Kwestia dysocjacji i ciężko rozpusczalnych rzeczy. W celu ustalenia jonów, które powstają po rozpuszczeniu substancji w wodzie należy posługiwaś się tabelą:

Aby sprawdzić czy dana sól lub wodorotlenek jest dobrze czy źle rozpuszczalny wykorzystujemy tablicę rozpuszczalności. Najpierw ustalamy, z jakich jonów zbudowana jest dana substancja – rozpoznajemy kation metalu i anion reszty kwasowej. Szczególną uwagę zwracamy na jony metali posiadających dwa różne stopnie utlenienia – czyli przede wszystkim żelaza – bo \(Fe^{2 +}\) i \(Fe^{3 +}\) mają tworzą ciężkorozpuszczalne z innymi anionami. Następnie odnajdujemy pierwszej kolumnie tablicy rozpuszczalności dany kation metalu, a w pierwszym wierszu daną resztę kwasową. W komórce na przecięciu tej kolumny i tego wiersza będziemy mieli rozpuszczalność danej soli lub wodorotlenku.

Np. \(FeCl_{2}\) składa się z jonów \(Fe^{2 +}\) i \(Cl^{-}\) . Na przecięciu w tabeli rozpuszczalności Widzimy niebieską barwę – znaczy to, że związek jest dobrze rozpuszczalny, dodatkowo mamy podaną wartość rozpuszczalności tego związku. Takie związki rozpisujemy na jony, a więc zamiast \(FeCl_{2}\) zapisuje w zapisie jonowym \(Fe^{2 +} + 2Cl^{-}\)

\(FePO_{4}\) zbudowany jest z jonów \(Fe^{3 +}\) i \(PO_{4}^{3 -}\) . Na przecięciu widzimy żółtą barwę – związek ten jest źle rozpuszczalny i nie rozpisujemy go na jony w przypadku zapisu jonowego

W przypadku zielonych – średniorozpuszczalnych związków – zapis zależy od ilości związki w próbce i przekroczeniu rozpuszczalności. Na potrzeby podstaw zapisu (I-II klasa) należy powiedzieć, że związki takie zapisujemy w postaci niezdysocjowanej, chyba że jest jasno podane że uległ całkowitemu rozpuszczeniu.

Tablicę rozpuszczalności mogę wykorzystać pomocniczo jako ściągawkę z typowych często występujących jonów, czyli jeżeli nie do końca znam wzór jonu metalu lub anionu reszty kwasowej mogę go tam znaleźć.

Dodatkowego omówienia poza powyższą tabelką wymagają słabe kwasy.

Słabe kwasy dysocjują odwracalnie, co znaczy, że częściowo się rozpadają a częściowo nie np. Na 1000 cząsteczek kwasu dysocjacji może ulec 50. Z uwagi na względnie niewielką dysocjacją słabych kwasów \(< 10\%\) poprawniejszą metodą jest zapisywanie kwasu słabego jako niezdysocjowanego, można zaznaczyć że reakcja jest odwracalna strzałką w dwie strony

\[HF \rightleftarrows H^{+} + F^{-}\]

Kwasy wieloprotonowe dysocjają odwracalnie oraz etapowo, co znaczy, że urywamy proton po protonie. Na przykład dla kwasu \(H_{3}PO_{4}\) mamy 3 etapy dysocjacji (trzy stałe \(K_{a}\) w tablicach maturalnych) – mówią one o urywaniu kolejnych wodorów

\[H_{3}PO_{4} \rightleftarrows H_{2}PO_{4}^{-} + H^{+}\]

\[H_{2}PO_{4}^{-} \rightleftarrows HPO_{4}^{2 -} + H^{+}\]

\[HPO_{4}^{2 -} \rightleftarrows PO_{4}^{3 -} + H^{+}\]

Z uwagi jednak na moc kwasu – jest to słaby kwas w reakcjach – w zapisie jonowym poprawnie należy zapisywać go jako formę niezdysocjowaną \(H_{3}PO_{4}\) .

Kolejne związki szczególne to wodorosole. Wodorosole kwasów słabych, takich jak \(H_{3}PO_{4}\) rozpisuje na kationy metalu i aniony reszty wodorokwasowej, innymi słowy w zapisie jonowym wodory przy reszcie kwasowej słabych kwasów zostawiam.

\[KH_{2}PO_{4} \rightarrow K^{+} + H_{2}PO_{4}^{2 -}\]

Następnie dopiero mogę rozpisywać hydrolizy odwracalne otrzymanej wodororeszty,

\[H_{2}PO_{4}^{-} \rightleftarrows HPO_{4}^{2 -} + H^{+}\]

\[HPO_{4}^{2 -} \rightleftarrows PO_{4}^{3 -} + H^{+}\]

Wodorosole mocnych kwasów wieloprotonowych takich jak \(H_{2}SO_{4}\) dysocjujemy od razu na kationy metalu, kationy \(H^{+}\) oraz aniony reszty kwasowej:

\[KHSO_{4} \rightarrow K^{+} + H^{+} + SO_{4}^{2 -}\]

Proces ten jest praktycznie nieodwracalny z uwagi na moc kwasu \(H_{2}SO_{4}\) – on również w środowisku wodnym jest praktycznie całkowicie zdysocjowany. Dodatkowo należy dodać, iż praktycznie wszystkie wodorosole są dobrze rozpuszczalne.

Analogiczne podejście stosujemy przy hydrolizie hydroksosoli – Dla metali amfoterycznych (innymi słowy tworzących ciężko rozpuszczalne wodorotlenki) – tu jonu \(Al^{3 +}\) dysocjujemy je na kationy hydroksymetalu, zostawiając nijako jony hydroksylowe przy metalu oraz aniony reszty kwasowej:

\[Al(OH)_{2}Cl \rightarrow Al(OH)_{2}^{+} + Cl^{-}\]

Kolejne uwolnienia jonów \(OH^{-}\) traktujemy jako procesy odwracalne

\[Al(OH)_{2}^{+} \rightleftarrows Al(OH)^{2 +} + OH^{-}\]

\[Al(OH)^{2 +} \rightleftarrows Al^{3 +} + OH^{-}\]

W przypadku jednak użycia soli, która tworzy dobrze rozpuszczalne wodorotlenki, a wiec silne zasady np. \(Ba(OH)_{2}\)

\[Ba(OH)Cl \rightarrow Ba^{2 +} + OH^{-} + Cl^{-}\]

Zapis jonowy reakcji – przekształcanie zapisu cząsteczkowego na jonowy. Hydroksosole mogą być źle rozpuszczalne.

Najpierw potrzebujemy ustalić reakcję w sposób cząsteczkowy. Dla reakcji klasycznych typu kwas +zasada, kwas + tlenek itp. jeżeli jesteśmy pewni że reakcja zachodzi potrzebujemy ustalić również współczynniki reakcji; tzn. zapisać reakcję i po prostu ją zbilansować. Następnie przy użyciu przedstawionej powyżej metody rozpisujemy wszystkie reagenty dysocjujące na jony, natomiast niedysocjujące (w tym również ciężkorozpusczalne sole i wodorotlenki) zostawiamy jako niezdysocjowane. Pamiętamy również o uwzględnieniu współczynników stechiometrycznych i współczynników przy ilości jonów w związkach tzn. zapis w zbilansowanej reakcji \(4Al_{2}\left( SO_{4} \right)_{3}\) oznacza, że mamy cztery cząsteczki dobrze rozpuszczalnej soli \(Al_{2}\left( SO_{4} \right)_{3}\) . Każda taka cząsteczka zawiera dwa kationy \(Al^{3 +}\) i trzy aniony \(SO_{4}^{2 -}\) . Cztery takie cząsteczki to osiem kationów \(Al^{3 +}\) i dwanaście anionów \(SO_{4}^{2 -}\) , a więc w zapisie jonowym powinniśmy zamiast \(4Al_{2}\left( SO_{4} \right)_{3}\) zapisać \(8\ Al^{3 +} + \ 12SO_{4}^{2 -}\) . Związki niedysocjujące zostawiamy w zapisie jonowym w takiej ilości jak występują w zbilansowanym cząsteczkowym równaniu reakcji; czyli jeżeli np. w równaniu reakcji występuje \(5PbCl_{2}\) w równaniu jonowym również zostawiamy \(5PbCl_{2}\) .

Następnie, jeżeli potrzebuję równania w formie jonowej wykreślam te same jony z obu stron równania, w takiej ilości w jakiej występują po stronie, w której jest mniej. Tzn. jeżeli z lewej strony równania mam \(5H^{+}\) , a z prawej \(3H^{+}\) , to zostawiam po lewej stronie \(5 - 3 = 2H^{+}\) , a po prawej zwyczajnie ich nie zapisuje. Jeżeli w zapisie jonowym mogę podzielić wszystkie współczynniki doprowadzając je do mniejszych wartości całkowitych tak muszę zrobić. Szczególnie często zdarza się to w przypadku reakcji mocnych kwasów i mocnych zasad.

W ten sposób analizujemy wszystkie reagenty obecne w zbilansowany równaniu, np.:

\[Mg(OH)_{2} + 2HCl \rightarrow MgCl_{2} + 2H_{2}O\]

\(Mg(OH)_{2}\) – wodorotlenek źle rozpuszczalny, nie dysocjujemy; \(2HCl\) – mocny kwas dysocjujemy – zamiast tego zapisujemy \(2H^{+}\) i \(2Cl^{-}\) , \(MgCl_{2}\) - sól dobrze rozpuszczalna zamiast niej zapisuj \(Mg^{2 +}\) i \(2Cl^{-}\) .

\[Mg(OH)_{2} + 2H^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow Mg^{2 +} + 2Cl^{-} + 2H_{2}O\]

W zapisie jonowym widzę, ze skracają się \(2Cl^{-}\)

\[Mg(OH)_{2} + 2H^{+} \rightarrow Mg^{2 +} + 2H_{2}O\]

W przypadku reakcji

\[2NaOH + H_{3}PO_{4} \rightarrow Na_{2}HPO_{4} + 2H_{2}O\]

\(2NaOH\) – wodorotlenek dobrze rozpuszczalny –dysocjujemy na \(2Na^{+} + 2OH^{-}\) ; \(H_{3}PO_{4}\) słaby kwas – nie dysocjuję; \(Na_{2}HPO_{4}\) - wodorosól, dysocjuje na kationy metalu i aniony reszty kwasowej \(2Na^{+} + \ HPO_{4}^{-}\) , woda to woda – nie dysocjuje

\[2Na^{+} + 2OH^{-} + H_{3}PO_{4} \rightarrow 2Na^{+} + HPO_{4}^{2 -} + 2H_{2}O\]

Analizując reakcję

\[BaO + H_{2}SO_{4} \rightarrow BaSO_{4} + H_{2}O\]

Widzimy: \(BaO\) - tlenek, nie dysocjuje, \(H_{2}SO_{4}\) - mocny kwas, dysocjuje na \(2H^{+} + SO_{4}^{2 -}\) ; \(BaSO_{4}\) – ciężko rozpuszczalna sól – nie dysocjuje, woda nie dysocjuje

\[BaO + 2H^{+} + SO_{4}^{2 -} \rightarrow BaSO_{4} + H_{2}O\]

Zapis skrócony jest taki sam jak zapis cząsteczkowy.

Kolejna reakcja:

\[2H_{3}PO_{4} + 3Ca(OH)_{2} \rightarrow Ca_{3}\left( PO_{4} \right)_{2} + 6H_{2}O\]

Widzimy, iż \(H_{3}PO_{4}\) to słaby kwas –nie dysocjujemy, \(Ca(OH)_{2}\) jest wodorotlenkiem ciężko rozpuszczalnym – nie dysocjujemy, \(Ca_{3}\left( PO_{4} \right)_{2}\) to ciężko rozpuszczalna sól – nie dysocjujemy, woda to woda –też nie dysocjujemy

Zapis jonowy jest dokładnie taki sam jak zapis cząsteczkowy.

Reakcja

\[2KOH + H_{2}SO_{4} \rightarrow K_{2}SO_{4} + 2H_{2}O\]

\(2KOH\) jest dobrze rozpuszczalna, rozpisujemy na Jony \(2K^{+} + OH^{-}\) ; \(H_{2}SO_{4}\) to mocny kwas a więc piszemy \(2H^{+} + \ SO_{4}^{2 -}\) ; \(K_{2}SO_{4}\) jest solą dobrze rozpuszczalną \(2K^{+}\ SO_{4}^{2 -}\) . Wodę zostawiamy.

Zapis jonowy:

\[2K^{+} + 2OH^{-} + 2H^{+} + SO_{4}^{2 -} \rightarrow 2K^{+} + SO_{4}^{2 -} + 2H_{2}O\]

Jony \(K^{+}\) oraz \(SO_{4}^{2 -}\) skracamy

\[2H^{+} + 2OH^{-} \rightarrow 2H_{2}O\]

Widzimy, że możemy współczynniki przy tych reagentach podzielić przez dwa:

\[H^{+} + OH^{-} \rightarrow H_{2}O\]

Analizując reakcje tworzenia związku kompleksowego

\[2NaOH + Zn(OH)_{2} \rightarrow Na_{2}Zn(OH)_{4}\]

Widać, iż \(2NaOH\) to mocna zasada, dysocjujemy ją na \(2Na^{+} + 2OH^{-}\) , \(Zn(OH)_{2}\) jest związkiem źle rozpuszczalnym, zostawiamy jak jest, związek kompleksowy \(Na_{2}Zn(OH)_{4}\) . Dysocjuje on na jony \(2Na^{+}\) i jony \(Zn(OH)_{4}^{2 -}\)

\[2Na^{+} + 2OH^{-} + Zn(OH)_{2} \rightarrow 2Na^{+} + Zn(OH)_{4}^{2 -}\]

Kationy sodu skracamy w zapisie jonowym skróconym

\[2OH^{-} + Zn(OH)_{2} \rightarrow Zn(OH)_{4}^{2 -}\]

Reakcje wyparcia słabych kwasów i zasad najczęściej mają postać w której jony \(H^{+}\) reagują z anionami słabych kwasów lub jony metalu tworzącego ciężko rozpuszczalny wodorotlenek z jonami \(OH^{-}\)

Wyparcie \(H_{2}S\)

\[\ 2HCl + Na_{2}S \rightarrow H_{2}S + 2NaCl\]

Skracając jony \(2Na^{+}\) oraz \(2Cl^{-}\) dostajemy

\[2H^{+} + S^{2 -} \rightarrow H_{2}S\]

\(2HCl\) jest mocnym kwasem, dysocjujemy go na \(2H^{+} + 2Cl^{-}\) ; \(Na_{2}S\) to dobrze rozpuszczalna sól, dysocjuje na \(2Na^{+} + S^{2 -}\) ; \(H_{2}S\) to słaby kwas, a więc zostawiamy go w postaci niezdysocjowanej, \(2NaCl\) to dobrze rozpuszczalna sól, a więc zamiast niej zapisuje \(2Na^{+} + \ 2Cl^{-}\)

Postać jonowa równania wygląda następująco:

\[2H^{+} + 2Cl^{-} + 2Na^{+} + S^{2 -} \rightarrow H_{2}S + 2Na^{+} + 2Cl^{-}\]

Jeżeli powstający kwas jest kwasem nietrwałym oczywiście powinniśmy go rozłożyć:

\[Na_{2}CO_{3} + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_{2}O + CO_{2}\]

\(Na_{2}CO_{3}\) jest dobrze rozpuszczalną solą, więc rozpisujemy ją na \(2Na^{+} + CO_{3}^{2 -}\) ; \(2HCl\) jest mocnym kwasem – używam zapisu \(2H^{+} + 2Cl^{-}\) ; \(2NaCl\) też jest dobrze rozpuszczalny, więc zapisuje go jako \(2Na^{+} + 2Cl^{-}\) ; wodę i \(CO_{2}\) pozostawiam niezdysocjowane

\[2Na^{+} + CO_{3}^{2 -} + 2H^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow 2Na^{+} + 2Cl^{-} + H_{2}O + CO_{2}\]

W zapisie jonowym skróconym skracam jony \(2Na^{+}\) oraz \(2Cl^{-}\) , ponieważ występują one po obu stronach równania:

\[CO_{3}^{2 -} + 2H^{+} \rightarrow H_{2}O + CO_{2}\]

Reakcja strącenia \(Al(OH)_{3}\)

\[3Ba(OH)_{2} + 2AlCl_{3} \rightarrow 2Al(OH)_{3} + 3BaCl_{2}\]

Wodorotlenek baru \(3Ba(OH)_{2}\) jest silna dobrze rozpuszczalną zasadą, zapiszę więc go jako \(3Ba^{2 +} + 6OH^{-}\) . \(2AlCl_{3}\) widzimy, że jest dobrze rozpuszczalny, zamiast niego zapisujemy \(2Al^{3 +} + 6Cl^{-}\) . Wodorotlenek glinu \(2Al(OH)_{3}\) jest źle rozpuszczalny, pozostawię go w postaci cząsteczkowej \(2Al(OH)_{3}\) ; \(3BaCl_{2}\) to dobrze rozpuszczalna sól baru, zapiszę ją, jako \(3Ba^{2 +} + 6Cl^{-}\)

\[3Ba^{2 +} + 6OH^{-} + 2Al^{3 +} + 6Cl^{-} \rightarrow 2Al(OH)_{3} + 3Ba^{2 +} + 6Cl^{-}\]

W zapisie jonowym skróconym skracam jony \(3Ba^{2 +}\) oraz \(6Cl^{-}\)

\[6OH^{-} + 2Al^{3 +} \rightarrow 2Al(OH)_{3}\]

W tym wypadku muszę podzielić wszystkie współczynniki stechiometryczne przez 2, aby dostać poprane równanie jonowe skrócone – współczynniki muszą mieć najmniejsze wartości całkowite:

\[3OH^{-} + Al^{3 +} \rightarrow Al(OH)_{3}\]

Z zapisem jonowym związany jest szczególny typ reakcji – reakcje strąceniowe. W reakcjach tych z dobrze rozpuszczalnych reagentów o podobnych charakterze (najczęściej między solami oraz wodorotlenkami), a więc niereagujących z sobą powstają źle rozpuszczalne osady. Siłą napędową tych reakcji jest tworzenie się ciężko rozpuszczalnego osadu lub osadów z związków dobrze rozpuszczalnych. Warunkiem zachodzenia jest dobra rozpuszczalność wszystkich substratów oraz zła rozpuszczalność przynajmniej jednego z produktów. W celu sprawdzenia zachodzenia tych reakcji postępujemy wedle procedury:

1. Nie rozpoznajemy reakcji, jako klasycznej reakcji między tlenkami, zasadami czy kwasami –jeżeli nie jest to jedna z reakcji postępuje dalej z procedurą

2. Sprawdzamy dobrą rozpuszczalność wszystkich reagentów –jeżeli są dobrze rozpuszczalne postępuje dalej, ustalam jakie jony mam w substratach

3. Ustalamy jakie związki mogą się tworzyć przez zmieszanie obecnych w roztworze kationów i anionów (połączenie obecnych kationów i obecnych anionów w roztworze)

4. Sprawdzam rozpuszczalność możliwych produktów – przynajmniej jeden musi być źle rozpuszczalny. Najlepiej jest to zrobic krzyżowo w tablicy rozpusczalności

5. Ustalenie wzorów produktów, zapis reakcji i ustalenie współczynników stechiometrycznych

Skrócenie się wszystkich reagentów znaczy, że nie mamy żadnej reakcji w roztworze.

Kilka przykładów

\[CaCl_{2} + Na_{2}CO_{3}\]

1. Są to dwie reagujące sole

2. Tak są dobrze rozpuszczalne, mam jony \(Ca^{2 +},\ Cl^{-},\ Na^{+},CO_{3}^{2 -}\)

3. Po wymieszaniu jonów dodatnich i jonów ujemnych mogę mieć \(NaCl\) oraz \(CaCO_{3}\)

4. \(NaCl\) jest dobrze rozpuszczalny, a \(CaCO_{3}\) jest źle rozpuszczalny, reakcja zachodzi

5. Zapis reakcji:

\[CaCl_{2} + Na_{2}CO_{3} \rightarrow 2NaCl + CaCO_{3} \downarrow\]

jonowo

\[Ca^{2 +} + 2Cl^{-} + 2Na^{+} + CO_{3}^{2 -} \rightarrow CaCO_{3} \downarrow + 2Na^{+} + 2Cl^{-}\]

Jonowy skrócony:

\[Ca^{2 +} + CO_{3}^{2 -} \rightarrow \ CaCO_{3} \downarrow\]

Kolejny przykład

\[Al_{2}\left( SO_{4} \right)_{3} + Ba(OH)_{2}\]

1. Tak, to wodorotlenek + sól

2. Oba związki są dobrze rozpuszczalne, mam jony \(Al^{3 +};SO_{4}^{2 -};Ba^{2 +};OH^{-}\)

3. Po wymieszaniu mogę otrzymać związek jonów glinu z jonami \(OH^{-}\) i \(Ba^{2 +}\ \) z \(SO_{4}^{2 -}\)

4. Na przecięciu \(Al^{3 +}\) i \(OH^{-}\) jest źle rozpuszczalny związek. Również na przecięciu \(Ba^{2 +}\) i \(SO_{4}^{2 -}\) znajduje się związek źle rozpuszczalny. Reakcja więc zachodzi

5. Ustalam wzory produktów jako \(BaSO_{4}\) i \(Al(OH)_{3}\)

Zapis reakcji:

\[3Ba(OH)_{2} + Al_{2}\left( SO_{4} \right)_{3} \rightarrow 2Al(OH)_{3} \downarrow + 3BaSO_{4} \downarrow\]

Jonowo:

\[3Ba^{2 +} + 6OH^{-} + 2Al^{3 +} + 3SO_{4}^{2 -} \rightarrow 2Al(OH)_{3} \downarrow + 3BaSO_{4} \downarrow\]

Zapis jonowy skrócony jest taki sam jak jonowy –nic się nie skraca

Kolejny przykład

\[Al\left( NO_{3} \right)_{3} + AgCl \rightarrow\]

1. Tak, jest to reakcja pomiędzy dwoma solami

2. \(AgCl\) jest związkiem źle rozpuszczalnym, a więc reakcja nie zachodzi

\[Al\left( NO_{3} \right)_{3} + AgCl \rightarrow brak\ reakcji\]

Kolejny przykład

\[Ca\left( NO_{3} \right)_{2} + KCl \rightarrow\]

1. Tak, obie reagujące substancje to sole

2. Oba związki są dobrze rozpuszczalne, mam jony \(Ca^{2 +};NO_{3}^{-};K^{+};Cl^{-}\)

3. Po wymieszaniu mogę otrzymać związek jonów \(Ca^{2 +}\) z jonami \(Cl^{-}\) oraz jonów \(K^{+}\) z jonami \(NO_{3}^{-}\)

4. Na przecięciu jonów \(Ca^{2 +}\) z jonami \(Cl^{-}\) znajduje się dobrze rozpuszczalny związek, również dobrze rozpuszczalny znajduje się na przecięciu jonów \(K^{+}\) z \(NO_{3}^{-}\) , więc reakcja nie zachodzi

5. Jeżeli jednak „uparłbym się”, aby zapisać tę reakcję mogę ustalić wzory produktów, jako \(CaCl_{2}\) oraz \(KNO_{3}\)

Zapis reakcji w formie cząsteczkowej wygląda nawet sensownie:

\[Ca\left( NO_{3} \right)_{2} + 2KCl \rightarrow CaCl_{2} + 2KNO_{3}\]

Natomiast w zapisie jonowym widać, że z obu stron mamy te same jony, tylko w innej kolejności:

\[Ca^{2 +} + 2NO_{3}^{-} + 2K^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow Ca^{2 +} + 2Cl^{-} + 2K^{+} + 2NO_{3}^{-}\]

W zapisie jonowym wszystkie te jony mi się skracają, a więc żadna reakcja nie zachodzi. Brak zmian w zapisie jonowym determinuje brak reakcji.