Plik wodorotlenki są nieorganicznymi i trójskładnikowymi związkami, które składają się na interakcję między kationem metalu a grupą funkcyjną OH (anion wodorotlenkowy, OH-). Większość z nich ma charakter jonowy, chociaż mogą mieć również wiązania kowalencyjne.
Na przykład wodorotlenek można przedstawić jako oddziaływanie elektrostatyczne między kationem M.+ i anion OH-, lub jako wiązanie kowalencyjne poprzez wiązanie M-OH (dolny obraz). W pierwszym występuje wiązanie jonowe, w drugim kowalencyjne. Fakt ten zależy zasadniczo od metalu lub kationu M.+, jak również jego ładunek i promień jonowy.
Ponieważ większość z nich pochodzi z metali, można je nazwać wodorotlenkami metali.
Indeks artykułów
Istnieją dwie główne drogi syntezy: poprzez reakcję odpowiedniego tlenku z wodą lub z mocną zasadą w środowisku kwaśnym:
MO + HdwaO => M (OH)dwa
MO + H+ + O- => M (OH)dwa
Tylko te tlenki metali rozpuszczalne w wodzie reagują bezpośrednio, tworząc wodorotlenek (pierwsze równanie chemiczne). Inne są nierozpuszczalne i do uwolnienia M. wymagają związków kwaśnych+, który następnie wchodzi w interakcję z OH- z silnych zasad (drugie równanie chemiczne).
Jednak te mocne zasady to wodorotlenki metali NaOH, KOH i inne z grupy metali alkalicznych (LiOH, RbOH, CsOH). Są to związki jonowe dobrze rozpuszczalne w wodzie, stąd ich OH- mogą swobodnie uczestniczyć w reakcjach chemicznych.
Z drugiej strony istnieją nierozpuszczalne wodorotlenki metali, które w konsekwencji są bardzo słabymi zasadami. Niektóre z nich są nawet kwaśne, jak ma to miejsce w przypadku kwasu tellurowego, Te (OH)6.
Wodorotlenek ustala równowagę rozpuszczalności z otaczającym rozpuszczalnikiem. Jeśli na przykład jest to woda, równowaga jest wyrażona w następujący sposób:
M (OH)dwa <=> Mdwa+(ac) + OH-(ac)
Gdzie (ac) oznacza, że ośrodek jest wodny. 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 NaOH..
Z powyższego można wywnioskować, że wodorotlenki wykazują bardzo różne właściwości, związane ze strukturą chemiczną i interakcjami między metalem a OH. Tak więc, chociaż wiele z nich jest jonowych, o różnych strukturach krystalicznych, inne mają złożone i nieuporządkowane struktury polimerowe..
Jon hydroksylowy to atom tlenu związany kowalencyjnie z wodorem. Zatem można to łatwo przedstawić jako OH-. Ujemny ładunek znajduje się w tlenie, dzięki czemu ten anion jest donorem elektronów: zasadą.
Jeśli OH- przekazuje swoje elektrony wodórowi, powstaje cząsteczka H.dwaO. Możesz także przekazać swoje elektrony dodatnio naładowanym gatunkom, takim jak centra metali+. W ten sposób kompleks koordynacyjny jest tworzony przez celujące wiązanie M-OH (tlen dostarcza parę elektronów).
Jednak aby tak się stało, tlen musi być w stanie skutecznie koordynować się z metalem, w przeciwnym razie interakcje między M i OH będą miały wyraźny charakter jonowy (M+ O-). Ponieważ jon hydroksylowy jest taki sam we wszystkich wodorotlenkach, różnica między nimi wszystkimi polega na kationie, który mu towarzyszy.
Podobnie, ponieważ ten kation może pochodzić z dowolnego metalu w układzie okresowym (grupy 1, 2, 13, 14, 15, 16 lub metale przejściowe), właściwości takich wodorotlenków są bardzo różne, chociaż wszystkie rozważają wspólne niektóre aspekty.
W wodorotlenkach, chociaż mają wiązania koordynacyjne, mają utajony charakter jonowy. W niektórych, takich jak NaOH, ich jony są częścią sieci krystalicznej zbudowanej z kationów Na+ i aniony OH- w proporcjach 1: 1; to znaczy dla każdego jonu Na+ jest jon OH- odpowiednik.
W zależności od ładunku metalu będzie mniej lub więcej anionów OH- dookoła tego. Na przykład dla kationu metalu Mdwa+ będą dwa jony OH- interakcji z nim: M (OH)dwa, co jest naszkicowane jako HO- Mdwa+ O-. W ten sam sposób dzieje się z metalami M3+ i z innymi z bardziej dodatnimi ładunkami (chociaż rzadko przekraczają 3+).
Ten charakter jonowy jest odpowiedzialny za wiele właściwości fizycznych, takich jak temperatura topnienia i wrzenia. Są one wysokie, odzwierciedlając siły elektrostatyczne działające w sieci krystalicznej. Podobnie, gdy wodorotlenki rozpuszczają się lub topią, mogą przewodzić prąd elektryczny ze względu na ruchliwość ich jonów..
Jednak nie wszystkie wodorotlenki mają takie same sieci krystaliczne. Te z najbardziej stabilnymi będą mniej podatne na rozpuszczanie się w polarnych rozpuszczalnikach, takich jak woda. Z reguły im bardziej zróżnicowane są promienie jonowe M+ i OH-, bardziej rozpuszczalny będzie taki sam.
To wyjaśnia, dlaczego rozpuszczalność wodorotlenków metali alkalicznych zwiększa się wraz ze wzrostem grupy. Zatem rosnąca kolejność ich 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 gorzej rozpuszczalne wodorotlenki ze względu na ich wyższy ładunek dodatni. To dlatego, że Mdwa+ przyciąga OH silniej- w porównaniu do M.+. Podobnie jego kationy są mniejsze, a zatem mniej nierówne pod względem wielkości w stosunku do OH-. Wynikiem tego są eksperymentalne dowody na to, że NaOH jest znacznie bardziej zasadowy niż Ca (OH).dwa. To samo rozumowanie można zastosować dla innych wodorotlenków, zarówno tych z metali przejściowych, jak i dla metali blokowych typu p (Al, Pb, Te itp.). Również mniejszy i większy promień jonowy i dodatni ładunek M.+, im niższy charakter jonowy wodorotlenku, innymi słowy, tych o bardzo dużej gęstości ładunku. Przykładem tego jest wodorotlenek berylu Be (OH)dwa. On jestdwa+ jest to bardzo mały kation, a jego dwuwartościowy ładunek sprawia, że jest bardzo gęsty elektrycznie. Wodorotlenki M (OH)dwa reagują z kwasami, tworząc wodny kompleks, to znaczy M+ zostaje otoczony cząsteczkami wody. Jednak istnieje ograniczona liczba wodorotlenków, które mogą również reagować z zasadami. Są to tak zwane wodorotlenki amfoteryczne. Wodorotlenki amfoteryczne reagują zarówno z kwasami, jak i zasadami. Drugą sytuację można przedstawić za pomocą następującego równania chemicznego: M (OH)dwa + O- => M (OH)3- Ale jak ustalić, czy wodorotlenek jest amfoteryczny? Poprzez prosty eksperyment laboratoryjny. Ponieważ wiele wodorotlenków metali jest nierozpuszczalnych w wodzie, dodanie mocnej zasady do roztworu z jonami M.+ rozpuszczony, na przykład Al3+, odpowiedni wodorotlenek wytrąci się: Do3+(aq) + 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 biały stały wodorotlenek glinu. Te wodorotlenki, które pozostają niezmienione po dodatkowym dodatku zasady, nie zachowują się jak kwasy i dlatego nie są amfoteryczne. Wodorotlenki mogą mieć strukturę krystaliczną podobną do wielu soli lub tlenków; niektóre proste, a inne bardzo złożone. Dodatkowo w tych, w których następuje spadek charakteru jonowego, mogą występować centra metali połączone mostkami tlenowymi (HOM-O-MOH). W rozwiązaniu struktury są różne. Chociaż w przypadku wodorotlenków wysoko rozpuszczalnych wystarczy uznać je za jony rozpuszczone w wodzie, w przypadku innych konieczne jest uwzględnienie chemii koordynacyjnej. Zatem każdy kation M+ może być skoordynowany z ograniczoną liczbą gatunków. Im jest większy, tym większa jest liczba cząsteczek wody lub OH.- powiązany z nim. Stąd pochodzi słynny ośmiościan koordynacyjny wielu metali rozpuszczonych w wodzie (lub jakimkolwiek innym rozpuszczalniku): M (OHdwa)6+n, gdzie n jest równe dodatnemu ładunkowi metalu. Cr (OH)3, na przykład faktycznie tworzy ośmiościan. W jaki sposób? Rozważając związek jako [Cr (OHdwa)3(O)3], z których trzy cząsteczki wody zostały zastąpione anionami OH-. Gdyby wszystkie cząsteczki zostały zastąpione przez OH-, wtedy kompleks o ładunku ujemnym i strukturze oktaedrycznej [Cr (OH)6]3-. Ładunek -3 jest wynikiem sześciu ujemnych ładunków OH-. Wodorotlenki można uznać za „tlenki uwodnione”. Jednak w nich „woda” jest w bezpośrednim kontakcie z M.+; natomiast w tlenkach uwodnionych MO nHdwaLub cząsteczki wody są częścią zewnętrznej sfery koordynacyjnej (nie są blisko metalu). Te cząsteczki wody można wyekstrahować przez podgrzanie próbki wodorotlenku: M (OH)dwa + Q (ciepło) => MO + HdwaLUB MO to tlenek metalu powstały w wyniku odwodnienia wodorotlenku. Przykładem takiej reakcji jest ta obserwowana podczas odwadniania wodorotlenku miedziowego Cu (OH)dwa: Cu (OH)dwa (niebieski) + Q => CuO (czarny) + HdwaLUB Jak właściwie wspomnieć o wodorotlenkach? W tym celu IUPAC zaproponował trzy nomenklatury: tradycyjną, tradycyjną i systematyczną. Prawidłowe jest użycie któregokolwiek z trzech, jednak w przypadku niektórych wodorotlenków wygodniejsze lub praktyczne może być wspomnienie o tym w taki czy inny sposób. Tradycyjna nomenklatura polega po prostu na dodaniu przyrostka -ico do najwyższej wartościowości metalu; a przyrostek -oso do najniższego. Tak więc, na przykład, jeśli metal M ma wartościowości +3 i +1, wodorotlenek M (OH)3 będzie nazywany wodorotlenkiem (nazwa metalu)i co, podczas gdy wodorotlenek MOH (nazwa metalu)Niedźwiedź. Aby określić wartościowość metalu w wodorotlenku, wystarczy spojrzeć na liczbę po OH w nawiasach. Zatem M (OH)5 oznacza, że metal ma ładunek lub wartościowość +5. Główną wadą tej nomenklatury jest jednak to, że może być ona skomplikowana w przypadku metali o więcej niż dwóch stopniach utlenienia (takich jak chrom i mangan). W takich przypadkach przedrostki hyper- i hypo- są używane do oznaczenia najwyższych i najniższych wartościowości.. Tak więc, jeśli M zamiast mieć tylko +3 i +1 wartościowości, ma również +4 i +2, to nazwy jego wodorotlenków o najwyższej i najniższej wartościowości to: wodorotlenek hyper(nazwa metalu)i co, i wodorotlenek czkawka(nazwa metalu)Niedźwiedź. Ze wszystkich nomenklatur jest to najprostsze. Tutaj po nazwie wodorotlenku następuje po prostu wartościowość metalu ujęta w nawias i zapisana cyframi rzymskimi. Ponownie dla M (OH)5, na przykład nomenklatura zapasów będzie wyglądać następująco: (nazwa metalu) wodorotlenek (V). (V) oznacza wtedy (+5). Wreszcie systematyczna nomenklatura charakteryzuje się uciekaniem się do mnożenia przedrostków (di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- itp.). Te przedrostki służą do określenia zarówno liczby atomów metali, jak i jonów OH.-. W ten sposób M (OH)5 nazwany jako: (nazwa metalu) pentahydroksyd. W przypadku Hgdwa(O)dwa, na przykład byłby to diwodorotlenek dimerku; jeden z wodorotlenków, którego budowa chemiczna jest na pierwszy rzut oka złożona. Oto kilka przykładów wodorotlenków i odpowiadających im nomenklatur: -NaOH (wodorotlenek sodu) -Ca (OH) 2 (wodorotlenek wapnia) -Fe (OH)3. (Wodorotlenek żelazowy; wodorotlenek żelaza (III); lub trójwodorotlenek żelaza) -V (OH)5 (Wodorotlenek nadanadowy; Wodorotlenek wanadu (V); lub pentahydroksyd wanadu). -Sn (OH)4 (Wodorotlenek stanowy; wodorotlenek cyny (IV); lub czterowodorotlenek cyny). -Ba (OH)dwa (Wodorotlenek baru lub diwodorotlenek baru). -Mn (OH)6 (Wodorotlenek manganu, wodorotlenek manganu (VI) lub sześciowodorotlenek manganu). -AgOH (wodorotlenek srebra, wodorotlenek srebra lub wodorotlenek srebra). Należy zauważyć, że w przypadku tego związku nie ma rozróżnienia między nomenklaturą podstawową i systematyczną. -Pb (OH)4 (Wodorotlenek ołowiu, wodorotlenek ołowiu (IV) lub czterowodorotlenek ołowiu). -LiOP (wodorotlenek litu). -Cd (OH) 2 (wodorotlenek kadmu) -Ba (OH)dwa (Wodorotlenek baru) -Wodorotlenek chromuAmfoterycyzm
Struktury
Reakcja na odwodnienie
Nomenklatura
Tradycyjny
Zbiory
Systematyczny
Przykłady wodorotlenków
Bibliografia
Jeszcze bez komentarzy