teória
Keď prvok zhorí
Väčšina prvkov sa zlučuje s kyslíkom a vznikajú oxidy. Horčík zhorí oslnivým plameňom na biely prášok (2 Mg + O₂ → 2 MgO), síra modrým plamienkom na štipľavý plyn (S + O₂ → SO₂) a železo na vlhkom vzduchu pomaly hrdzavie. Na pohľad sú oxidy veľmi rozdielne: biely prášok, plyn, hrdza. Oveľa dôležitejšie je, ako sa správajú vo vode, a to závisí od toho, kde prvok leží v periodickej tabuľke. Pozri si pokusy horenie horčíka a horenie síry v kyslíku.
teória
Oxidy 3. periódy
| prvok | oxid | názov | s vodou | povaha |
|---|---|---|---|---|
| Na | Na₂O | oxid sodný | NaOH, silná zásada | zásadotvorný |
| Mg | MgO | oxid horečnatý | Mg(OH)₂, málo rozpustný | zásadotvorný |
| Al | Al₂O₃ | oxid hlinitý | nereaguje | amfotérny |
| Si | SiO₂ | oxid kremičitý | nereaguje | kyselinotvorný |
| P | P₄O₁₀ | oxid fosforečný | H₃PO₄ | kyselinotvorný |
| S | SO₃ | oxid sírový | H₂SO₄, silná kyselina | kyselinotvorný |
| Cl | Cl₂O₇ | oxid chloristý | HClO₄, veľmi silná kyselina | kyselinotvorný |
- Zásadotvorné oxidy tvoria kovy vľavo. S vodou dávajú hydroxidy: Na₂O + H₂O → 2 NaOH.
- Kyselinotvorné oxidy tvoria nekovy vpravo. S vodou dávajú kyseliny: SO₃ + H₂O → H₂SO₄ alebo P₄O₁₀ + 6 H₂O → 4 H₃PO₄.
- Amfotérne oxidy ležia na hranici. S vodou nereagujú, ale rozpustia sa v kyseline aj v zásade.
Oxid fosforečný sa v škole často zapisuje zjednodušene ako P₂O₅, skutočné molekuly sú však P₄O₁₀. Ako oxidy a hydroxidy správne pomenovať, nájdeš v lekciách Oxidy a Hydroxidy.
vyskúšaj si
Oxidy 3. periódy vo vode
Na₂O: zásaditý oxid
Na₂O + H₂O → 2 NaOH
Prudko reaguje s vodou, vzniká silná zásada.
V perióde zľava doprava klesá kovový charakter prvkov, preto sa oxidy menia zo zásaditých (kovy) cez amfotérny (hliník) na kyslé (nekovy).
Pridaj oxid do vody s indikátorom a sleduj farbu. Pri zásadách roztok zmodrie až zfialovie, pri kyselinách sčervenie. Al₂O₃ a SiO₂ sa nerozpustia, preto farba indikátora zostane nezmenená.
Stačí si pamätať jednoduché pravidlo: oxid kovu + voda → hydroxid (zásada), oxid nekovu + voda → kyselina. V skupine nadol zásaditosť oxidov rastie. Preto sa pálené vápno CaO s vodou prudko zohrieva a vzniká hasené vápno Ca(OH)₂, stavebná zásada.
Za rozdielom stojí typ väzby s kyslíkom. Rozdiel elektronegativít klesá z 2,51 pri Na–O a 2,13 pri Mg–O cez 1,83 pri Al–O až po 0,86 pri S–O a 0,28 pri Cl–O. V iónových oxidoch kovov je prítomný anión O²⁻, ktorý s vodou dáva hydroxidové anióny: O²⁻ + H₂O → 2 OH⁻. Nekovový atóm s vysokým oxidačným číslom naopak pritiahne kyslík z molekuly vody a uvoľní sa H⁺.
Oxidačné číslo v oxide rastie od +I pri sodíku po +VII pri chlóre, teda zhoduje sa s počtom valenčných elektrónov. Platí aj ďalšie pravidlo: pri tom istom prvku je oxid tým kyslejší, čím vyššie je oxidačné číslo. MnO je zásadotvorný, MnO₂ amfotérny a Mn₂O₇ kyselinotvorný. Podobne CrO, Cr₂O₃ a CrO₃. Niektoré oxidy nereagujú ani s kyselinami, ani so zásadami, voláme ich neutrálne (CO, NO, N₂O).
teória
Reaktivita kovov
Kovy sa líšia tým, ako ochotne odovzdávajú elektróny. Draslík a sodík reagujú s vodou prudko už za studena, horčík len s horúcou vodou, železo s vodou za bežných podmienok nereaguje (hrdzavie až s vodou a kyslíkom spolu) a zlato nereaguje vôbec. Kovy preto zoraďujeme do radu kovov (Beketovov rad napätia kovov):
K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Pt, Au
Čím viac vľavo kov stojí, tým je reaktívnejší. Z radu vyplývajú dve pravidlá:
- Kovy pred vodíkom (neušľachtilé) vytesňujú vodík z kyselín: Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂. Kovy za vodíkom (ušľachtilé: meď, striebro, ortuť, platina, zlato) to nedokážu.
- Kov vytesní z roztoku soli každý kov, ktorý stojí v rade za ním. Železný klinec v roztoku CuSO₄ sa pokryje meďou: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Opačne to nejde: medený drôt v roztoku FeSO₄ zostane bez zmeny.
Presne takto rastie strieborný strom: Cu + 2 AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2 Ag.
vyskúšaj si
Vytesní kov iný kov?
Ponor kov do roztoku: zreaguje? Klikni na políčko a tipni si.
0 / 0| CuSO₄ | AgNO₃ | ZnSO₄ | FeSO₄ | HCl | |
|---|---|---|---|---|---|
| Mg horčík | |||||
| Zn zinok | |||||
| Fe železo | |||||
| Cu meď | |||||
| Ag striebro |
Pravidlo: kov vytesní z roztoku soli každý kov, ktorý je v rade vpravo od neho. Kovy vľavo od vodíka vytesňujú vodík z kyselín.
V mriežke kombinuješ kovy s roztokmi solí iných kovov. Pri každej dvojici sa rozhodni, či reakcia prebehne, a over si to. Z výsledkov si poskladáš rad kovov.
Rad kovov dobre sedí s periodickou tabuľkou. Najreaktívnejšie kovy (alkalické kovy a kovy alkalických zemín) sú vľavo, majú nízku ionizačnú energiu, napríklad draslík 419 kJ/mol. Ušľachtilé kovy sú v strede d-bloku okolo 11. skupiny a elektróny držia pevnejšie: zlato má 890 kJ/mol.
Vytesňovanie kovov je redoxná reakcia. Pri Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu sa zinok oxiduje (Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻) a meďnaté ióny sa redukujú (Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu). Poradie kovov presne vyjadrujú štandardné elektródové potenciály E°:
| dvojica | E° (V) |
|---|---|
| K⁺/K | −2,93 |
| Na⁺/Na | −2,71 |
| Mg²⁺/Mg | −2,37 |
| Al³⁺/Al | −1,66 |
| Zn²⁺/Zn | −0,76 |
| Fe²⁺/Fe | −0,44 |
| 2 H⁺/H₂ | 0,00 |
| Cu²⁺/Cu | +0,34 |
| Ag⁺/Ag | +0,80 |
| Au³⁺/Au | +1,50 |
Kov s zápornejším potenciálom redukuje katióny kovu s kladnejším potenciálom. Ušľachtilé kovy sa rozpúšťajú len v oxidačných kyselinách: meď v kyseline dusičnej (pozri pokus meď s kyselinou dusičnou), zlato až v lúčavke kráľovskej. Ako takéto rovnice vyčísliť, ukazuje lekcia Vyčíslovanie rovníc a redoxné reakcie.
vyskúšaj si
Riešené príklady
Príklad 1: dva oxidy vo vode
Napíš rovnice reakcií oxidu vápenatého a oxidu siričitého s vodou. Ktorý roztok zafarbí indikátor na červeno?
Riešenie
- CaO + H₂O → Ca(OH)₂, vznikne hydroxid vápenatý, roztok je zásaditý.
- SO₂ + H₂O → H₂SO₃, vznikne kyselina siričitá, roztok je kyslý.
Na červeno sa zafarbí roztok oxidu siričitého. Vápnik je kov, síra nekov.
Príklad 2: klinec a drôt
Do roztoku CuSO₄ vložíme železný klinec a do roztoku FeSO₄ medený drôt. Kde reakcia prebehne?
Riešenie
Železo stojí v rade kovov pred meďou, je reaktívnejšie. Reakcia prebehne len v prvej kadičke: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Klinec sa pokryje červenohnedou meďou a modrá farba roztoku bledne. Medený drôt v roztoku FeSO₄ zostane nezmenený.
Príklad 3: amfotérny oxid hlinitý
Napíš rovnice reakcií Al₂O₃ s kyselinou chlorovodíkovou a s roztokom hydroxidu sodného.
Riešenie
S kyselinou sa správa ako zásada, vznikne soľ a voda:
Al₂O₃ + 6 HCl → 2 AlCl₃ + 3 H₂O
So zásadou sa správa ako kyselina, vznikne tetrahydroxidohlinitan sodný:
Al₂O₃ + 2 NaOH + 3 H₂O → 2 Na[Al(OH)₄]
Kontrola druhej rovnice: vľavo 2 Na, 2 Al, 8 O a 8 H, vpravo rovnako.
rozšírenie Prečo lítium reaguje s vodou pomalšie ako draslík
Lítium má zo všetkých kovov najzápornejší potenciál (−3,04 V), zápornejší ako draslík (−2,93 V). Termodynamicky by teda malo reagovať s vodou „najochotnejšie“. V skutočnosti len pokojne šumí, kým draslík sa zapáli. Potenciál hovorí, či reakcia môže prebehnúť, nie ako rýchlo. Veľmi záporná hodnota lítia pochádza hlavne z obrovskej energie, ktorá sa uvoľní pri obalení malého iónu Li⁺ molekulami vody. Rýchlosť však brzdí pevnejšia kovová mriežka, vyššia ionizačná energia (520 kJ/mol oproti 419 kJ/mol) a vyššia teplota topenia (180,5 °C oproti 63,5 °C). Draslík sa teplom reakcie roztopí a jeho povrch sa stále obnovuje, lítium zostáva tuhé. Porovnaj pokusy lítium s vodou a draslík s vodou.
rozšírenie Relativistické efekty: zlato a ortuť
V atóme zlata (Z = 79) sa elektróny 1s pohybujú rýchlosťou asi 58 % rýchlosti svetla. Podľa teórie relativity sa ich hmotnosť zväčší, orbitály s sa stiahnu bližšie k jadru a elektrón 6s je viazaný pevnejšie. Preto má zlato vyššiu ionizačnú energiu (890 kJ/mol) ako striebro nad ním (731 kJ/mol) a mimoriadne veľkú elektrónovú afinitu (223 kJ/mol). S céziom dokonca tvorí iónovú zlúčeninu CsAu s aniónom Au⁻. Orbitály 5d sa naopak rozšíria, rozdiel energií medzi 5d a 6s sa zmenší a zlato pohlcuje modré svetlo, takže sa nám javí žlté. Pri ortuti je pár 6s² viazaný tak pevne, že sa kovovej väzby takmer nezúčastňuje, a ortuť sa topí už pri −38,8 °C.
teória
Časté chyby
- Nie každý oxid kovu je zásadotvorný. Al₂O₃ a ZnO sú amfotérne, Mn₂O₇ a CrO₃ dokonca kyselinotvorné.
- Kyselinotvorný neznamená rozpustný vo vode. SiO₂ (piesok) s vodou nereaguje, ale so zásadami áno: SiO₂ + 2 NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O.
- Sodík meď z roztoku nevytesní. Najprv zreaguje s vodou. Pokusy s vytesňovaním robíme s kovmi od horčíka doprava.
- Hliník nie je ušľachtilý. V rade stojí ďaleko vľavo, len ho chráni tenká vrstvička Al₂O₃.
- Ušľachtilý neznamená, že nereaguje s ničím. Meď sa rozpustí v kyseline dusičnej, zlato v lúčavke kráľovskej.
- Vytesňovanie ide len jedným smerom. Reaktívnejší kov vytesní menej reaktívny, nikdy naopak.
teória
Kam ďalej
Trendy, z ktorých vlastnosti oxidov vychádzajú, zhŕňa lekcia Periodické trendy. O kyslíku a horení si prečítaj v lekciách Kyslík a Spaľovanie v kyslíku, o najreaktívnejších kovoch v lekcii Alkalické kovy. Ako sa kovy spájajú do zmesí s lepšími vlastnosťami, ukáže lekcia Zliatiny.