GirişKovalent bağ formülleri. Kimya suyu nasıl inceliyor? H2o formül bileşimi
Bir su molekülü bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan (H2O) oluşur. Bir su molekülünün yapısı şematik olarak şu şekilde gösterilebilir:
Su molekülü polar bir molekül olarak adlandırılır çünkü pozitif ve negatif yükleri bir merkez etrafında eşit olarak dağılmaz, pozitif ve negatif kutuplar oluşturacak şekilde asimetrik olarak yerleştirilir. Şekil son derece basitleştirilmiş biçimde iki hidrojen atomunun bir oksijen atomuna bağlanarak bir su molekülünü nasıl oluşturduğunu göstermektedir.
Şekilde işaretlenen açı ve atomlar arasındaki mesafe suyun toplanma durumuna bağlıdır (sürekli dalgalanmalar meydana geldiğinden denge parametreleri varsayılmaktadır). Yani buhar halinde açı 104° 40", O-H mesafesi 0,096 nm'dir; buzda açı 109° 30", O-H mesafesi 0,099 nm'dir. Buhar (serbest) durumdaki ve buzdaki bir molekülün parametresindeki fark, komşu moleküllerin etkisinden kaynaklanır. Sıvı fazdaki moleküller de etkilenir; burada komşu su moleküllerinin etkisine ek olarak, diğer maddelerin çözünmüş iyonlarının da güçlü bir etkisi vardır.
Su molekülünün bileşimini belirlemenin tarihi
Kimyanın başlangıcından bu yana bilim adamları, o zamanlar bilinen reaksiyonlar sonucunda ayrıştırılamadığı için uzun bir süre suyu basit bir madde olarak değerlendirdiler. Ayrıca suyun özelliklerinin değişmezliği de bu durumu doğruluyor gibi görünüyordu.1783 baharında Canendish, Cambridge laboratuvarında yeni keşfedilen "hayati hava" (o zamanlar oksijen olarak adlandırılıyordu) ve "yanıcı hava" (hidrojen olarak adlandırılıyordu) ile çalıştı. Bir hacim "hayati havayı" iki hacim "yanıcı hava" ile karıştırdı ve karışımın içinden bir elektrik deşarjı geçirdi. Karışım alevlendi ve şişenin duvarları sıvı damlacıklarıyla kaplandı. Sıvıyı inceleyen bilim adamı, bunun saf su olduğu sonucuna vardı. Daha önce benzer bir fenomen Fransız kimyager Pierre Macker tarafından tanımlanmıştı: Üzerinde sıvı damlacıklarının oluştuğu "yanıcı hava" alevine porselen bir tabak soktu. Ortaya çıkan sıvıyı inceleyip bunun su olduğunu keşfettiğinde Macker'ın ne kadar şaşırdığını hayal edin. Bunun bir tür paradoks olduğu ortaya çıktı: Yangını söndüren suyun kendisi yanma sırasında oluşuyor. Artık anladığımız gibi su, oksijen ve hidrojenden sentezlendi:
H2 + O2 → 2H2O + 136,74 kcal.
Normal koşullar altında bu reaksiyon gerçekleşmez ve hidrojenin aktif hale gelebilmesi için Cavendish'in deneylerinde olduğu gibi karışımın sıcaklığının örneğin bir elektrik kıvılcımı kullanılarak arttırılması gerekir. Henry Cavendish'in elinde sudaki oksijen ve hidrojen oranlarını belirlemek için yeterli veri vardı. Ama yapmadı. Belki de deneylerini yorumlamaya çalıştığı filojiston teorisine olan derin inancı onu engellemişti.
Cavendish'in deneyleriyle ilgili haberler aynı yılın Haziran ayında Paris'e ulaştı. Lavoisier bu deneyleri hemen tekrarladı, ardından bir dizi benzer deney gerçekleştirdi ve birkaç ay sonra, 12 Kasım 1783'te, Aziz Martin Günü'nde, Fransız Bilimler Akademisi'nin geleneksel toplantısında araştırmanın sonuçlarını bildirdi. Raporunun başlığı ilginçtir ve doğa bilimlerindeki büyük keşiflerin yapıldığı o sade, bilgiçlik taslayan çağın tipik bir örneğidir: "Suyun doğası ve bu maddenin, kesin olarak konuşursak, bir element olmadığını, ancak ayrıştırılabileceğini açıkça doğrulayan deneyler üzerine" ve yeniden oluştu.” Rapor hararetli itirazlarla karşılandı - Lavoisier'in verileri o zamanlar saygı duyulan ve popüler olan flojiston teorisiyle açıkça çelişiyordu. Suyun "yanıcı gazın" oksijenle birleştirilmesiyle oluştuğu ve (kütle olarak) ilkinin %15'ini ve ikincinin %85'ini (modern veriler - %11,19 ve %88,81) içerdiği sonucuna doğru bir şekilde varmıştır.
İki yıl sonra Lavoisier suyla deneylere geri döndü. Bilimler Akademisi, Lavoisier'e pratik bir görev verdi: ortaya çıkan havacılık sektörünün ihtiyaçları için en hafif gaz olan hidrojeni üretmenin ucuz bir yolunu bulmak. Lavoisier askeri mühendis, matematikçi ve kimyager Jean Meunier'i işe aldı. Başlangıç malzemesi olarak suyu seçtiler; hammaddeyi daha ucuz bulmak pek mümkün değildi. Suyun hidrojen ve oksijenden oluşan bir bileşik olduğunu bildiklerinden, sudan oksijeni uzaklaştırmanın bir yolunu bulmaya çalıştılar. Bu amaç için çeşitli indirgeyici maddeler uygundu ancak en erişilebilir olanı metalik demirdi. İmbikli kazandan su buharı, mangal üzerinde demir talaşları bulunan kızgın bir silah namlusuna akıyordu. Çok yüksek bir sıcaklıkta (800 °C) demir, su buharı ile reaksiyona girer ve hidrojen açığa çıkar:
3Fe + 4H 2 Ö → Fe 3 Ö 4 + 4H 2
Bu durumda oluşan hidrojen toplandı ve reaksiyona girmeyen su buharı buzdolabında yoğunlaştırıldı ve yoğuşma suyu olarak hidrojenden ayrıldı. Her 100 tane su için 15 tane hidrojen ve 85 tane oksijen elde edildi (1 tane = 62,2 mg). Bu çalışmanın aynı zamanda önemli teorik önemi vardı. Suyun %15 hidrojen ve %85 oksijen (modern veriler - %11,19 ve %88,81) içerdiğine dair daha önceki sonuçları (bir zilin altında oksijendeki hidrojeni yakma deneyiminden) doğruladı.
Fransız kimyager Guiton de Morveau, suyun oluşumunda "yanıcı havanın" rol oynadığı gerçeğine dayanarak, 1787'de ona hidrojen (hidro-su ve gennao-üret kelimelerinden) adını vermeyi önerdi. Rusça "hidrojen" kelimesi, yani. "suyu doğurmak" Latince isminin doğru çevirisidir.
1805 yılında ortak deneyler yapan Joseph Louis Gay-Lussac ve Alexander Humboldt, ilk olarak su oluşumunun iki hacim hidrojen ve bir hacim oksijen gerektirdiğini tespit etti. Benzer düşünceler İtalyan bilim adamı Amedeo Avogadro tarafından da dile getirildi. 1842'de Jean Baptiste Dumas sudaki hidrojen ve oksijenin ağırlık oranını 2:16 olarak belirledi.
Ancak 19. yüzyılın ilk yarısında elementlerin atom kütleleri konusunda çok fazla kafa karışıklığının olması ve “eşdeğer ağırlık” kavramının ortaya çıkmasıyla bu durum uzun süre daha da karmaşık hale geldi. suyun formülü çeşitli versiyonlarda yazılmıştır: bazen H2O, bazen H2O ve hatta H2O2 olarak. D.I. bunun hakkında yazdı. Mendeleev: “50'li yıllarda bazıları O=8, diğerleri O=16, eğer H=1 ise, ilki için su H2O, hidrojen peroksit HO2, ikincisi için ise şimdiki gibi su H2O, hidrojen peroksit H'ydi. 2 O 2 veya H2O Karışıklık ve karışıklık hüküm sürdü..."
1860 yılında Karlsruhe'de düzenlenen Uluslararası Kimyagerler Kongresi'nden sonra atom-moleküler teorinin daha da gelişmesinde ve dolayısıyla suyun atomik bileşiminin doğru yorumlanmasında önemli rol oynayan bazı konuları açıklığa kavuşturmak mümkün oldu. Birleşik bir kimyasal sembolizm kuruldu.
19. yüzyılda gravimetrik ve hacimsel yöntemler kullanılarak gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, sonunda kimyasal bir bileşik olarak suyun H 2 O formülüyle ifade edilebileceğini kesin olarak gösterdi.
Zaten bilindiği gibi, su molekülü oldukça "tek taraflıdır" - her iki hidrojen atomu da bir tarafta oksijene bitişiktir. Su molekülünün bu son derece önemli özelliğinin, İngiliz profesör D. Bernal tarafından spektroskopik araştırma çağından çok önce tamamen spekülatif olarak ortaya konmuş olması ilginçtir. Suyun çok güçlü bir elektrik momentine sahip olduğu gerçeğinden yola çıktı (bu, o zamanlar 1932'de biliniyordu). Elbette en kolay yol, tüm atomlarını düz bir çizgide düzenleyerek bir su molekülü "inşa etmektir"; H-O-H. "Ancak" diye yazıyor Bernal, "bir su molekülü bu şekilde oluşturulamaz, çünkü böyle bir yapıyla iki pozitif hidrojen atomu ve bir negatif oksijen atomu içeren bir molekül elektriksel olarak nötr olur ve kesin bir yönelime sahip olmaz... elektrik momenti ancak her iki hidrojen atomunun da oksijene aynı tarafta bitişik olması durumunda olabilir."
Su (hidrojen oksit), H2O kimyasal formülüne sahip ikili inorganik bir bileşiktir. Bir su molekülü, kovalent bir bağ ile bağlanan iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomundan oluşur.
Hidrojen peroksit.
Fiziksel ve kimyasal özellikler
Suyun fiziksel ve kimyasal özellikleri H2O moleküllerinin kimyasal, elektronik ve uzaysal yapısı tarafından belirlenir.
H20 molekülündeki H ve O atomları sırasıyla +1 ve -2 olmak üzere kararlı oksidasyon durumlarındadır; bu nedenle su belirgin oksitleyici veya indirgeyici özellikler sergilemez. Lütfen dikkat: metal hidritlerde hidrojen -1 oksidasyon durumundadır.
H 2 O molekülü köşeli bir yapıya sahiptir. H-O bağları oldukça polardır. O atomunda aşırı negatif yük, H atomunda ise aşırı pozitif yük vardır. Genel olarak H2O molekülü polardır, yani. dipol. Bu, suyun iyonik ve polar maddeler için iyi bir çözücü olduğu gerçeğini açıklamaktadır.
H ve O atomlarında aşırı yüklerin yanı sıra O atomlarındaki yalnız elektron çiftlerinin varlığı, su molekülleri arasında hidrojen bağlarının oluşmasına neden olur ve bunun sonucunda birleşerek birleşirler. Bu ortakların varlığı anormal derecede yüksek m.p. değerlerini açıklamaktadır. vb. su.
Hidrojen bağlarının oluşumunun yanı sıra, H2O moleküllerinin birbirleri üzerindeki karşılıklı etkisinin sonucu, onların kendi kendine iyonlaşmasıdır:
Bir molekülde, polar O-H bağında heterolitik bir bölünme meydana gelir ve salınan proton, başka bir molekülün oksijen atomuna bağlanır. Ortaya çıkan hidronyum iyonu H3O+, esasen hidratlanmış bir hidrojen iyonu H+ H20'dur, dolayısıyla su için kendi kendine iyonlaşma denklemi aşağıdaki şekilde basitleştirilmiştir:
H 2 O ↔ H + + OH -
Suyun ayrışma sabiti son derece küçüktür:
Bu, suyun çok az miktarda iyonlara ayrıştığını ve dolayısıyla ayrışmamış H2O moleküllerinin konsantrasyonunun neredeyse sabit olduğunu gösterir:
Saf suda [H + ] = [OH - ] = 10 -7 mol/l. Bu, suyun çok zayıf bir amfoterik elektrolit olduğu ve ne asidik ne de bazik özellikleri gözle görülür derecede göstermediği anlamına gelir.
Ancak suyun, içinde çözünen elektrolitler üzerinde güçlü bir iyonlaştırıcı etkisi vardır. Su dipollerinin etkisi altında, çözünmüş maddelerin moleküllerindeki polar kovalent bağlar iyonik olanlara dönüşür, iyonlar hidratlanır, aralarındaki bağlar zayıflar, bu da elektrolitik ayrışmaya neden olur. Örneğin:
HCl + H 2 O - H 3 O + + Cl -
(güçlü elektrolit)
(veya hidrasyonu hesaba katmadan: HCl → H + + Cl -)
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO - + H + (zayıf elektrolit)
(veya CH3COOH ↔ CH3COO - + H +)
Brønsted-Lowry asit ve baz teorisine göre bu işlemlerde su, bir bazın (proton alıcısı) özelliklerini sergiler. Aynı teoriye göre su, örneğin amonyak ve aminlerle reaksiyonlarda asit (proton donörü) görevi görür:
NH3 + H20 ↔ NH4 + + OH -
CH3NH2 + H20 ↔ CH3NH3 + + OH -
Su içeren redoks reaksiyonları
I. Suyun oksitleyici madde rolü oynadığı reaksiyonlar
Bu reaksiyonlar yalnızca su moleküllerinde bulunan hidrojen iyonlarını serbest hidrojene indirgeyebilen güçlü indirgeyici maddelerle mümkündür.
1) Metallerle etkileşim
a) Normal koşullar altında H 2 O yalnızca boşlukla etkileşime girer. ve alkali toprak. metaller:
2Na + 2H + 2 Ö = 2NaOH + H 0 2
Ca + 2H + 2 Ö = Ca(OH)2 + H 0 2
b) Yüksek sıcaklıklarda H 2 O diğer bazı metallerle reaksiyona girer, örneğin:
Mg + 2H + 2 O = Mg(OH)2 + H 0 2
3Fe + 4H + 2 Ö = Fe 2 Ö 4 + 4H 0 2
c) Al ve Zn, alkalilerin varlığında H2'yi sudan uzaklaştırır:
2Al + 6H + 2 O + 2NaOH = 2Na + 3H 0 2
2) Düşük EO'ya sahip metal olmayanlarla etkileşim (reaksiyonlar zorlu koşullar altında meydana gelir)
C + H + 2 O = CO + H 0 2 (“su gazı”)
2P + 6H + 2 Ö = 2HPO3 + 5H02
Alkalilerin varlığında silikon hidrojeni sudan uzaklaştırır:
Si + H + 2 Ö + 2NaOH = Na2Si03 + 2H02
3) Metal hidritlerle etkileşim
NaH + H + 2 Ö = NaOH + H 0 2
CaH2 + 2H + 2 Ö = Ca(OH)2 + 2H 0 2
4) Karbon monoksit ve metan ile etkileşim
CO + H + 2 Ö = CO 2 + H 0 2
2CH4 + Ö2 + 2H + 2 Ö = 2CO2 + 6H0 2
Reaksiyonlar endüstriyel olarak hidrojen üretmek için kullanılır.
II. Suyun indirgeyici ajan rolü oynadığı reaksiyonlar
Bu reaksiyonlar yalnızca suyun bir parçası olan oksijen CO CO-2'yi serbest oksijen O2'ye veya peroksit anyonları 2-'ye oksitleyebilen çok güçlü oksitleyici maddelerle mümkündür. İstisnai bir durumda (F2 ile reaksiyonda), co ile oksijen oluşur. +2.
1) Flor ile etkileşim
2F 2 + 2H 2 Ö -2 = Ö 0 2 + 4HF
2F 2 + H 2 O -2 = O +2 F 2 + 2HF
2) Atomik oksijenle etkileşim
H 2 Ö -2 + Ö = H 2 Ö - 2
3) Klor ile etkileşim
Yüksek T'de tersinir bir reaksiyon meydana gelir
2Cl2 + 2H20-2 = O 02 + 4HCl
III. Molekül içi oksidasyon reaksiyonları - suyun indirgenmesi.
Elektrik akımının veya yüksek sıcaklığın etkisi altında su, hidrojen ve oksijene ayrışabilir:
2H + 2 Ö -2 = 2H 0 2 + Ö 0 2
Termal ayrışma tersine çevrilebilir bir süreçtir; Suyun termal ayrışma derecesi düşüktür.
Hidrasyon reaksiyonları
I. İyonların hidrasyonu. Elektrolitlerin sulu çözeltilerde ayrışması sırasında oluşan iyonlar belirli sayıda su molekülüne bağlanır ve hidratlanmış iyonlar halinde bulunur. Bazı iyonlar su molekülleriyle o kadar güçlü bağlar oluşturur ki, bunların hidratları yalnızca çözelti halinde değil aynı zamanda katı halde de bulunabilir. Bu, CuS04 5H 2 O, FeS04 7H 2 O, vb. gibi kristalli hidratların yanı sıra su kompleksleri: CI 3, Br 4, vb. oluşumunu açıklar.
II. Oksitler hidrasyonu
III. Çoklu bağ içeren organik bileşiklerin hidrasyonu
Hidroliz reaksiyonları
I. Tuzların hidrolizi
Tersinir hidroliz:
a) tuz katyonuyla
Fe3+ + H20 = FeOH2+ + H+; (asidik ortam. pH
b) tuz anyonuna göre
C032- + H20 = HCO3- + OH-; (alkali ortam. pH > 7)
c) tuzun katyonu ve anyonu ile
NH 4 + + CH 3 COO - + H 2 O = NH 4 OH + CH 3 COOH (nötr ortama yakın)
Geri dönüşü olmayan hidroliz:
Al 2 S 3 + 6H 2 Ö = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S
II. Metal karbürlerin hidrolizi
Al 4 C3 + 12H 2 Ö = 4Al(OH) 3 ↓ + 3CH4 netan
CaC2 + 2H20 = Ca(OH)2 + C2H2 asetilen
III. Silisitlerin, nitritlerin, fosfitlerin hidrolizi
Mg2Si + 4H2O = 2Mg(OH)2 ↓ + SiH4 silan
Ca3N2 + 6H20 = ZCa(OH)2 + 2NH3 amonyak
Cu 3 P 2 + 6H 2 O = 3Сu(OH) 2 + 2РН 3 fosfin
IV. Halojenlerin hidrolizi
Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO
Br2 + H2O = HBr + HBrO
V. Organik bileşiklerin hidrolizi
Organik madde sınıfları |
Hidroliz ürünleri (organik) |
Haloalkanlar (alkil halojenürler) |
|
Aril halojenürler |
|
Dihaloalkanlar |
Aldehitler veya ketonlar |
Metal alkolatlar |
|
Karboksilik asit halojenürler |
Karboksilik asitler |
Karboksilik asit anhidritler |
Karboksilik asitler |
Karboksilik asitlerin kompleks eterleri |
Karboksilik asitler ve alkoller |
Gliserol ve daha yüksek karboksilik asitler |
|
Di- ve polisakkaritler |
Monosakkaritler |
Peptitler ve proteinler |
α-Amino asitler |
Nükleik asitler |
|
Konuyla ilgili düşünceler (eğitim materyali değil!!!)
su molekülünün özellikleri
Gezegenimizdeki en yaygın madde. O olmasaydı hayat olmazdı. Virüsler hariç tüm canlı yapıların büyük bir kısmı sudan oluşmaktadır. Onun örneğini kullanarak okuldaki çocuklara moleküllerin yapısı ve kimyasal formüller anlatılıyor. Yalnızca suyun karakteristik özellikleri, canlı doğada olduğu gibi insanın ekonomik yaşamında da kullanılmaktadır.
Bu madde bize çocukluğumuzdan beri aşinadır ve hiçbir zaman soru sormamıştır. Peki su, ne olmuş yani? Ve bu kadar basit görünen bir maddenin içinde pek çok gizem gizlidir.
Su ana doğal çözücüdür. Canlı organizmalardaki tüm reaksiyonlar şu ya da bu şekilde sulu bir ortamda meydana gelir; maddeler çözünmüş halde reaksiyona girer.
Su mükemmel bir ısı kapasitesine sahiptir, ancak oldukça düşük ısı iletkenliğine sahiptir. Bu, suyun ısı aktarımı olarak kullanılmasına izin verir. Birçok organizmanın soğutma mekanizması bu prensibe dayanmaktadır. Nükleer enerjide ise su bu özelliğinden dolayı soğutucu olarak kullanılmaktadır.
Suda sadece reaksiyonlar gerçekleşmez, bizzat kendisi de reaksiyonlara girer. Hidrasyon, fotoliz vb.
Bunlar özelliklerden sadece birkaçıdır; hiçbir madde bu kadar çok özelliğe sahip olamaz. Gerçekten bu madde benzersizdir.
Neyse artık konuya daha yakınız.
Her zaman, her yerde, hatta okul kimya derslerinde bile buna kısaca "su" denir.
Ve işte şu Su molekülünün kimyasal adı ve özellikleri?
İnternette ve eğitim literatüründe şu isimleri bulabilirsiniz: hidrojen oksit, hidrojen hidroksit, hidroksil asit. Bunlar en yaygın olanlardır.
Peki su hangi inorganik madde sınıfına aittir?
Bu konuyu inceleyelim.
Diyagram aşağıdadır:
Bu versiyon daha makul: hidroksil grubu açıkça benzer bir şeye işaret ediyor. Ama hangi hidroksit? Hidroksitlerin özelliklerine tekrar bakalım:
Bazik hidroksitlerin (bazlar) özellikleri:
Çözünür bazlar (alkaliler) için:
Çözünür bazlar (alkaliler) iyon değişim reaksiyonları ile karakterize edilir.
Çözünür bazların (alkalilerin) asit bazlarla etkileşimi.
Amfoterik hidroksitlerle etkileşim.
Çözünmeyen bazlar ısıtıldığında ayrışır.
Bir su molekülü, kuvvetli bir şekilde ısıtıldığında ayrışmaya uğraması dışında herhangi bir özellik sergilemez, ancak bu tüm maddeler için geçerlidir - üzerinde bağların artık var olamayacağı ve yok edilemeyeceği belirli bir sıcaklık eşiği vardır.
Amfoterik ve bazik hidroksitlere "karşı" bir argüman da vardır - bazik ve amfoterik hidroksitler yalnızca metaller tarafından oluşturulur.
Şimdi en ilginç kısma geliyoruz. Suyun olduğu ortaya çıktı
asit hidroksit, yani oksijenli asit.
Özelliklerine bakalım.
Asit hidroksitler aşağıdakilerle karakterize edilir:
Metallerle reaksiyonlar.
Bazik ve amfoterik oksitlerle reaksiyonlar.
Bazlar ve amfoterik hidroksitlerle reaksiyonlar.
Tuzlarla reaksiyonlar.
Güçlü asitler için iyon değişim reaksiyonları da vardır.
Zayıf ve uçucu asitlerin tuzlardan uzaklaştırılması.
Bu özelliklerin neredeyse tamamı su molekülünün karakteristiğidir.
Gelin buna ayrıntılı olarak bakalım.
- Metallerle reaksiyonlar. Tüm metaller suyla reaksiyona giremez. Asit olarak su çok zayıftır ancak yine de şu özelliği gösterir:
HOH + Na → NaOH + H2 - hidrojen sudan uzaklaştırılır - su çoğu asit gibi davranır.
- Bazik ve amfoterik oksitlerle reaksiyonlar. Asidik özellikleri zayıf olduğundan amfoterik oksitlerle reaksiyona girmez, ancak bazik oksitlerle reaksiyona girer (ancak hepsiyle değil, bu zayıf asidik özelliklerle açıklanır):
HOH + Na 2 O → 2NaOH
- Bazlar ve amfoterik hidroksitlerle reaksiyonlar. Burada su, asit olarak zayıf olması nedeniyle bu tür reaksiyonlarla övünemez.
- Tuzlarla reaksiyonlar. Bazı tuzlar hidrolize uğrar; bu da suyla aynı reaksiyona girer.
Bu reaksiyon aynı zamanda son özelliği de göstermektedir; asitin yer değiştirmesi, hidrojen sülfürün yerini alır;
Tanımdan: “ asit, hidrojen ve bir H + katyonuna ve bir asidik kalıntı katyonuna ayrışan bir asidik kalıntıdan oluşan karmaşık bir maddedir«.
Her şey uyuyor. Ve öyle görünüyor ki asidik kalıntı hidroksil grubu OH'dir.
Ve daha önce de söylediğim gibi, su tuzlar oluşturur, su-asit tuzlarının bazik ve amfoterik hidroksitler olduğu ortaya çıkar: asidik bir kalıntı (OH) ile birleştirilmiş bir metal.
Ve reaksiyon şemaları:
asit + metal → tuz + hidrojen (genel olarak)
HOH + Na → NaOH + H2
asit + bazik oksit → tuzlu su
HOH + Na 2 O → 2NaOH (tuz oluşuyor ama su oluşmuyor ve neden suyla reaksiyona girerek aniden oluşuyor? Su oluşmalıdır)
tuz + asit → başka bir asit + başka bir tuz
Al 2 S 3 + HOH → Al(OH) 3 ↓ + H 2 S
Böylece amfoterik ve bazik hidroksitlerin su - asit tuzları olduğu sonucuna vardık.
O halde onlara ne ad vermeliyiz?
"Hidroksit" terimi aynı zamanda oksijen içeren asitler için de geçerlidir. Kurallara göre ortaya çıkıyor:
iyonun adı + at = Hidroks + at.
Su tuzları hidroksitlerdir.
Su o kadar zayıf bir asittir ki, asidik oksitlerle reaksiyonlar gibi bazı amfoterik özellikler sergiler.
Ve suyun nötr bir ortamı vardır ve tüm asitlerde olduğu gibi asidik değildir - bu kuralın bir istisnasıdır.
Ama sonuçta, harika Rus organik kimyagerinin dediği gibi, "Gerçekleştirilemeyecek reaksiyonlar yoktur ve reaksiyon gerçekleşmezse, katalizör henüz bulunamamıştır."
Özetle.
Ana hükümleri formüle edelim "Su - asit" teorisi:
Su molekülünün özellikleri zayıf (çok zayıf) bir asitin özellikleridir.
Su o kadar zayıf ki amfoterik özellikler sergiliyor ve çevreye karşı nötr bir reaksiyona sahip.
Su, asit olarak tuzlar - hidroksitler oluşturur.
Hidroksatlar amfoterik ve bazik hidroksitleri içerir.
Su formülü: HOH.
Suyun doğru isimleri: hidrojen hidroksit, hidroksil asit.
Kovalent bağların formülleri iyonik bağların formüllerinden temel olarak farklıdır. Gerçek şu ki, kovalent bileşikler çeşitli şekillerde oluşturulabilir, dolayısıyla reaksiyonun sonucunda farklı bileşikler ortaya çıkabilir.
1. Ampirik formül
Ampirik formül, molekülü oluşturan elementleri en küçük tam sayı oranlarıyla belirtir.
Örneğin, C2H6O - bileşik iki karbon atomu, altı hidrojen atomu ve bir oksijen atomu içerir.
2. Moleküler formül
Moleküler formül, bileşiğin hangi atomlardan oluştuğunu ve bu atomların içinde hangi miktarlarda bulunduğunu gösterir.
Örneğin C2H6O bileşiği için moleküler formüller şu şekilde olabilir: C4H1202; C6H18O3...
Kovalent bir bileşiği tam olarak tanımlamak için moleküler formül yeterli değildir:
Gördüğünüz gibi, her iki bileşik de aynı moleküler formüle sahiptir - C2H6O, ancak tamamen farklı maddelerdir:
- dimetil eter soğutma ünitelerinde kullanılır;
- etil alkol alkollü içeceklerin temelidir.
3. Yapısal formül
Yapısal formül, kovalent bileşiğin doğru bir şekilde belirlenmesine hizmet eder, çünkü bileşikteki elementlere ve atom sayısına ek olarak, aynı zamanda şunları da gösterir: bağlantı şeması bağlantılar.
Yapısal formül kullanılır elektron-nokta formülü Ve Lewis formülü.
4. Su için yapısal formül (H 2 O)
Su molekülü örneğini kullanarak yapısal bir formül oluşturma prosedürünü ele alalım.
Bağlantı çerçevesini oluşturuyorum
Bir bileşiğin atomları merkezi bir atomun etrafında düzenlenir. Merkezi atomlar genellikle şunlardır: karbon, silikon, nitrojen, fosfor, oksijen, kükürt.
II Bileşiğin tüm atomlarının değerlik elektronlarının toplamını bulun
Su için: H 2 O = (2 1 + 6) = 8
Bir hidrojen atomunun bir değerlik elektronu vardır ve bir oksijen atomunun 6 değerlik elektronu vardır. Bileşikte iki hidrojen atomu bulunduğundan, bir su molekülündeki toplam değerlik elektronu sayısı 8 olacaktır.
III Bir su molekülündeki kovalent bağların sayısını belirleme
Formülle belirlenir: S = N - A, Nerede
S- molekülde paylaşılan elektronların sayısı;
N- bileşikteki atomların tamamlanmış dış enerji seviyesine karşılık gelen değerlik elektronlarının toplamı:
N=2- hidrojen atomu için;
N=8- diğer elementlerin atomları için
A- bileşikteki tüm atomların değerlik elektronlarının toplamı.
N = 2 2 + 8 = 12
bir = 2 1 +6 = 8
S = 12 - 8 = 4
Bir su molekülünde 4 ortak elektron vardır. Kovalent bağ bir çift elektrondan oluştuğu için iki kovalent bağ elde ederiz.
IV Paylaşılan elektronların dağıtılması
Merkez atom ile onu çevreleyen atomlar arasında en az bir bağ olmalıdır. Bir su molekülünde, her hidrojen atomu için bu tür iki bağ olacaktır:
V Kalan elektronları dağıtın
Sekiz değerlik elektronundan dördü zaten dağıtılmıştır. Geriye kalan dört elektronu nereye “koyacağız”?
Bileşikteki her atomun tam bir oktet elektrona sahip olması gerekir. Hidrojen için bu iki elektrondur; oksijen için - 8.
Paylaşılan elektronlara denir Bağlanıyor.
Elektron nokta formülü ve Lewis formülü, bir kovalent bağın yapısını açıkça tanımlar, ancak hantaldır ve çok yer kaplar. Bu dezavantajlar kullanılarak önlenebilir. yoğunlaştırılmış yapısal formül, yalnızca bağlantıların sırasını gösterir.
Yoğunlaştırılmış yapısal formül örneği:
- dimetil eter - CH3OCH3
- etil alkol - C2H5OH
Diğer isimler: hidrojen oksit, dihidrojen monoksit.
Su, H2O kimyasal formülüne sahip inorganik bir bileşiktir.
Fiziki ozellikleri
Kimyasal özellikler ve hazırlama yöntemleri
En yüksek saflıkta su
Laboratuvarlarda kullanılan damıtılmış su genellikle hala gözle görülür miktarda çözünmüş karbondioksitin yanı sıra eser miktarda amonyak, organik bazlar ve diğer organik maddeleri içerir. Çok saf su elde etmek birkaç aşamada gerçekleştirilir. Öncelikle suya her 1 litre için 3 gr NaOH (analitik kalitede) ve 0,5 gr KMnO 4 ilave edilerek Duran 50 veya Solidex camdan yapılmış ince kesitli ekipmanlarda distilasyon yapılarak sadece orta kısım toplanır. Bu sayede çözünmüş karbondioksit uzaklaştırılır ve organik madde oksitlenir. Amonyağın çıkarılması, 3 g KHSO4 veya 5 ml %20 H3P04 ilavesiyle ikinci ve üçüncü damıtmaların gerçekleştirilmesiyle sağlanır; bu reaktifler, az miktarda KMnO4 ile önceden ısıtılır. Eklenen elektrolitin yoğuşma suyuna "dışarı sızmasını" önlemek için, üçüncü damıtma sırasında bir "kuru bölüm" oluşturulur, bunun için şişedeki ağızlık ile buzdolabı arasındaki boru bölümü 150 °C'ye ısıtılır. Elektrolit izlerini gidermeye yarayan son damıtma, kuvars yoğunlaştırıcılı bir kuvars şişesinden gerçekleştirilir. Buzdolabının dik açıyla bükülmüş üst borusu, herhangi bir sızdırmazlık malzemesi olmadan doğrudan şişenin daralmasına yerleştirilir (Şek. 1). Suyun sıçramasını önlemek için buhar yoluna bir sıçrama giderici yerleştirilmesi tavsiye edilir. Su buharı ile ön işleme tabi tutulan Duran 50 veya Solidex gibi kuvars, platin, camdan yapılmış şişeler alıcı görevi görür. Bu şekilde elde edilen su “saf pH değeridir” (yani pH değeri 7,00).Pirinç. 1. Yüksek saflıkta suyu damıtırken şişeyi buzdolabına takma yöntemleri.
a - basit (ucuz) uygulama;
b - sıçrama yakalayıcı ile. Suyun saflığı, suyun damıtılmasından hemen sonra 10 -6 Ohm -1 cm -1'den az olması gereken elektrik iletkenliğinin ölçülmesiyle belirlenir. Sudaki karbondioksit içeriği baritli su kullanılarak test edilir ve amonyak içeriği Nessler reaktifi kullanılarak test edilir. Çok saf su, kuvars veya platin kaplarda depolanır. Bu amaçla, uzun süre buharla ön işleme tabi tutulmuş ve özel olarak bu amaç için tasarlanmış Duran 50 veya Solidex cam şişeleri de kullanabilirsiniz. Bu tür kapları cilalı kapaklarla kapatmak en iyisidir.
Elektrik iletkenliğini ölçmeye yönelik su
Yöntem 1. Damıtma yoluyla hazırlama. Elektriksel iletkenlik ölçümleri için gereken en yüksek saflık derecesi, önceden çok iyi arıtılmış suyun özellikle dikkatli bir şekilde damıtılmasıyla elde edilir. İkincisi 25°C'de elektriksel iletkenliğe sahip olmalıdır ( χ ), 1·10 -6 -2·10 -6 Ohm -1 cm -1'e eşittir. Yukarıdaki yöntemle veya çift damıtma yoluyla elde edilir: a) potasyum permanganat ve sülfürik asit karışımıyla ve b) baryum hidroksit ile. Damıtma için, üzerine bakır veya kuvars buzdolabı takılı bir Duran 50 veya Solidex cam şişe kullanın.
Pirinç. 2. Elektrik iletkenliğini ölçmeye yönelik suyun damıtılmasına yönelik bir cihazın tasarımı.
1 - ısıtma sargısı (60 Ohm); 2 - ısıtma mantosu (130 Ohm); 3 - ince kesitlerdeki adaptör.
Kortyum yöntemine göre tek aşamalı damıtma için cihazın tüm parçaları (Şekil 2), damıtma cihazına normal bir zemin üzerinde bağlanan kısa kuvars buzdolabı hariç, Duran 50 veya Solidex tipi camdan yapılmıştır. Buzdolabına giden bükülmüş kısım, buzdolabına sıvı su girmesini önlemek amacıyla bir ısıtma elemanı (60 Ohm) kullanılarak 100°C'yi aşan bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Aşağıda bulunan 60 cm yüksekliğindeki geri akış kondansatörü bir Widmer spirali ile donatılmıştır. Buzdolabı yedek şişeye adaptör bağlantıları kullanılarak bağlanır. Distilatın düşük elektrik iletkenliğini uzun süre koruyabilmesi için, geçiş bölümlerinin ve yedek şişenin önce birkaç gün sıcak seyreltik asitle işlenmesi gerekir. Yüksek saflıkta su ( χ =(1-2)·10 -6 Ohm -1 ·cm -1), çelik bir silindirden saniyede yaklaşık 1 kabarcık hızında yavaş bir basınçlı hava akımının cihazdan geçirilmesiyle damıtılır. Hava, biri konsantre sülfürik asitle doldurulmuş, üçü %50 potasyum hidroksit çözeltisi içeren ve üçü “elektrik iletkenliğini ölçmek için su” içeren yedi yıkama şişesinden geçirilerek önceden arıtılır (son üç yıkama şişesi mutlaka temizlenmelidir). gözenekli cam plakalarla donatılmalıdır). Ortaya çıkan su, yukarıda belirtildiği gibi arıtılmış basınçlı hava ile değiştirilerek yedek şişeden alınır. Şişedeki su, 300 W'lık bir ısıtma mantosu kullanılarak ısıtılır. Ortasında bulunan dikey tüp kullanılarak şişe kolaylıkla suyla doldurulabilir veya boşaltılabilir. Şişeyi doldurmanın en kolay yolu hava akışını durdurmak ve ısıtma mantosunu kapatmaktır.
Buzdolabının ucundaki üç yollu vanaya, damıtılmış suyun elektrik iletkenliğinin istenilen değere ulaşılıncaya kadar ölçüldüğü bir kap bağlanır. χ . Bundan sonra su, musluğun açılmasıyla yedek rezervuara yönlendirilir.
Bu şekilde 1 saatte 100 ml su elde edebilirsiniz, bunun için 25 °C'de χ = 2·10 -7 Ohm -1 cm -1 . Damıtma çok yavaş yapılırsa ortaya çıkan suyun elektriksel iletkenliği χ = 10 -8 Ohm -1 cm -1 değerine ulaşabilir.
Yöntem 2. İyon değişimiyle hazırlama.Şekil 3'te şematik olarak gösterilen ekipmanda iyon değişimi ile büyük miktarlarda “elektrik iletkenliğini ölçmek için su” (x 7 10 -8'den 1,5 10 -7 Ohm -1 cm -1'e kadar) elde edilebilir.
Pirinç. 3. Tesisin tasarımı: iyon değişimi yoluyla yüksek saflıkta su elde edilmesi.
1 - iyon değişim sütunu;
2 - gözenekli cam filtre;
3 - elektriksel iletkenliği ölçmek için hücre;
4 - koleksiyon;
6 - karbondioksiti emmek için tüp. Alt kısmında gözenekli bir cam plaka bulunan bir Pyrex cam kolon (75 cm uzunluğunda ve 7,5 cm çapında), bir kısım Amberlite IR 120 (16-50 ağ gözü) ve iki kısım Amberlite IRA 400'den oluşan bir karışım (750 g) ile doldurulur. (20-50 ağ gözü). Kolondaki reçine, çözelti içinde yüzen ve reçinenin su akışıyla karışmasını önlemeye yarayan delikli bir polietilen daire ile kaplanmıştır. Sıradan damıtılmış su kolondan geçirilir. Hücre 3'te ölçülen suyun elektriksel iletkenliği yeterince düşük bir değere ulaştığında, önce kap 4 yıkanır ve daha sonra iki kalsiyum klorür tüpü kullanılarak karbondioksit ve havanın suya girişi önlenir. 5 sütuna ve alıcıya yerleştirilmiş, göstergeli granüler "karbosorb" ile doldurulmuştur.
Reçinenin ön arıtımı ve kükürt rejenerasyonu aşağıdaki şekilde gerçekleştirilir. IR 120 katyon değiştirici, birkaç kez damıtılmış su ile yıkanır ve küçük parçacıklar, dekantasyon yoluyla giderilir. Daha sonra gözenekli bir cam filtre üzerinde reçine iki kez dönüşümlü olarak 1 N ile işlenir. NaOH ve 2 N. HCl, her işlemden sonra damıtılmış su ile nötr hale gelinceye kadar durulanır. IRA 400 anyon değiştirici de ilk olarak damıtılmış su ile yıkanır. Dekante edildikten sonra, cam gözenekli bir filtre üzerindeki reçine 2 N ile işlenir. Karbonat içermeyen NaOH (çözeltiyi hazırlamak için kullanılan su, damıtma yoluyla karbondioksitten arındırılır). İşlem, eluattaki klor iyonlarının konsantrasyonu minimuma düşene kadar gerçekleştirilir. Daha sonra reçine, yıkama sularında nötr bir reaksiyon elde edilinceye kadar distile su ile yıkanır.
Reçineyi yenilemeden önce karışım ayrılır. Reçine behere eklenir, etanol içinde süspanse edilir ve anyon değiştirici üst katmanda toplanacak şekilde kloroform eklenir. Karışım, bileşen parçalarına bölünür ve ayrı ayrı yeniden üretilir.
Ekipmandan sıradan damıtılmış su geçirilerek, rejenerasyon olmadan 1 l/dak debide x = 5,52·10 -8 Ohm -1 cm olan 7000 l “elektrik iletkenliğini ölçmek için su” elde etmek mümkündür. 25°C'de 1.
Kullanılmış literatür listesi
- Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Büyük kimyasal referans kitabı / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Mn .: Modern Okul, 2005. - 608, ISBN 985-6751-04-7 ile.
- M. Bowdler, G. Brouwer, F. Huber, V. Kvasnik, P.V. Schenk, M. Schmeisser, R. Steudel. İnorganik sentez kılavuzu: 6 ciltte. T.1. Başına. İle. Almanca/Ed. G. Brouwer. - M.: Mir, 1985. - 320 s., hasta. [İle. 152-156]