzystą, wzór ma postać $\mathrm{EO}_{n/2}$, np. dla n = 4: $\ce{EO2}$.

5.Pierwiastki o jednej wartościowości

Pierwiastki, których atomy we wszystkich związkach chemicznych mają tę samą wartościowość: litowce - I, berylowce - II, bor i glin - III. Inne pierwiastki mogą mieć różne wartościowości, np. siarka w tlenkach - IV lub VI.

6.Nazewnictwo tlenków

Nazwę tworzy się, czytając wzór od końca: pierwsze słowo to „tlenek”, drugie - nazwa pierwiastka w dopełniaczu. Gdy pierwiastek może mieć różne wartościowości, podaje się ją cyfrą rzymską w nawiasie, np. $\ce{NO2}$ - tlenek azotu(IV). Gdy ma tylko jedną, nie podaje się jej, np. $\ce{K2O}$ - tlenek potasu.

7.Jak ustalić wzór sumaryczny tlenku na podstawie jego nazwy?

1) Zapisz symbole w kolejności odwrotnej do nazwy (tlen na końcu). 2) Nad symbolami zapisz wartościowości cyframi rzymskimi. 3) Przepisz je na krzyż jako indeksy (cyframi arabskimi). 4) Skróć indeksy przez największy wspólny dzielnik. 5) Indeksu 1 nie zapisuj. Np. tlenek węgla(IV): $\ce{C2O4}$, a po skróceniu przez 2 - $\ce{CO2}$.

8.Wzory tlenków, których się nie skraca

Niektóre wzory podaje się z rzeczywistą liczbą atomów w cząsteczce, chociaż indeksy mają wspólny dzielnik, np. tlenki fosforu $\ce{P4O6}$ i $\ce{P4O10}$, nadtlenek wodoru $\ce{H2O2}$ oraz tlenek azotu(IV) zapisywany też jako $\ce{N2O4}$.

9.Reakcja syntezy

Reakcja, w której z kilku substratów powstaje jeden produkt. Najprostszy sposób otrzymywania tlenków to synteza, czyli łączenie pierwiastków z tlenem - możliwa tylko dla pierwiastków, które reagują z tlenem bezpośrednio.

10.Otrzymywanie tlenków w reakcji metalu lub niemetalu z tlenem

Metal + tlen → tlenek metalu, np. $\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}$ (powstaje biała substancja stała). Niemetal + tlen → tlenek niemetalu, np. $\ce{C + O2 -> CO2}$ (powstaje bezbarwny i bezwonny gaz). Są to reakcje spalania - egzoenergetyczne, bo wydziela się w nich dużo ciepła i światła.

11.Otrzymywanie tlenku miedzi(II)

Miedź ogrzewana w płomieniu palnika reaguje z tlenem z powietrza: $\ce{2Cu + O2 ->[{T}] 2CuO}$. Ceglastoczerwona powierzchnia metalu pokrywa się czarnym nalotem tlenku miedzi(II). Nie jest to tlenek miedzi(I) $\ce{Cu2O}$, bo ten ma barwę ceglastoczerwoną lub czerwoną.

12.Reakcja metali 1. i 2. grupy z tlenem

Metale 1. i 2. grupy są aktywne chemicznie i reagują z tlenem już w temperaturze pokojowej, bez ogrzewania, np. $\ce{2Ca + O2 -> 2CaO}$. Dlatego wapń i sód przechowuje się w nafcie, która odcina dostęp powietrza.

13.Utlenianie tlenków

Sposób otrzymywania tlenków, w którym tlenek reaguje z tlenem i powstaje inny tlenek: tlenek + tlen → inny tlenek. Np. $\ce{2CO + O2 -> 2CO2}$ (z tlenku węgla(II) powstaje tlenek węgla(IV)) oraz $\ce{P4O6 + 2O2 -> P4O10}$.

14.Sposoby otrzymywania tlenków

Najważniejsze to synteza (metal lub niemetal + tlen → tlenek metalu lub niemetalu) i utlenianie tlenków (tlenek + tlen → inny tlenek). Tlenki powstają też w wyniku rozkładu niektórych soli, kwasów i wodorotlenków oraz w reakcjach wybranych kwasów z solami.

15.Kryteria podziału tlenków

Tlenki dzieli się ze względu na: rodzaj pierwiastka (tlenki metali i niemetali), stan skupienia w temperaturze pokojowej (stałe, np. $\ce{SiO2}$, ciekłe, np. $\ce{H2O}$, gazowe, np. $\ce{CO2}$), charakter chemiczny (zachowanie wobec wody, kwasów i zasad) oraz rodzaj wiązania (tlenki kowalencyjne i jonowe).

16.Tlenki metali - właściwości

Najczęściej substancje stałe o różnorodnych właściwościach. Po stopieniu przewodzą prąd elektryczny. W większości z nich występują wiązania jonowe - są to tlenki jonowe, np. $\ce{K2O}$, $\ce{MgO}$, $\ce{Al2O3}$.

17.Tlenki niemetali - właściwości

W temperaturze pokojowej są substancjami stałymi (np. $\ce{P4O10}$), cieczami (np. $\ce{H2O}$) lub gazami (np. $\ce{CO2}$). Atomy łączą się w nich wiązaniami kowalencyjnymi spolaryzowanymi - są to tlenki kowalencyjne, np. $\ce{SO2}$, $\ce{NO}$, $\ce{Cl2O}$.

18.Działanie wody na tlenki metali i niemetali

Tlenek magnezu reaguje z wodą: $\ce{MgO + H2O -> Mg(OH)2}$ - fenoloftaleina barwi się na malinowo (odczyn zasadowy). Tlenek siarki(IV) reaguje z wodą: $\ce{SO2 + H2O <--> H2SO3}$ - oranż metylowy zmienia barwę z żółtej na czerwoną (odczyn kwasowy). Tlenek miedzi(II) i tlenek krzemu(IV) nie reagują z wodą.

19.Rozpuszczanie a roztwarzanie

Rozpuszczanie to zjawisko fizyczne: cząsteczki jednej substancji wnikają między cząsteczki drugiej, np. cukier w wodzie. Roztwarzanie to przechodzenie substancji stałej do roztworu w wyniku jej reakcji chemicznej z rozpuszczalnikiem lub innym składnikiem roztworu, np. tlenek magnezu w wodzie.

20.Tlenki zasadowe

Tlenki, które reagują z kwasami, a nie reagują z zasadami, np. $\ce{MgO}$, $\ce{Na2O}$, $\ce{CaO}$. Tlenki metali, które reagują z wodą, tworzą wodorotlenki. Z kwasem tlenek zasadowy tworzy sól i wodę: $\ce{MgO + 2HCl -> MgCl2 + H2O}$.

21.Tlenki kwasowe

Tlenki, które reagują z zasadami, a nie reagują z kwasami, np. $\ce{SO2}$, $\ce{CO2}$, $\ce{SO3}$. Są to głównie tlenki niemetali; te, które reagują z wodą, tworzą kwasy. Z zasadą tlenek kwasowy tworzy sól i wodę: $\ce{SO2 + 2NaOH -> Na2SO3 + H2O}$.

22.Jak doświadczalnie odróżnić tlenek zasadowy od kwasowego?

Tlenek dodaje się do zasady (roztworu $\ce{NaOH}$ z fenoloftaleiną) i do kwasu (kwasu chlorowodorowego z oranżem metylowym). Tlenek siarki(IV) odbarwia malinowy roztwór zasady, a barwy oranżu nie zmienia - jest kwasowy. Tlenek magnezu nie zmienia barwy fenoloftaleiny, a oranż zmienia barwę z czerwonej na żółtą - jest zasadowy.

23.Tlenki amfoteryczne

Tlenki, które reagują zarówno z kwasami, jak i z zasadami, a zazwyczaj nie reagują z wodą, np. tlenek berylu $\ce{BeO}$ i tlenek glinu $\ce{Al2O3}$.

24.Tlenki obojętne

Tlenki, które nie reagują ani z kwasami, ani z zasadami, ani z wodą, np. tlenek azotu(II) $\ce{NO}$.

25.Reaktywność tlenków

Zdolność tlenków do reagowania, czyli udziału w reakcjach chemicznych. Jest związana z ich rozpuszczalnością w wodzie: tlenek, który rozpuszcza się w wodzie, zwykle z nią reaguje. Tlenek kwasowy tworzy wtedy kwas, a tlenek zasadowy - zasadę.

26.Charakter chemiczny tlenków w układzie okresowym

W 3. okresie charakter tlenków zmienia się od zasadowego ($\ce{Na2O}$, $\ce{MgO}$), przez amfoteryczny ($\ce{Al2O3}$), do kwasowego ($\ce{SiO2}$, $\ce{P4O10}$, $\ce{SO3}$, $\ce{Cl2O7}$). Tlenki metali 1. i 2. grupy są zasadowe, z wyjątkiem amfoterycznego $\ce{BeO}$. Tlenek azotu(II) $\ce{NO}$ jest obojętny.

27.Tlenek krzemu(IV) - właściwości

Główny składnik piasku. Jest twardą (rysuje szkło) substancją stałą o budowie krystalicznej, w czystej postaci bezbarwną. Jest mało reaktywny: nie rozkłada się w wysokiej temperaturze, nie reaguje z wodą ani z kwasami (wyjątek: $\ce{HF}$), ale reaguje z zasadami.

28.Reakcja tlenku krzemu(IV) z kwasem fluorowodorowym

Kwas fluorowodorowy to jedyny kwas, z którym reaguje $\ce{SiO2}$: $\ce{4HF + SiO2 -> SiF4 ^ + 2H2O}$. Powstaje gazowy fluorek krzemu(IV). Fluorowodór reaguje też ze szkłem, którego głównym składnikiem jest $\ce{SiO2}$ - szkło matowieje.

29.Zastosowania tlenków

Tlenek cynku $\ce{ZnO}$ (higroskopijny) - składnik maści i zasypek o działaniu antybakteryjnym. Tlenek glinu $\ce{Al2O3}$ - produkcja syntetycznych kamieni szlachetnych. Tlenek magnezu $\ce{MgO}$ - podstawa pudrów, składnik proszków i past do zębów.

30.Wodorki

Związki chemiczne wodoru z innymi pierwiastkami chemicznymi. Ze względu na rodzaj pierwiastka dzieli się je na wodorki metali (np. wodorek sodu $\ce{NaH}$, wodorek magnezu $\ce{MgH2}$) i wodorki niemetali (np. siarkowodór $\ce{H2S}$, amoniak $\ce{NH3}$, chlorowodór $\ce{HCl}$).

31.Wzory ogólne wodorków

$\ce{EH_{n}}$ - dla pierwiastków 1., 2. i 13.-15. grupy (np. $\ce{NaH}$, $\ce{CH4}$, $\ce{NH3}$); $\ce{H_{n}E}$ - dla pierwiastków 16. i 17. grupy (np. $\ce{H2S}$, $\ce{HCl}$). E to symbol pierwiastka, a n - jego wartościowość, równa liczbie atomów wodoru.

32.Wartościowość pierwiastków w wodorkach

Wodór w wodorkach ma zawsze wartościowość I. Wartościowość drugiego pierwiastka rośnie od I do IV w grupach 1., 2., 13. i 14., a potem maleje do I w grupach 15.-17., np. $\ce{NaH}$ (I), $\ce{MgH2}$ (II), $\ce{AlH3}$ (III), $\ce{CH4}$ (IV), $\ce{PH3}$ (III), $\ce{H2S}$ (II), $\ce{HCl}$ (I).

33.Nazwy wodorków metali

Pierwsze słowo to „wodorek”, drugie - nazwa metalu w dopełniaczu, np. $\ce{NaH}$ - wodorek sodu, $\ce{CaH2}$ - wodorek wapnia. Wartościowość metalu podaje się w nawiasie tylko wtedy, gdy metal może mieć różne wartościowości.

34.Nazwy wodorków niemetali

Zwykle używa się nazw zwyczajowych: nazwę pierwiastka łączy się ze słowem „wodór” przez „-o-”, np. $\ce{HCl}$ - chlorowodór (chlorek wodoru), $\ce{H2S}$ - siarkowodór (siarczek wodoru). Inne nazwy: $\ce{NH3}$ - amoniak, $\ce{PH3}$ - fosfina (nazwa systematyczna: fosfan), $\ce{CH4}$ - metan.

35.Jak ustalić wzór wodorku na podstawie jego nazwy?

1) Zapisz symbole i wybierz wzór ogólny według grupy: $\ce{EH_{n}}$ (grupy 1., 2., 13.-15.) lub $\ce{H_{n}E}$ (grupy 16. i 17.). 2) Ustal wartościowości (wodór - I). 3) Przepisz je na krzyż jako indeksy. 4) Napisz wzór bez indeksu 1. Np. selenowodór: selen z 16. grupy ma wartościowość II, więc $\ce{H2Se}$.

36.Otrzymywanie wodorków

Wodorki otrzymuje się w reakcji syntezy pierwiastków z wodorem. Niemetal + wodór → wodorek niemetalu, np. $\ce{N2(g) + 3H2(g) <-->[{kat.}] 2NH3(g)}$; kat. to katalizator, czyli substancja zwiększająca szybkość reakcji. Metal + wodór → wodorek metalu, np. $\ce{2Na(s) + H2(g) -> 2NaH(s)}$.

37.Wodorki metali - właściwości

Najczęściej substancje stałe, nielotne (nie przechodzą łatwo w stan gazowy). W większości z nich występują wiązania jonowe. Wodorki metali 1. i 2. grupy mają charakter zasadowy.

38.Wodorki niemetali - właściwości

Substancje na ogół lotne, najczęściej gazy, np. $\ce{HCl}$, $\ce{HBr}$, $\ce{HI}$. Atomy łączą się w nich wiązaniami kowalencyjnymi spolaryzowanymi. Cząsteczki fluorowodoru $\ce{HF}$ tworzą wiązania wodorowe, dlatego jego temperatura wrzenia jest wyższa niż wodorków pozostałych fluorowców.

39.Działanie wody na wodorki

Amoniak i wodorek sodu dają z wodą roztwory o odczynie zasadowym (jony $\ce{OH-}$, fenoloftaleina malinowa): $\ce{NH3 + H2O <--> NH4+ + OH-}$, $\ce{NaH + H2O -> Na+ + OH- + H2 ^}$. Roztwór chlorowodoru ma odczyn kwasowy (jony $\ce{H+}$, oranż metylowy czerwony): $\ce{HCl ->[H2O] H+ + Cl-}$.

40.Charakter chemiczny wodorków

Zasadowe są wodorki metali 1. i 2. grupy (np. $\ce{NaH}$, $\ce{CaH2}$) oraz amoniak $\ce{NH3}$. Obojętne - metan $\ce{CH4}$ i woda $\ce{H2O}$. Kwasowe - np. $\ce{H2S}$, $\ce{HF}$, $\ce{HCl}$, $\ce{HBr}$. Charakter wodorków niemetali zmienia się od zasadowego ($\ce{NH3}$), przez obojętny ($\ce{CH4}$), do kwasowego ($\ce{H2S}$, $\ce{HCl}$).