Dzielić:
Właściwości wodorotlenków, nazewnictwo i przykłady
The wodorotlenki są związkami nieorganicznymi i trójskładnikowymi, które składają się z oddziaływania między kationem metalu a grupą funkcyjną OH (anion wodorotlenku, OH-). Większość z nich ma charakter jonowy, chociaż mogą one również zawierać wiązania kowalencyjne.
Na przykład, wodorotlenek można przedstawić jako oddziaływanie elektrostatyczne między kationem+ i anion OH-, lub jako wiązanie kowalencyjne poprzez wiązanie M-OH (dolny obraz). W pierwszym podano wiązanie jonowe, podczas gdy w drugim wiązanie kowalencyjne. Fakt ten zależy zasadniczo od metalu lub kationu M+, jak również jego ładunek i promień jonowy.
Ponieważ wiele z nich pochodzi z metali, odpowiednikiem jest wymienienie ich jako wodorotlenków metali.
Indeks
- 1 Jak powstają?
- 2 Właściwości wodorotlenków
- 2.1 Anion OH-
- 2.2 Charakter jonowy i podstawowy
- 2.3 Trend okresowy
- 2.4 Amfoteryczność
- 2.5 Struktury
- 2.6 Reakcja odwodnienia
- 3 Nazewnictwo
- 3.1 Tradycyjne
- 3.2 Zapasy
- 3.3 Systematyka
- 4 Przykłady wodorotlenków
- 5 referencji
Jak powstają?
Istnieją dwie główne drogi syntezy: poprzez reakcję odpowiedniego tlenku z wodą lub silną zasadą w środowisku kwaśnym:
MO + H2O => M (OH)2
MO + H+ + OH- => M (OH)2
Tylko te tlenki metali rozpuszczalne w wodzie reagują bezpośrednio tworząc wodorotlenek (pierwsze równanie chemiczne). Inne są nierozpuszczalne i wymagają gatunków kwasowych, które uwalniają M+, który następnie wchodzi w interakcję z OH- z mocnych zasad (drugie równanie chemiczne).
Jednakże, silnymi zasadami są wodorotlenki metali NaOH, KOH i inne z grupy metali alkalicznych (LiOH, RbOH, CsOH). Są to związki jonowe wysoce rozpuszczalne w wodzie, a więc ich OH- mogą swobodnie uczestniczyć w reakcjach chemicznych.
Z drugiej strony, istnieją wodorotlenki metali, które są nierozpuszczalne i w konsekwencji są bardzo słabymi zasadami. Nawet niektóre z nich są kwasowe, jak w przypadku kwasu tellurowego, Te (OH)6.
Wodorotlenek zapewnia równowagę rozpuszczalności z otaczającym go rozpuszczalnikiem. Jeśli jest to na przykład woda, saldo wyraża się w następujący sposób:
M (OH)2 <=> M2+(ac) + OH-(ac)
Gdzie (ac) oznacza, że podłoże jest wodne. Gdy ciało stałe jest nierozpuszczalne, stężenie rozpuszczonego OH jest małe lub nieistotne. Z tego powodu nierozpuszczalne wodorotlenki metali nie mogą generować roztworów tak zasadowych jak roztwory NaOH.
Z powyższego można wywnioskować, że wodorotlenki wykazują bardzo różne właściwości, związane ze strukturą chemiczną i oddziaływaniami między metalem a OH. Tak więc, chociaż wiele jest jonowych, o różnych strukturach krystalicznych, inne z kolei prezentują złożone i nieuporządkowane struktury polimerowe.
Właściwości wodorotlenków
Anion OH-
Jon hydroksylowy jest atomem tlenu kowalencyjnie związanym z wodorem. Zatem można to łatwo przedstawić jako OH-. Ładunek ujemny znajduje się na tlenu, co czyni ten anion gatunkiem oddającym elektrony: bazą.
Jeśli OH- oddaje swoje elektrony wodórowi, tworzy się cząsteczka H2O. Możesz także przekazać swoje elektrony dodatnio naładowanym gatunkom: jak centra metalu M+. Tak więc kompleks koordynacyjny powstaje poprzez łącze celownicze M-OH (tlen przyczynia się do pary elektronów).
Jednak aby tak się stało, tlen musi być w stanie skutecznie koordynować z metalem, w przeciwnym razie interakcje między M i OH będą miały zaznaczony charakter jonowy (M+ OH-). Ponieważ jon hydroksylowy jest taki sam we wszystkich wodorotlenkach, różnica między nimi polega na kationie, który mu towarzyszy.
Ponadto, ponieważ ten kation może pochodzić z dowolnego metalu w układzie okresowym (grupy 1, 2, 13, 14, 15, 16 lub z metali przejściowych), właściwości takich wodorotlenków znacznie się różnią, chociaż wszystkie z nich kontemplują wspólne niektóre aspekty.
Charakter jonowy i podstawowy
W wodorotlenkach, chociaż mają wiązania koordynacyjne, mają utajony charakter jonowy. W niektórych, takich jak NaOH, jego jony są częścią sieci krystalicznej utworzonej przez kationy Na.+ i aniony OH- w proporcjach 1: 1; to znaczy dla każdego jonu Na+ jest jon OH- kontrahent.
W zależności od obciążenia metalem będzie więcej lub mniej anionów OH- wokół niego. Na przykład dla kationu metalicznego M2+ będą dwa jony OH- interakcja z nim: M (OH)2, co jest przedstawione jako HO- M2+ OH-. Podobnie dzieje się z metalami M3+ z innymi dodatnimi opłatami (choć rzadko przekraczającymi 3+).
Ten charakter jonowy jest odpowiedzialny za wiele właściwości fizycznych, takich jak temperatura topnienia i temperatura wrzenia. Są one wysokie, co odzwierciedla siły elektrostatyczne działające w sieci krystalicznej. Ponadto, gdy wodorotlenki są rozpuszczone lub stopione, mogą przewodzić prąd elektryczny dzięki ruchliwości ich jonów.
Jednak nie wszystkie wodorotlenki mają takie same sieci krystaliczne. Ci z najbardziej stabilnymi będą mniej skłonni do rozpuszczania się w polarnych rozpuszczalnikach, takich jak woda. Zgodnie z ogólną zasadą, im bardziej rozbieżne są promienie jonowe M+ i OH-, bardziej rozpuszczalny będzie taki sam.
Okresowy trend
Powyższe wyjaśnia, dlaczego rozpuszczalność wodorotlenków metali alkalicznych wzrasta w miarę schodzenia grupy. Zatem rosnąca kolejność rozpuszczalności w wodzie jest następująca: LiOH OH- jest małym anionem, a gdy kation staje się większy, sieć krystaliczna słabnie energetycznie. Z drugiej strony, metale ziem alkalicznych tworzą mniej rozpuszczalne wodorotlenki ze względu na ich wyższe ładunki dodatnie. To dlatego, że M2+ Przyciąga silniej OH- w porównaniu do M+. Podobnie jego kationy są mniejsze, a zatem mniej nierówne pod względem OH-. Wynikiem tego jest eksperymentalny dowód, że NaOH jest znacznie bardziej podstawowy niż Ca (OH)2. To samo rozumowanie można zastosować do innych wodorotlenków, zarówno dla metali przejściowych, jak i dla metali z p-blokami (Al, Pb, Te itd.). Również mniejszy i większy promień jonowy oraz ładunek dodatni M+, jonowy charakter wodorotlenku będzie niższy, innymi słowy, o bardzo wysokiej gęstości obciążenia. Przykładem tego jest wodorotlenek berylu, Be (OH)2. The Be2+ Jest to bardzo mały kation, a jego dwuwartościowy ładunek czyni go bardzo elektrycznie bardzo gęstym. Wodorotlenki M (OH)2 reagują z kwasami tworząc aquokompleks, czyli M+ Kończy się w otoczeniu cząsteczek wody. Istnieje jednak ograniczona liczba wodorotlenków, które mogą również reagować z zasadami. Są to tak zwane wodorotlenki amfoteryczne. Amfoteryczne wodorotlenki reagują z kwasami i zasadami. Druga sytuacja może być reprezentowana przez następujące równanie chemiczne: M (OH)2 + OH- => M (OH)3- Ale jak ustalić, czy wodorotlenek jest amfoteryczny? Poprzez prosty eksperyment laboratoryjny. Ponieważ wiele wodorotlenków metali jest nierozpuszczalnych w wodzie, przez dodanie mocnej zasady do roztworu z jonami M.+ rozpuszczony, na przykład Al3+, wytrąci odpowiedni wodorotlenek: Al3+(ac) + 3OH-(ac) => Al (OH)3(s) Ale mając nadmiar OH- wodorotlenek nadal reaguje: Al (OH)3(s) + OH- => Al (OH)4-(ac) W rezultacie nowy ujemnie naładowany kompleks jest solwatowany przez otaczające cząsteczki wody, rozpuszczając białą substancję stałą wodorotlenku glinu. Te wodorotlenki, które pozostają niezmienione z dodatkiem dodatkowej zasady, nie zachowują się jak kwasy, a zatem nie są amfoteryczne. Wodorotlenki mogą mieć struktury krystaliczne podobne do struktur wielu soli lub tlenków; niektóre proste, a inne bardzo złożone. Ponadto te, w których występuje spadek charakteru jonowego, mogą przedstawiać centra metaliczne połączone mostkami tlenowymi (HOM-O-MOH). W rozwiązaniu struktury są różne. Chociaż dla bardzo rozpuszczalnych wodorotlenków wystarczy uznać je za jony rozpuszczone w wodzie, dla innych konieczne jest uwzględnienie chemii koordynacji. Tak więc każdy kation M+ Może być skoordynowany z ograniczoną liczbą gatunków. Im większa jest objętość, tym większa jest liczba cząsteczek wody lub OH- związany z nim. Stąd słynny ośmiościan koordynacji wielu metali rozpuszczonych w wodzie (lub w dowolnym innym rozpuszczalniku): M (OH2)6+n, będący n równy dodatniemu ładunkowi metalu. The Cr (OH)3, Na przykład naprawdę tworzy ośmiościan. Jak? Biorąc pod uwagę związek jako [Cr (OH2)3(OH)3], z których trzy cząsteczki wody są zastąpione anionami OH-. Jeśli wszystkie cząsteczki zostały zastąpione przez OH-, następnie uzyskanoby kompleks ładunku ujemnego i struktury oktaedrycznej [Cr (OH)6]3-. Ładunek -3 jest wynikiem sześciu ładunków ujemnych OH-. Wodorotlenki można uważać za „tlenki uwodnione”. Jednak w nich „woda” ma bezpośredni kontakt z M+; podczas gdy w uwodnionych tlenkach MO · nH2Lub cząsteczki wody są częścią zewnętrznej sfery koordynacji (nie są blisko metalu). Wspomniane cząsteczki wody można ekstrahować przez ogrzewanie próbki wodorotlenku: M (OH)2 + Q (ciepło) => MO + H2O MO jest tlenkiem metalu powstającym w wyniku odwodnienia wodorotlenku. Przykładem tej reakcji jest ta obserwowana podczas odwadniania wodorotlenku miedziowego, Cu (OH)2: Cu (OH)2 (niebieski) + Q => CuO (czarny) + H2O Jaki jest właściwy sposób wymieniania wodorotlenków? IUPAC zaproponował trzy nomenklatury do tego celu: tradycyjne, magazynowe i systematyczne. Prawidłowe jest użycie dowolnej z tych trzech, jednak w przypadku niektórych wodorotlenków wygodniejsze lub praktyczniejsze może być wymienienie tego w taki czy inny sposób.. Tradycyjna nomenklatura polega po prostu na dodaniu przyrostka -ico do najwyższej wartościowości prezentowanej przez metal; i przyrostek -oso do najniższego. Na przykład, jeśli metal M ma wartościowość +3 i +1, wodorotlenek M (OH)3 będzie nazywany wodorotlenkiem (nazwa metalu)ico, podczas gdy wodorotlenek MOH (nazwa metalu)niedźwiedź. Aby określić wartościowość metalu w wodorotlenku, wystarczy obserwować liczbę po OH zawartą w nawiasach. Tak więc, M (OH)5 oznacza, że metal ma ładunek lub wartościowość +5. Główną wadą tej nomenklatury jest jednak to, że może być skomplikowana dla metali o więcej niż dwóch stopniach utlenienia (jak w przypadku chromu i manganu). W takich przypadkach hiper- i hipo- prefiksy są używane do oznaczania najwyższych i najniższych wartościowości.. Tak więc, jeśli M zamiast mieć tylko wartościowości +3 i +1, ma również +4 i +2, to nazwy jego wodorotlenków o wyższej i niższej wartościowości to: wodorotlenek hiper(nazwa metalu)ico, i wodorotlenek hipo(nazwa metalu)niedźwiedź. Ze wszystkich nomenklatur jest to najprostsza. Tutaj po nazwie wodorotlenku następuje po prostu wartościowość metalu zawarta w nawiasach i zapisana cyframi rzymskimi. Ponownie dla M (OH)5, na przykład jego nomenklatura zapasów to: wodorotlenek (nazwa metalu) (V). (V) oznacza wtedy (+5). Wreszcie systematyczna nomenklatura charakteryzuje się wykorzystaniem prefiksów mnożnikowych (di-, tri-, tetra-, penta-, hexa, itp.). Te prefiksy są używane do określenia zarówno liczby atomów metalu, jak i jonów OH-. W ten sposób M (OH)5 Ma on nazwę: pentahydroksyd (nazwa metalu). W przypadku Hg2(OH)2, na przykład byłby to dwuwodorotlenek dimercurium; jeden z wodorotlenków, których struktura chemiczna jest na pierwszy rzut oka złożona. Niektóre przykłady wodorotlenków i odpowiadających im nomenklatur są następujące: -NaOH (wodorotlenek sodu) -Ca (OH) 2 (wodorotlenek wapnia) -Fe (OH)3. (Wodorotlenek żelaza; wodorotlenek żelaza (III); lub trójwodorotlenek żelaza) -V (OH)5 (Wodorotlenek pervanadowy; wodorotlenek wanadu (V); lub pentahydroksyd wanadu). -Sn (OH)4 (Wodorotlenek statyczny; wodorotlenek cyny (IV); lub tetrahydroksyna cyny). -Ba (OH)2 (Wodorotlenek baru lub wodorotlenek baru). -Mn (OH)6 (Wodorotlenek manganu, wodorotlenek manganu (VI) lub heksahydroksyd manganu). -AgOH (wodorotlenek srebra, wodorotlenek srebra lub wodorotlenek srebra). Należy zauważyć, że dla tego związku nie ma rozróżnienia między zapasami a nomenklaturami systematycznymi. -Pb (OH)4 (Wodorotlenek sodu, wodorotlenek ołowiu (IV) lub czterowodorotlenek ołowiu). -LiOP (wodorotlenek litu). -Cd (OH) 2 (wodorotlenek kadmu) -Ba (OH)2 (Wodorotlenek baru) -Wodorotlenek chromuAnfoterismo
Struktury
Reakcja odwodnienia
Nomenklatura
Tradycyjny
Zapasy
Systematyka
Przykłady wodorotlenków
Referencje