Најважније из лекције
Хидриди: Јонски (метали 1. и 2. групе, \(\text{H}^-\), базни), метални (d- и f-метали) и ковалентни (неметали, \(\text{H}^+\)). Кисели карактер хидрида расте с десна на лево у периоди (\(\text{CH}_4\) неутралан \(\rightarrow \text{NH}_3\) базан \(\rightarrow \text{H}_2\text{O}\) амфотеран \(\rightarrow \text{HCl}\) кисео). Јонски хидриди са водом ослобађају \(\text{H}_2\).
Бинарна једињења кисеоника: Оксиди (\(\text{O}^{-2}\)), пероксиди (\(\text{O}_2^{2-}\), \(\text{O}^{-1}\)) и супероксиди (\(\text{O}_2^-\), \(\text{O}^{-1/2}\)).
Киселинско-базни карактер оксида:
Бинарна једињења кисеоника: Оксиди (\(\text{O}^{-2}\)), пероксиди (\(\text{O}_2^{2-}\), \(\text{O}^{-1}\)) и супероксиди (\(\text{O}_2^-\), \(\text{O}^{-1/2}\)).
Киселинско-базни карактер оксида:
- Базни: Оксиди метала (\(\text{Na}_2\text{O}, \text{CaO}\)), анхидриди су база.
- Кисели: Оксиди неметала виших оксидационих бројева (\(\text{SO}_3, \text{CO}_2, \text{P}_4\text{O}_{10}\)), анхидриди су киселина.
- Амфотерни: \(\text{Al}_2\text{O}_3, \text{ZnO}, \text{BeO}\) - реагују и са киселинама и са базама.
- Неутрални: \(\text{CO}, \text{NO}, \text{N}_2\text{O}\) - не граде соли.
Хидриди су бинарна једињења водоника са другим хемијским елементима.
Елементарни водоник постоји као двоатомни неполарни молекул (\(\text{H}_2\)) са веома јаком \(\sigma_{s-s}\) једноструком ковалентном везом. У једињењима водоник има оксидациони број +1 или -1.
| Тип хидрида | Елементи који их граде | Карактеристике и примери |
|---|---|---|
| Јонски | Метали 1. и 2. групе (сем \(\text{Be}\) и \(\text{Mg}\)) | Чврсте супстанце беле боје са хидридним јоном (\(\text{H}^-\)), нпр. \(\text{LiH}, \text{NaH}, \text{CaH}_2, \text{BaH}_2\). |
| Ковалентни | Неметали и металоиди (p-блок) | Гасови или течности ниских температура кључања, нпр. \(\text{CH}_4, \text{NH}_3, \text{H}_2\text{O}, \text{HCl}\). |
| Метални | Прелазни метали (d- и f-блок) | Хемијска веза слична металној, често су несталног (нестехиометријског) састава попут легура. |
Номенклатура: Хидриди метала се именују додавањем речи „хидрид” имену метала (нпр. натријум-хидрид), док хидриди неметала и металоида често имају специфична тривијална имена (нпр. \(\text{NH}_3\) – амонијак, \(\text{CH}_4\) – метан, \(\text{SiH}_4\) – силан, \(\text{PH}_3\) – фосфин, \(\text{B}_2\text{H}_6\) – диборан).
Молекули \(\text{NH}_3\), \(\text{H}_2\text{O}\) и \(\text{HF}\) међусобно граде водоничне везе, због чега имају знатно више температуре кључања и топљења од осталих хидрида својих група.
Дуж периоде с лева на десно (од 13. до 17. групе) расте поларност ковалентне везе у хидридима - опада базни, а расте кисели карактер.
\[ \begin{array}{rcccl}
\text{Јонски хидриди} & \longrightarrow & \text{Реакција с водом} & \longrightarrow & \text{Хидроксид} + \text{H}_2\uparrow \\
\text{LiH} + \text{H}_2\text{O} & \longrightarrow & \text{LiOH} + \text{H}_2\uparrow & & \\
\text{CaH}_2 + 2\text{H}_2\text{O} & \longrightarrow & \text{Ca(OH)}_2 + 2\text{H}_2\uparrow & &
\end{array} \]
Ослобођени гасовити водоник из ових реакција користи се за подизање терета на бродовима.
Подела ковалентних хидрида према киселинско-базним својствима:
- Неутрални: Хидриди бора (\(\text{B}_2\text{H}_6\)) и угљоводоници (\(\text{CH}_4\)) - не реагују са водом, киселинама ни базама.
- Базни: \(\text{NH}_3\) и \(\text{PH}_3\) - имају слободан електронски пар на централном атому и делују као акцептори протона (\(\text{H}^+\)): \[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
- Амфотерни: Вода (\(\text{H}_2\text{O}\)) - може и да прими и да отпусти протон.
- Кисели: Хидриди 16. и 17. групе (\(\text{H}_2\text{S}, \text{HCl}, \text{HBr}, \text{HI}\)) - донори протона у води: \[ \text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^- \] \[ \text{H}_2\text{S} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{HS}^- \]
Реактивност синтезе: Идући од флуора ка јоду опада реактивност са водоником: реакција са \(\text{F}_2\) је експлозивна у мраку, са \(\text{Cl}_2\) се одвија на светлости (\(h\nu\)), док је за \(\text{Br}_2\) и \(\text{I}_2\) потребно загревање (\(t^\circ\)).
Кисеоник се у природи јавља у две алотропске модификације: дикисеоник (\(\text{O}_2\), без боје и мириса) и озон (\(\text{O}_3\), плавичаст гас оштрог карактеристичног мириса).
Бинарна једињења кисеоника се према оксидационом броју кисеоника деле на:
| Класа једињења | Оксидациони број кисеоника | Карактеристична честица / веза | Примери |
|---|---|---|---|
| Оксиди | \(-2\) | \(\text{O}^{2-}\) јон или ковалентна веза са електропозитивнијим елементом | \(\text{Li}_2\text{O}, \text{CaO}, \text{Al}_2\text{O}_3, \text{CO}_2, \text{SO}_3\) |
| Пероксиди | \(-1\) | Пероксидна група са везом \(-\text{O}-\text{O}-\) (\(\text{O}_2^{2-}\)) | \(\text{H}_2\text{O}_2, \text{Na}_2\text{O}_2, \text{BaO}_2\) |
| Супероксиди | \(-\frac{1}{2}\) | Супероксидни јон \(\text{O}_2^-\) | \(\text{KO}_2, \text{RbO}_2, \text{CsO}_2\) |
Реакције алкалних и земноалкалних метала са кисеоником:
\[ 4\text{Li} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{Li}_2\text{O} \quad (\text{оксид}) \]
\[ 2\text{Na} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{Na}_2\text{O}_2 \quad (\text{пероксид}) \]
\[ \text{K} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{KO}_2 \quad (\text{супероксид}) \]
\[ \text{Ba} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{BaO}_2 \quad (\text{пероксид}) \]
Примена: Калијум-супероксид (\(\text{KO}_2\)) користи се у свемирским летелицама и подморницама за везивање издахнутог \(\text{CO}_2\) уз истовремено ослобађање кисеоника:
\[ 4\text{KO}_2 + 2\text{CO}_2 \longrightarrow 2\text{K}_2\text{CO}_3 + 3\text{O}_2 \]
Оксиди се могу добити:
- Директном синтезом: \(\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2\) или непотпуним сагоревањем \(2\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO}\).
- Оксидацијом нижих оксида: \(2\text{CO} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO}_2\).
- Термичким разлагањем (жарењем) карбоната или хидроксида: \[ \text{CaCO}_3 \xrightarrow{t^\circ} \text{CaO} + \text{CO}_2 \] \[ 2\text{Al(OH)}_3 \xrightarrow{t^\circ} \text{Al}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2\text{O} \]
| Врста оксида | Примери | Реакција са водом | Реакција са киселинама | Реакција са базама |
|---|---|---|---|---|
| Базни | \(\text{Na}_2\text{O}, \text{CaO}, \text{MgO}, \text{FeO}, \text{CuO}\) | Дају базе (ако реагују) | Реагују (граде со и воду) | Не реагују |
| Кисели | \(\text{CO}_2, \text{SO}_2, \text{SO}_3, \text{P}_4\text{O}_{10}, \text{N}_2\text{O}_5, \text{Cl}_2\text{O}_7\) | Дају киселине (већина) | Не реагују | Реагују (граде со и воду) |
| Амфотерни | \(\text{BeO}, \text{Al}_2\text{O}_3, \text{ZnO}, \text{Cr}_2\text{O}_3, \text{MnO}_2\) | Практично не реагују | Реагују (граде со) | Реагују (граде со) |
| Неутрални | \(\text{CO}, \text{NO}, \text{N}_2\text{O}\) | Не реагују | Не реагују | Не реагују |
Периодични тренд (3. периода):
\[ \underset{\text{базни}}{\text{Na}_2\text{O},\; \text{MgO}} \quad \longrightarrow \quad \underset{\text{амфотеран}}{\text{Al}_2\text{O}_3} \quad \longrightarrow \quad \underset{\text{кисели}}{\text{SiO}_2,\; \text{P}_4\text{O}_{10},\; \text{SO}_3,\; \text{Cl}_2\text{O}_7} \]
Идући с лева на десно опада базни, а расте кисели карактер оксида.
Анхидриди су оксиди који одузимањем воде одговарају одређеним хидроксидима или киселинама:
- Анхидриди база (базни оксиди): \(\text{Na}_2\text{O} \ (\text{од } \text{NaOH})\), \(\text{CaO} \ (\text{од } \text{Ca(OH)}_2)\), \(\text{Fe}_2\text{O}_3 \ (\text{од } \text{Fe(OH)}_3)\). \[ \text{Na}_2\text{O} + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O} \]
- Анхидриди киселина (кисели оксиди): \(\text{CO}_2 \ (\text{од } \text{H}_2\text{CO}_3)\), \(\text{SO}_3 \ (\text{од } \text{H}_2\text{SO}_4)\), \(\text{N}_2\text{O}_5 \ (\text{од } \text{HNO}_3)\), \(\text{P}_4\text{O}_{10} \ (\text{од } \text{H}_3\text{PO}_4)\), \(\text{Cl}_2\text{O}_7 \ (\text{од } \text{HClO}_4)\). \[ \text{SO}_3 + 2\text{NaOH} \longrightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O} \] \[ \text{Na}_2\text{O} + \text{SO}_3 \longrightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 \]
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одреди оксидациони број кисеоника и водоника у следећим једињењима: \(\text{NaH}\), \(\text{HCl}\), \(\text{H}_2\text{O}_2\), \(\text{KO}_2\) и \(\text{CaO}\).
- \(\text{NaH}\): Водоник је у облику хидридног јона, оксидациони број је -1 (\(\text{Na}^{+1}\text{H}^{-1}\)).
- \(\text{HCl}\): Водоник је везан за електронегативнији хлор, оксидациони број је +1 (\(\text{H}^{+1}\text{Cl}^{-1}\)).
- \(\text{H}_2\text{O}_2\): Водоник-пероксид, оксидациони број кисеоника је -1.
- \(\text{KO}_2\): Калијум-супероксид, оксидациони број кисеоника је \(-\frac{1}{2}\).
- \(\text{CaO}\): Калцијум-оксид, оксидациони број кисеоника је -2.
Задатак 2 (средњи): Разврстај наведене оксиде на базне, киселе, амфотерне и неутралне: \(\text{CO}\), \(\text{BaO}\), \(\text{Al}_2\text{O}_3\), \(\text{SO}_2\), \(\text{N}_2\text{O}\), \(\text{ZnO}\), \(\text{Cl}_2\text{O}_7\). Напиши једначину реакције једног од базних оксида са водом.
Класификација:
- Базни оксиди: \(\text{BaO}\)
- Кисели оксиди: \(\text{SO}_2\), \(\text{Cl}_2\text{O}_7\)
- Амфотерни оксиди: \(\text{Al}_2\text{O}_3\), \(\text{ZnO}\)
- Неутрални оксиди: \(\text{CO}\), \(\text{N}_2\text{O}\)
Задатак 3 (средњи): Зашто амонијак (\(\text{NH}_3\)) у воденом раствору показује базна, а хлороводоник (\(\text{HCl}\)) кисела својства? Прикажи одговарајуће хемијске једначине протолитичких реакција.
Објашњење:
Атом азота у \(\text{NH}_3\) поседује слободан електронски пар и понаша се као акцептор протона (Бренстедова база), градећи \(\text{OH}^-\) јоне у води: \[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \] Молекул \(\text{HCl}\) има изразито поларну ковалентну везу и понаша се као донор протона (Бренстедова киселина), предајући протон молекулу воде уз стварање хидронијум јона: \[ \text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^- \]
Атом азота у \(\text{NH}_3\) поседује слободан електронски пар и понаша се као акцептор протона (Бренстедова база), градећи \(\text{OH}^-\) јоне у води: \[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \] Молекул \(\text{HCl}\) има изразито поларну ковалентну везу и понаша се као донор протона (Бренстедова киселина), предајући протон молекулу воде уз стварање хидронијум јона: \[ \text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^- \]
Задатак 4 (тежак): Напиши уравнотежене хемијске једначине за следеће реакције:
а) Реакција калцијум-хидрида са водом;
б) Реакција дифосфор-пентоксида (\(\text{P}_4\text{O}_{10}\)) са натријум-хидроксидом;
в) Добијање калијум-оксида жарењем калијум-карбоната.
а) Реакција калцијум-хидрида са водом;
б) Реакција дифосфор-пентоксида (\(\text{P}_4\text{O}_{10}\)) са натријум-хидроксидом;
в) Добијање калијум-оксида жарењем калијум-карбоната.
Једначине реакција:
а) \(\text{CaH}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Ca(OH)}_2 + 2\text{H}_2\uparrow\)
б) \(\text{P}_4\text{O}_{10} + 12\text{NaOH} \longrightarrow 4\text{Na}_3\text{PO}_4 + 6\text{H}_2\text{O}\)
в) \(\text{K}_2\text{CO}_3 \xrightarrow{t^\circ} \text{K}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow\)
а) \(\text{CaH}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Ca(OH)}_2 + 2\text{H}_2\uparrow\)
б) \(\text{P}_4\text{O}_{10} + 12\text{NaOH} \longrightarrow 4\text{Na}_3\text{PO}_4 + 6\text{H}_2\text{O}\)
в) \(\text{K}_2\text{CO}_3 \xrightarrow{t^\circ} \text{K}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow\)
