Wodorotlenki to związki chemiczne o stałym stanie skupienia, zbudowane z kationów metalu i anionów wodorotlenkowych. Jony te przyciągają się w wyniku działania sił elektrostatycznych, tworząc sieć krystaliczną. Wodorotlenki można otrzymać przez dodanie metalu lub tlenku metalu do wody, a także przez reakcję kwasu z zasadą. Reakcja metali z wodą jest uzależniona od ich aktywności. Na przykład, metale alkaliczne, takie jak sód, potas i lit, są bardzo reaktywne i reagują z wodą, tworząc wodorotlenki i wodór. Z kolei metale ziem alkalicznych, takie jak wapń, magnez i cynk, reagują z wodą tylko w obecności kwasów.
Wodorotlenki metali: definicja i zastosowanie
Co to są wodorotlenki metali?
Wodorotlenki metali to związki chemiczne, które powstają w wyniku reakcji metalu z wodą lub z zasadą. Wodorotlenki metali składają się z kationu metalu oraz anionu wodorotlenkowego (OH-).
Wzory ogólne i grupy wodorotlenkowe
Wodorotlenki metali można zapisywać za pomocą ogólnych wzorów, które uwzględniają wartościowość metalu. W przypadku metali jednowartościowych, wzór ogólny przybiera postać MOH, gdzie M oznacza metal, a OH to grupa wodorotlenkowa. W przypadku metali o wartościowości większej niż jeden, wzór ogólny ma postać Mn(OH)2 lub Mn(OH)3, gdzie n odpowiada wartościowości metalu.
Przykładowe wzory wodorotlenków metali jednowartościowych:
| Wodorotlenek | Wzór |
|---|---|
| Lit | LiOH |
| Sód | NaOH |
| Potas | KOH |
Przykładowe wzory wodorotlenków metali o wartościowości większej niż jeden:
| Wodorotlenek | Wzór |
|---|---|
| Magnez | Mg(OH)2 |
| Wapń | Ca(OH)2 |
| Glin | Al(OH)3 |
Struktura krystaliczna wodorotlenków
Wodorotlenki metali tworzą jedno ciało stałe, którego struktura krystaliczna składa się z kationów metalu i anionów wodorotlenkowych, wymieszanych w równych proporcjach i mocno upakowanych.
Grupa wodorotlenkowa OH
Grupa wodorotlenkowa OH składa się z atomu tlenu i atomu wodoru, co można zapisać symbolicznie jako OH-. Wodorotlenki metali można przedstawić jako związki, w których grupy wodorotlenkowe są połączone z kationami metalu.
Związki chemiczne w tabeli
W tabeli przedstawiono związki chemiczne:
- wodorotlenek żelaza dwa o wzorze FeOH2,
- wodorotlenek żelaza trzy o wzorze FeOH3,
- wodorotlenek glinu o wzorze AlOH3,
- wodorotlenek wapnia o wzorze CaOH2.
Wskaźniki chemiczne
Definicja wskaźników
Wskaźniki to substancje, które pozwalają na wykrycie innych substancji, np. poprzez zmianę barwy.
Przykłady wskaźników w życiu codziennym
Przykładami wskaźników w życiu codziennym są herbata z sokiem z cytryny, która zmienia kolor pod wpływem kwasu cytrynowego, oraz sok z buraków, który przyjmuje intensywny czerwony kolor pod wpływem kwasów takich jak kwas cytrynowy czy octowy.
Wskaźnik wodorotlenkowy
Jednym z przykładów wskaźnika chemicznego jest wywar z czerwonej kapusty, który zmienia barwę w wodnych roztworach zawierających metale i tlenki metali, w tym wodorotlenki.
Zdjęcie zlewki z wskaźnikiem
Na zdjęciu przedstawiono dwie zlewki z sokiem z czerwonej kapusty jako wskaźnikiem. Zlewka po lewej stronie jest fioletowa i oznaczona numerem jeden, a na niej naklejka z napisem „Sok z czerwonej kapusty”. Zlewka po prawej stronie jest zielona i opisana numerem dwa, a na niej naklejka z napisem „Wodorotlenek”.
Zmiany barw wskaźników
Tabela przedstawia pięć różnych wskaźników chemicznych i ich zmiany barw pod wpływem wodnego roztworu wodorotlenku. Kolumny tekstowe i wizualne z różnymi kolorami tła przedstawiają barwy wskaźników w wodzie destylowanej oraz w środowisku zasadowym.
Prezentacja wskaźników pH
Wskaźniki pH to substancje, które zmieniają swoje właściwości w zależności od odczynu roztworu. Oto przedstawione wskaźniki, ich barwy w różnych roztworach oraz sposób ich otrzymywania:
Wywar z czerwonej kapusty
Wywar z czerwonej kapusty zawiera antocyjany, które zmieniają kolor w zależności od pH. W wodzie destylowanej kolor wywaru jest fioletowo-niebieski, a w roztworze wodorotlenku zielony.
Uniwersalny papierek wskaźnikowy
Uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienia kolor w zależności od pH roztworu. W wodzie destylowanej jest żółty, a w roztworze wodorotlenku niebieski.
Fenoloftaleina
Fenoloftaleina zmienia swoją barwę z bezbarwnej na malinową w roztworze wodorotlenku, a w wodzie destylowanej pozostaje bezbarwna.
Oranż metylowy
Oranż metylowy zmienia swoją barwę z żółtopomarańczowej w wodzie destylowanej na żółtą w roztworze wodorotlenku.
Lakmus
Lakmus zmienia kolor z fioletowego na niebieski w roztworze wodorotlenku, a w wodzie destylowanej pozostaje fioletowy. Obecnie lakmus jest rzadko stosowany jako wskaźnik kwasowo-zasadowy.
Obserwacja reakcji sodu, magnezu i miedzi z wodą i fenoloftaleiną
Zakres eksperymentu
W ramach eksperymentu będziemy obserwować reakcje sodu, magnezu i miedzi z wodą i fenoloftaleiną.
Przebieg eksperymentu
- Przygotuj probówkę z niebieską cieczą i umieść ją nad palnikiem gazowym.
- Jeśli nie obserwujesz żadnych zmian w probówce, podgrzej zawartość za pomocą palnika.
- Zidentyfikuj gaz wydzielający się z probówki, używając zapalonej zapałki.
Interfejs aplikacji
W centralnym obszarze okna aplikacji znajduje się grafika przedstawiająca palnik gazowy nad którym wisi probówka z niebieską cieczą. Po lewej stronie znajdują się trzy ikony ustawione w kolumnie. Na każdej z nich jest rysunek metalu oraz podpis. Kolejno od góry są to: sód, magnez i miedź.
Reakcja sodu z wodą i fenoloftaleiną
Kliknięcie ikony z sodem powoduje wywołanie animacji wrzucenia danego kawałka metalu do probówki. Reakcja rozpoczyna się natychmiast, zawartość probówki zmienia kolor na fioletowy, pojawiają się pęcherzyki gazu. Obok próbówki pojawia się napis: woda plus fenoloftaleina plus nafta, aby reakcja przebiegła spokojnie.
Reakcja magnezu z wodą i fenoloftaleiną
Kliknięcie ikony z magnezem nie powoduje reakcji, ale kliknięcie palnika, co powoduje jego zapalenie powoduje wydzielenie się gazu w probówce, zmianę koloru zawartości na fioletowy, a po prawej stronie pojawia się zapis woda plus fenoloftaleina.
Reakcja miedzi z wodą i fenoloftaleiną
Kliknięcie ikony z miedzią nie powoduje reakcji, również po włączeniu palnika.
Reakcje zapałki z sodem, magnezem i miedzią
Ostatnią czynnością do przeprowadzenia po wrzuceniu do probówki metalu oraz ewentualnym włączeniu palnika jest kliknięcie ikony zapałki znajdującej się pomiędzy ikonami metali, a palnikiem. Powoduje to wyświetlenie animacji przeniesienia zapałki nad probówkę. Efekt zależy od tego, co wrzuciło się do probówki.
Aplikacja interaktywna do testowania reakcji metalów z wodą
Opis aplikacji
Aplikacja interaktywna pozwala na testowanie reakcji niektórych metali z wodą. Aby uruchomić test, należy wpisać polecenie tekstowe w górnym polu okna. Następnie, należy wybrać jeden z trzech dostępnych metalów: sód, magnez lub miedź.
Obszar aplikacji
W centralnej części okna aplikacji znajduje się grafika przedstawiająca palnik gazowy, nad którym wisi probówka z niebieską cieczą. Po lewej stronie znajdują się trzy ikony ustawione w kolumnie z rysunkami metali i ich nazwami.
Reakcje metalów
- Sód: kliknięcie ikony sody wywołuje natychmiastową reakcję z wodą, w wyniku której zawartość probówki zmienia kolor na fioletowy, a pojawiają się pęcherzyki gazu. Obok próbówki pojawia się napis „woda plus fenoloftaleina plus nafta”, aby reakcja przebiegła spokojnie. Po kliknięciu ikony zapałki, słychać wyraźne pyknięcie charakterystyczne dla eksplodującego wodoru. Po prawej stronie okna aplikacji pojawia się zapis reakcji: 2Na plus 2H2O daje w efekcie 2NaOH plus H2 w postaci gazowej.
- Magnez: po kliknięciu ikony magnezu, nie dzieje się nic. Jednak, po kliknięciu palnika, co powoduje jego zapalenie, wydziela się gaz, zawartość zmienia kolor na fioletowy, a po prawej stronie pojawia się zapis „woda plus fenoloftaleina”.
- Miedź: po kliknięciu ikony miedzi, żadna reakcja nie zachodzi, również po włączeniu palnika.
Uwagi końcowe
Ostatnią czynnością do przeprowadzenia po wrzuceniu do probówki metalu oraz ewentualnym włączeniu palnika jest kliknięcie ikony zapałki znajdującej się pomiędzy ikonami metali, a palnikiem. Efekt zależy od tego, co wrzuciło się do probówki.
Reakcja metali z wodą
Zjawisko reakcji metali z wodą jest jednym z podstawowych tematów chemii. W wyniku reakcji powstają wodorotlenki i wodór. Litowce reagują z wodą gwałtowniej niż berylowce. Metale aktywne z grup 1. i 2. układu okresowego reagują z wodą, natomiast metale innych grup (np. miedź) są mniej aktywne i nie reagują z wodą.
Reakcja magnezu z wodą
Podczas reakcji magnezu z wodą, słychać wyraźne pyknięcie charakterystyczne dla eksplodującego wodoru. Pojawia się zapis reakcji: Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2 (gaz). Reakcja ta zachodzi w podwyższonej temperaturze.
Reakcja miedzi z wodą
Metale mniej aktywne, takie jak miedź, nie reagują z wodą. Pojawia się zapis reakcji: Cu + H2O → brak reakcji.
Układ okresowy pierwiastków
Ilustracja przedstawia fragment układu okresowego pierwiastków. Dwie pierwsze grupy, litowce i berylowce wraz z wodorem, odpowiadające mu kwadratu, reagują z wodą. Pola układu okresowego nie zawierają wszystkich informacji o pierwiastkach, a jedynie symbol i liczbę atomową. Aktywność metali rośnie ze wzrostem liczby atomowej w obrębie grupy.
Zasady działania tlenków metali
Niektóre tlenki metali reagują z wodą, tworząc zasadowe roztwory. Zasady te można obserwować za pomocą interaktywnej aplikacji.
Reakcja tlenków wapnia z wodą
Niewielka ilość tlenku wapnia rozpuszcza się w wodzie, a reszta opada na dno. W wyniku reakcji wydziela się ciepło – jest to reakcja egzoenergetyczna. Po dodaniu fenoloftaleiny roztwór zmienia zabarwienie na malinowo. Powstaje zasadowy roztwór wodorotlenku wapnia:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Interaktywna aplikacja
Aplikacja interaktywna pozwala na sprawdzenie reakcji tlenków sodu, magnezu i miedzi z wodą.
Instrukcja
W górnej części okna znajduje się polecenie tekstowe: „Do probówki z wodą z dodatkiem kilku kropli fenoloftaleiny wsyp tlenek sodu, tlenek magnezu lub tlenek miedzi dwa. Obserwuj zachodzące zmiany.”
Opis grafiki
W centralnym obszarze okna aplikacji znajduje się grafika przedstawiająca probówkę z niebieską cieczą podpisaną „Woda plus fenoloftaleina”. Po lewej stronie znajdują się trzy ikony ustawione w kolumnie. Na każdej z nich jest rysunek kupki białego, a w przypadku ostatniej ikony czarnego proszku oraz podpis. Kolejno od góry są to: tlenek sodu, tlenek magnezu oraz tlenek miedzi.
Animacje
Kliknięcie wybranej ikony powoduje wywołanie animacji wrzucenia danej substancji do probówki oraz wymieszania jej z wodą za pomocą szklanej bagietki. W przypadku tlenków sodu i magnezu powoduje to zmianę koloru zawartości probówki na fioletowy i zniknięcie z probówki wrzuconego proszku. W przypadku tlenku miedzi dwa do żadnej reakcji nie dochodzi, o czym informuje również napis po prawej stronie probówki.
Zapis reakcji
Zarówno po wrzuceniu do probówki tlenku sodu, jak i po wrzuceniu tlenku magnezu i odegraniu animacji po prawej stronie pojawia się sumary
Zadania
Ćwiczenie 1 – Uzupełnianie równań reakcji
W ramach zadania interaktywnego należy uzupełnić równania reakcji otrzymywania wodorotlenków, przeciągając w luki odpowiednie symbole lub wzory chemiczne substancji.
Przykładowe równania:
- Ca(OH)2 + H2O → 2NaOH
- CaO + H2O → Ca(OH)2 + H2↑
Ćwiczenie 2 – Ocena prawdziwości informacji
W zadaniu interaktywnym należy ocenić prawdziwość podanych informacji. Przykładowe stwierdzenia:
- Wszystkie metale reagują z wodą.
- W wyniku reakcji metalu aktywnego z wodą powstaje wodorotlenek i wydziela się wodór.
- W wyniku reakcji miedzi z wodą powstaje wodorotlenek miedzi.
- Miedź jest metalem bardziej aktywnym niż sód.
- W wyniku reakcji tlenku potasu z wodą wydziela się wodór.
Ćwiczenie 3.1 – Aplikacja interaktywna
W ramach aplikacji interaktywnej składającej się z trzech pól, należy przeciągnąć ikony umieszczone w kolumnie po prawej stronie okna aplikacji do odpowiednich pól. Poniżej tych pustych pól znajdują się rysunki. Pod polem lewym jest to rysunek probówki z fioletową cieczą i podpisem „Woda plus fenoloftaleina”.
Słowniczek
- Sieć krystaliczna: pojęcie abstrakcyjne, matematyczne, oznaczające powtarzające się w przestrzeni upakowanie drobin (pod określonymi kątami i w określonej odległości).
- Wodorotlenek: związek chemiczny zbudowany z kationów metalu i anionów wodorotlenkowych.
Praca domowa
Zadanie 1.1 – Infografika
Przygotuj infografikę przedstawiającą barwy wybranych wskaźników w środowisku obojętnym i zasadowym.
Opis aplikacji interaktywnej
Aplikacja interaktywna w formie układanki została stworzona jako ćwiczenie 4.1, aby umożliwić użytkownikom lepsze zrozumienie pojęć związanych z chemią. Aplikacja składa się z trzech pól znajdujących się w centralnej części okna, które są podzielone na kwadraty. W tych polach można przeciągnąć odpowiednie elementy, które reprezentują modele atomów. Każde pole jest jasno oznaczone i ma swój specyficzny zestaw elementów.
Elementy w aplikacji
Na lewo znajduje się pole, które składa się z trzech elementów i jest oznaczone jako „Wodorotlenek potasu”. W środku znajduje się pięcioelementowe pole oznaczone jako „Wodorotlenek magnezu”, a na prawo jest trójelementowe pole oznaczone jako „Wodorotlenek sodu”.
Poniżej tych pól znajduje się tło w kolorze zielonkawego prostokąta, na którym umieszczone są kolorowe kulki o różnych rozmiarach. Kolejność kulek i ich oznaczenia to:
- Mała biała kulka oznaczona jako H (symbol wodoru).
- Średnia czerwona kulka oznaczona jako O (symbol tlenu).
- Średnia zielona kulka oznaczona jako Mg (symbol magnezu).
- Większa fioletowa kulka oznaczona jako Na (symbol sodu).
- Duża ciemna kula oznaczona jako K (symbol potasu).
Rysunki w aplikacji
Pod polami z elementami znajdują się rysunki probówek, które mają za zadanie dodatkowo zobrazować związki chemiczne. Pod polem lewym jest rysunek probówki z fioletową cieczą i podpisem „Woda plus fenoloftaleina”. Pod polem środkowym jest rysunek probówki z fioletową cieczą oraz zapalonym palnikiem gazowym poniżej, również z podpisem „Woda plus fenoloftaleina”. Pod polem prawym jest rysunek probówki z niebieską cieczą oraz zapalonym palnikiem gazowym poniżej, również z podpisem „Woda plus fenoloftaleina”.
Interakcja w aplikacji
Aby rozwiązać zadanie, użytkownik musi przeciągnąć odpowiednie elementy ze zbioru kulki do odpowiednich pól reprezentujących wodorotlenki. Można to zrobić poprzez przeniesienie kulek z zielonkawego prostok
Przeglądasz ten artykuł: Wodorotlenki – ich budowa i otrzymywanie. Mamy nadzieję, że ten artykuł dostarczy Ci niezbędnych informacji.
