Reakcje zobojętniania i strącania osadów

W chemii roztworów wodnych często spotyka się dwa ważne typy przemian: reakcje zobojętniania i reakcje strącania osadów. Oba typy można zapisać nie tylko w postaci zwykłego równania cząsteczkowego, ale też jako zapis jonowy pełny i zapis jonowy skrócony. To szczególnie ważne, bo w roztworach wiele substancji występuje w postaci jonów, a nie jako całe cząsteczki.

Reakcja zobojętniania zachodzi wtedy, gdy reagują kwas i zasada, a jednym z produktów jest woda. Reakcja strącania zachodzi wtedy, gdy po zmieszaniu dwóch roztworów powstaje trudno rozpuszczalna sól, która wydziela się w postaci osadu.

Zapis cząsteczkowy przedstawia reakcję za pomocą wzorów substancji jako całości. Na przykład:

$\mathrm{HCl + NaOH \to NaCl + H_2O}$

Zapis jonowy pełny otrzymujemy wtedy, gdy substancje dobrze rozpuszczalne i będące mocnymi elektrolitami zapisujemy w postaci jonów. Dla tej samej reakcji będzie to:

$\mathrm{H^+ + Cl^- + Na^+ + OH^- \to Na^+ + Cl^- + H_2O}$

Następnie usuwamy jony obserwatory, czyli takie, które występują po obu stronach równania w tej samej postaci. Otrzymujemy wtedy zapis jonowy skrócony:

$\mathrm{H^+ + OH^- \to H_2O}$

W zapisach jonowych nie rozpisuje się na jony wody ani zwykle substancji trudno rozpuszczalnych, czyli osadów. Trzeba też pamiętać o poprawnym bilansie atomów i ładunku elektrycznego po obu stronach równania.

Istotą zobojętniania jest reakcja jonów $\mathrm{H^+}$ z jonami $\mathrm{OH^-}$. Gdy kwas i zasada są mocnymi elektrolitami, zapis skrócony zawsze ma postać:

$\mathrm{H^+ + OH^- \to H_2O}$

Przykład równania cząsteczkowego:

$\mathrm{HNO_3 + KOH \to KNO_3 + H_2O}$

Po rozpisaniu mocnych elektrolitów na jony i usunięciu jonów $\mathrm{K^+}$ oraz $\mathrm{NO_3^-}$ otrzymujemy właśnie równanie skrócone.

W praktyce szkolnej reakcje zobojętniania służą do rozpoznawania zależności między kwasami, zasadami, solami i odczynem roztworu. Jeśli liczba jonów $\mathrm{H^+}$ i $\mathrm{OH^-}$ zostanie odpowiednio dobrana, roztwór może stać się obojętny, choć dokładny odczyn końcowy zależy też od rodzaju reagentów.

Częsty błąd polega na pozostawianiu w zapisie skróconym jonów, które nie reagują. Jeśli są tylko „obecne” w roztworze, nie powinny znaleźć się w ostatecznym równaniu.

Strącanie osadu zachodzi po zmieszaniu takich roztworów, których jony mogą utworzyć trudno rozpuszczalny związek. Wtedy w roztworze pojawia się ciało stałe, czyli osad. To znak, że zaszła reakcja chemiczna.

Przykład:

$\mathrm{AgNO_3 + NaCl \to AgCl + NaNO_3}$

Po rozpisaniu elektrolitów dobrze rozpuszczalnych na jony:

$\mathrm{Ag^+ + NO_3^- + Na^+ + Cl^- \to AgCl + Na^+ + NO_3^-}$

Po usunięciu jonów obserwatorów pozostaje:

$\mathrm{Ag^+ + Cl^- \to AgCl}$

Podobnie zapisuje się inne reakcje strącania, na przykład tworzenie siarczanu baru:

$\mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} \to BaSO_4}$

Najwygodniej postępować etapami.

• Najpierw zapisz równanie cząsteczkowe i sprawdź, jakie produkty mogą powstać.
• Następnie rozpisz na jony tylko te substancje, które w roztworze wodnym występują jako mocne elektrolity.
• Nie rozpisuj na jony osadu, wody i innych substancji, które w danym ujęciu pozostają w formie cząsteczkowej.
• Skreśl jony obserwatory występujące po obu stronach równania.
• Na końcu sprawdź, czy zgadza się liczba atomów oraz suma ładunków.

W zadaniach maturalnych często trzeba rozpoznać, czy po zmieszaniu roztworów zajdzie reakcja. Jeśli nie powstaje woda, osad ani czasem gaz, to zwykle nie zapisuje się reakcji jonowej skróconej, bo jony pozostają w roztworze bez istotnej przemiany.

Najczęstszy błąd to mylenie zapisu jonowego pełnego z jonowym skróconym. W pełnym zapisuje się także jony obserwatory, a w skróconym już nie. Drugi częsty błąd to rozpisywanie na jony substancji, które nie powinny być tak zapisane, zwłaszcza osadów i wody.

W zadaniach warto zwracać uwagę na informację, czy substancje są w roztworze wodnym. Tylko wtedy zapis jonowy ma sens w tej szkolnej formie. Trzeba też znać typowe przykłady osadów, takie jak $\mathrm{AgCl}$ czy $\mathrm{BaSO_4}$, bo często właśnie na nich budowane są polecenia.

Na sprawdzianie lub maturze możesz spotkać polecenia typu:

• zapisz równanie cząsteczkowe reakcji,
• zapisz równanie jonowe pełne,
• zapisz równanie jonowe skrócone,
• wskaż jony obserwatory,
• określ, czy zajdzie zobojętnianie czy strącanie osadu.

Dobra praktyka to każdorazowe zadanie sobie pytania: które cząstki naprawdę się zmieniają? Odpowiedź na to pytanie prowadzi właśnie do poprawnego zapisu skróconego.