Најважније из лекције
Јонске реакције су реакције између јона у растворима и одигравају се искључиво ако долази до везивања јона у:
- Талог (слабо растворно једињење): нпр. \(\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- \rightleftharpoons \text{AgCl}(\text{s})\)
- Гас: нпр. \(\text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ \rightleftharpoons \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l})\) или \(\text{S}^{2-} + 2\text{H}^+ \rightleftharpoons \text{H}_2\text{S}(\text{g})\)
- Слабо дисосовано једињење: неутрализација (\(\text{H}^+ + \text{OH}^- \rightleftharpoons \text{H}_2\text{O}\)) или настанак слабе киселине/базе (\(\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH}\))
Јонске реакције су хемијске реакције које се одигравају између јона у растворима супстанци у води или другим поларним растварачима.
Да би дошло до јонске реакције у воденом раствору, бар један од производа мора бити:
- слабо растворно једињење (талог),
- гасовита супстанца, или
- слабо дисосовано једињење (нпр. вода, слаба киселина или слаба база).
Ако мешањем раствора електролита не настаје ниједан од ова три типа производа, сви јони остају слободни у раствору и реакција се не одиграва.
При мешању водених раствора натријум-нитрата и калијум-хлорида:
\[ \cancel{\text{Na}^+(\text{aq})} + \cancel{\text{NO}_3^-(\text{aq})} + \cancel{\text{K}^+(\text{aq})} + \cancel{\text{Cl}^-(\text{aq})} \longrightarrow \cancel{\text{Na}^+(\text{aq})} + \cancel{\text{Cl}^-(\text{aq})} + \cancel{\text{K}^+(\text{aq})} + \cancel{\text{NO}_3^-(\text{aq})} \]
Сви јони се скраћују јер не учествују у хемијској промени, што значи да до реакције није дошло.
Да ли долази до хемијске реакције приликом мешања водених раствора калијум-сулфата (\(\text{K}_2\text{SO}_4\)) и натријум-хлорида (\(\text{NaCl}\))?
Не долази до реакције. Могући производи би били \(\text{KCl}\) и \(\text{Na}_2\text{SO}_4\), а оба једињења су добро растворна у води и потпуно дисосују на јоне, па нема настанка талога, гаса ни слабо дисосованог једињења.
Реакције таложења настају када се комбинацијом одређених катјона и анјона формира једињење мале растворљивости које се издваја као чврста фаза (талог).
Све супстанце се бар делимично растварају у води, па између талога и јона у раствору постоји динамичка равнотежа, због чега се јонске реакције пишу као повратне:
\[ \text{A}^+(\text{aq}) + \text{B}^-(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{AB}(\text{s}) \]
Чести примери слабо растворних једињења (талога):
- Халогениди сребра: \(\text{AgCl}\) (бели талог), \(\text{AgBr}\) (бледожути талог), \(\text{AgI}\) (жути талог)
- Карбонати и сулфати: \(\text{CaCO}_3\), \(\text{BaSO}_4\)
- Нерастворни хидроксиди: \(\text{Fe(OH)}_2\), \(\text{Fe(OH)}_3\), \(\text{Al(OH)}_3\)
Реакција калцијум-хлорида и натријум-карбоната:
Молекулски облик: \[ \text{CaCl}_2(\text{aq}) + \text{Na}_2\text{CO}_3(\text{aq}) \longrightarrow \text{CaCO}_3(\text{s}) + 2\text{NaCl}(\text{aq}) \] Потпуни јонски облик: \[ \text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + \cancel{2\text{Cl}^-(\text{aq})} + \cancel{2\text{Na}^+(\text{aq})} + \text{CO}_3^{2-}(\text{aq}) \longrightarrow \text{CaCO}_3(\text{s}) + \cancel{2\text{Na}^+(\text{aq})} + \cancel{2\text{Cl}^-(\text{aq})} \] Скраћени јонски облик: \[ \text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + \text{CO}_3^{2-}(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{CaCO}_3(\text{s}) \]
Молекулски облик: \[ \text{CaCl}_2(\text{aq}) + \text{Na}_2\text{CO}_3(\text{aq}) \longrightarrow \text{CaCO}_3(\text{s}) + 2\text{NaCl}(\text{aq}) \] Потпуни јонски облик: \[ \text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + \cancel{2\text{Cl}^-(\text{aq})} + \cancel{2\text{Na}^+(\text{aq})} + \text{CO}_3^{2-}(\text{aq}) \longrightarrow \text{CaCO}_3(\text{s}) + \cancel{2\text{Na}^+(\text{aq})} + \cancel{2\text{Cl}^-(\text{aq})} \] Скраћени јонски облик: \[ \text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + \text{CO}_3^{2-}(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{CaCO}_3(\text{s}) \]
Напишите скраћену јонску једначину реакције између сребро(I)-нитрата и хлороводоничне киселине.
У реакцији \(\text{AgNO}_3(\text{aq}) + \text{HCl}(\text{aq}) \longrightarrow \text{AgCl}(\text{s}) + \text{HNO}_3(\text{aq})\) таложи се \(\text{AgCl}\).
Скраћена јонска једначина: \[ \text{Ag}^+(\text{aq}) + \text{Cl}^-(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{AgCl}(\text{s}) \]
Скраћена јонска једначина: \[ \text{Ag}^+(\text{aq}) + \text{Cl}^-(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{AgCl}(\text{s}) \]
Ове реакције се одигравају када се мешањем раствора ослобађа лако испарљива или нестабилна супстанца која прелази у гасовито агрегатно стање.
Типични процеси настајања гасова:
- Дејством киселина на карбонате или хидрогенкарбонате ослобађа се угљеник(IV)-оксид (\(\text{CO}_2\)): \[ \text{CO}_3^{2-}(\text{aq}) + 2\text{H}^+(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \]
- Дејством киселина на сулфиде ослобађа се водоник-сулфид (\(\text{H}_2\text{S}\)): \[ \text{S}^{2-}(\text{aq}) + 2\text{H}^+(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{S}(\text{g}) \]
- Дејством јаких база на амонијум-соли ослобађа се амонијак (\(\text{NH}_3\)): \[ \text{NH}_4^+(\text{aq}) + \text{OH}^-(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{NH}_3(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \]
Реакција натријум-сулфида са хлороводоничном киселином:
\[ \text{Na}_2\text{S}(\text{aq}) + 2\text{HCl}(\text{aq}) \longrightarrow 2\text{NaCl}(\text{aq}) + \text{H}_2\text{S}(\text{g}) \]
\[ \text{S}^{2-}(\text{aq}) + 2\text{H}^+(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{S}(\text{g}) \]
Напишите молекулску и скраћену јонску једначину реакције натријум-карбоната и хлороводоничне киселине.
Молекулска: \(\text{Na}_2\text{CO}_3(\text{aq}) + 2\text{HCl}(\text{aq}) \longrightarrow 2\text{NaCl}(\text{aq}) + \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l})\)
Скраћена јонска: \(\text{CO}_3^{2-}(\text{aq}) + 2\text{H}^+(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l})\)
Скраћена јонска: \(\text{CO}_3^{2-}(\text{aq}) + 2\text{H}^+(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l})\)
Реакције воде ка формирању слабог електролита (недисосованих молекула воде, слабих киселина или слабих база), чиме се јони везују и уклањају из раствора.
\[ \text{H}^+(\text{aq}) + \text{OH}^-(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \]
Општа јонска једначина неутрализације било које јаке базе јаком киселином.
Реакција неутрализације је реакција између \(\text{H}^+\) јона (из киселине) и \(\text{OH}^-\) јона (из базе) при којој настаје вода као слабо дисосовано једињење.
Настајање слабе киселине: реакција калијум-ацетата с хлороводоничном киселином:
\[ \text{CH}_3\text{COOK}(\text{aq}) + \text{HCl}(\text{aq}) \longrightarrow \text{KCl}(\text{aq}) + \text{CH}_3\text{COOH}(\text{aq}) \]
\[ \text{CH}_3\text{COO}^-(\text{aq}) + \text{H}^+(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH}(\text{aq}) \]
Напишите скраћену јонску једначину реакције између калијум-хидроксида (\(\text{KOH}\)) и азотне киселине (\(\text{HNO}_3\)).
Пошто су оба реактанта јаки електролити, а производ је слабо дисосована вода:
\[ \text{H}^+(\text{aq}) + \text{OH}^-(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \]
Напишите и изједначите молекулску једначину: Одредите тачне формуле свих реактаната и производа са њиховим агрегатним стањима (\(\text{aq}\), \(\text{s}\), \(\text{l}\), \(\text{g}\)).
Раставите јаке електролите на јоне: Све јаке киселине, јаке базе и растворне соли напишите у облику слободних јона. Слабо растворне супстанце (\(\text{s}\)), гасове (\(\text{g}\)) и слабе електролите (\(\text{l}\) или недисосоване слабе киселине/базе) оставите у молекулском облику.
Скратите исте јоне (јоне посматраче): Јони који се у непромењеном облику и броју налазе и са леве и са десне стране једначине не учествују у хемијској промени и прецртавају се.
Запишите скраћену јонску једначину: Преостале честице чине коначну јонску једначину која описује суштину хемијског процеса.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Наведите три услова под којима долази до јонске реакције у воденом раствору и наведи барем један пример за сваки.
До јонске реакције долази ако као производ настаје:
- Слабо растворно једињење (талог): нпр. \(\text{AgCl}\), \(\text{BaSO}_4\), \(\text{CaCO}_3\).
- Гасовита супстанца: нпр. \(\text{CO}_2\), \(\text{H}_2\text{S}\), \(\text{NH}_3\).
- Слабо дисосовано једињење: нпр. \(\text{H}_2\text{O}\), \(\text{CH}_3\text{COOH}\).
Задатак 2 (средњи): Напишите молекулску, потпуну јонску и скраћену јонску једначину реакције између водених раствора баријум-хлорида (\(\text{BaCl}_2\)) и натријум-сулфата (\(\text{Na}_2\text{SO}_4\)).
Молекулска једначина:
\[ \text{BaCl}_2(\text{aq}) + \text{Na}_2\text{SO}_4(\text{aq}) \longrightarrow \text{BaSO}_4(\text{s}) + 2\text{NaCl}(\text{aq}) \]
Потпуна јонска једначина:
\[ \text{Ba}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{Cl}^-(\text{aq}) + 2\text{Na}^+(\text{aq}) + \text{SO}_4^{2-}(\text{aq}) \longrightarrow \text{BaSO}_4(\text{s}) + 2\text{Na}^+(\text{aq}) + 2\text{Cl}^-(\text{aq}) \]
Скраћена јонска једначина:
\[ \text{Ba}^{2+}(\text{aq}) + \text{SO}_4^{2-}(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{BaSO}_4(\text{s}) \]
Задатак 3 (средњи): Напишите скраћену јонску једначину за реакцију мешања раствора натријум-карбоната (\(\text{Na}_2\text{CO}_3\)) и сумпорне киселине (\(\text{H}_2\text{SO}_4\)).
Молекулска једначина:
\[ \text{Na}_2\text{CO}_3(\text{aq}) + \text{H}_2\text{SO}_4(\text{aq}) \longrightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4(\text{aq}) + \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \]
Јони који реагују: Карбонатни јони реагују са водоничним јонима дајући гас и воду.
Скраћена јонска једначина: \[ \text{CO}_3^{2-}(\text{aq}) + 2\text{H}^+(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \]
Скраћена јонска једначина: \[ \text{CO}_3^{2-}(\text{aq}) + 2\text{H}^+(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{CO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \]
Задатак 4 (тежак): Израчунајте колико је грама \(10\%\) раствора натријум-хидроксида (\(\text{NaOH}\)) потребно за потпуну неутрализацију \(200\text{ g}\) раствора хлороводоничне киселине (\(\text{HCl}\)) масеног удела \(w = 5\%\). (\(M(\text{HCl}) = 36{,}5\text{ g/mol}\), \(M(\text{NaOH}) = 40\text{ g/mol}\))
- Маса чисте хлороводоничне киселине: \[ m(\text{HCl}) = w_1 \cdot m_1(\text{rastvor}) = 0{,}05 \cdot 200\text{ g} = 10\text{ g} \]
- Количина \(\text{HCl}\): \[ n(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{M(\text{HCl})} = \frac{10\text{ g}}{36{,}5\text{ g/mol}} \approx 0{,}274\text{ mol} \]
- Једначина реакције неутрализације: \[ \text{NaOH} + \text{HCl} \longrightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} \] Однос количина је \(1 : 1\), па је \(n(\text{NaOH}) = n(\text{HCl}) \approx 0{,}274\text{ mol}\).
- Маса чистог \(\text{NaOH}\): \[ m(\text{NaOH}) = n(\text{NaOH}) \cdot M(\text{NaOH}) = 0{,}274\text{ mol} \cdot 40\text{ g/mol} = 10{,}96\text{ g} \]
- Потребна маса \(10\%\) раствора \(\text{NaOH}\): \[ m(\text{rastvor NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{w_2} = \frac{10{,}96\text{ g}}{0{,}10} = 109{,}6\text{ g} \]
