Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał Wydrukuj

Wodorotlenki sodu, potasu, wapnia czy baru to związki, z których każdy ma inne właściwości. Dlaczego, mimo różnic, wszystkie zasadyzasadyzasady barwią określony wskaźnik na ten sam kolor? Czy jest to związane z ich budową?

ReEguSrYJtiQE1
Wodne roztwory wodorotlenków bywają niekiedy używane jako elektrolity – na przykład w popularnych akumulatorach NiMH rolę tę pełni wodorotlenek potasu
Już wiesz
  • w jaki sposób zdefiniować pojęcia wodorotlenek i zasada;

  • czym są wskaźniki i umiesz podać ich barwę w wodzie i w zasadach.

Nauczysz się
  • dlaczego wodne roztwory wodorotlenków przewodzą prąd elektryczny;

  • na czym polega proces dysocjacji elektrolitycznej;

  • zapisywać równania dysocjacji elektrolitycznej zasad oraz przedstawiać ten proces za pomocą modeli.

i2yD6k98SI_d5e170

1. Przewodnictwo elektryczne wodnych roztworów wodorotlenków

Barwienie wskaźników kwasowo‑zasadowych w wodnych roztworach wodorotlenków
Doświadczenie 1
Problem badawczy

Czy wskaźniki kwasowo‑zasadowe zmieniają barwy w wodnych roztworach wodorotlenków?

Hipoteza

Wskaźniki kwasowo‑zasadowe zmieniają barwę w wodnych roztworach wodorotlenków.
Wskaźniki kwasowo‑zasadowe nie zmieniają barwy w wodnych roztworach wodorotlenków.

Co będzie potrzebne
  • foliowa koszulka na dokumenty,

  • pipeta Pasteura,

  • woda,

  • wywar z czerwonej kapusty,

  • fenoloftaleina,

  • wskaźnik uniwersalny,

  • wodny roztwór wodorotlenku (np. sodowy, potasowy, wapniowy).

Instrukcja
  1. Do foliowej koszulki włóż kartkę z tabelą.

    R1GaE424ulJdc1

  2. Nanieś za pomocą pipety Pasteura w drugiej kolumnie po kropli wody, a w trzeciej – po kropli wodnego roztworu wodorotlenku (np. sodowego, potasowego, wapniowego).

  3. W każdym wierszu tabeli nanieś po kropli odpowiedniego wskaźnika kwasowo‑zasadowego bezpośrednio na krople umieszczonych tam wcześniej wody i wodnego roztworu wodorotlenku.

  4. Obserwuj zachodzące zmiany.

Podsumowanie

Użyte wskaźniki kwasowo‑zasadowe w badanych roztworach zmieniły jednakowo zabarwienie. Świadczy to o tym, że zawierają wspólny element (aniony wodorotlenkowe), który powoduje zmianę barwy wskaźników.

R1VRbv1QWxOHL1
Aplikacja interaktywna przedstawiająca możliwości przewodnictwa prądu elektrycznego w wodnych roztworach zasad. Po lewej stronie okna znajduje się rysunek obwodu elektrycznego. Składa się on z płaskiej baterii i diody świecącej. Ujemny biegun baterii podłączony jest przewodem z zaciskami do jednej nóżki diody. Druga nóżka oraz dodatni biegun baterii podłączone są przewodami do dwóch czarnych elektrod ustawionych blisko siebie i równolegle, ale nie stykających się ze sobą. W prawym dolnym rogu okna aplikacji znajdują się cztery zlewki z przezroczystymi cieczami, podpisane kolejno: H2O destylowana, NaOH, KOH oraz Ca OH dwa razy wzięte. Kliknięcie każdej zlewki powoduje przesunięcie jej w taki sposób, że obie elektrody zostają zanurzone w cieczy. W przypadku zlewki z wodą nie przynosi to żadnych rezultatów, natomiast zanurzenie elektrod w roztworach wodorotlenków sodu, potasu lub wapnia powoduje zaświecenie się diody LED w obwodzie.

Podsumowanie doświadczenia (symulacji)
Woda destylowana nie przewodzi prądu elektrycznego. Przez pozostałe roztwory przepływa prąd elektryczny, o czym świadczy świecenie żarówki.
Roztwory zasad przewodzą prąd elektryczny – znajdują się w nich jony, które są nośnikami ładunku elektrycznego.

Substancje, których wodne roztwory przewodzą prąd elektryczny, nazywamy elektrolitamielektrolityelektrolitami. Nieelektrolity to substancje, których wodne roztwory nie przewodzą prądu. Woda destylowana jest nieelektrolitem, a wodorotlenki sodu, potasu i wapnia są elektrolitami. Wynik doświadczenia świadczy o obecności w roztworach wodorotlenków cząstek obdarzonych ładunkami elektrycznymi.

i2yD6k98SI_d5e340

2. Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenku sodu

RKFt0ApFiMPP01
Film rozpoczyna ujęcie blatu stołu laboratoryjnego z zebranymi na nim elementami niezbędnymi do przeprowadzenia pokazu. Są to szklana bagietka, szkiełko z niewielką ilością wodorotlenku sodu w postaci granulek i zlewka z wodą. Zmiana ujęcia, pokazana zostaje zlewka z boku i moment wsypywania do wody wodorotlenku sodu, a następnie wymieszanie zawartości. W momencie poruszenia przez komentatora kwestii cząsteczek następuje rozmycie obrazu filmowego i pokazanie na jego tle modelu zbitych w jedno ciało stałe cząsteczek wodorotlenku sodu oraz otaczających ich cząsteczek wody. W modelach tych sód reprezentowany jest przez kulki fioletowe, tlen przez kulki czerwone, a wodór, przez kulki białe. Na jednej z cząsteczek wodorotlenku sodu oraz jednej cząsteczce wody atomy oznaczono też ich symbolami: Na O i H. Przy cząsteczkach wody oznaczono rozkład ładunków elektrycznych: dodatnie pomiędzy atomami wodoru i ujemne po przeciwnej stronie atomów tlenu. W przypadku opisanej symbolami cząsteczki wodorotlenku sodu atom sodu oznaczono znakiem plus, a grupę OH wyróżniono znakiem minus. Następuje zmiana pokazanych modeli przy zachowaniu starego tła. Teraz po lewej stronie ekranu wyświetlany jest model jonu sodu Na plus otoczony przez sześć cząsteczek wody zwróconych atomami wodoru na zewnątrz koła, a cząsteczką tlenu oznaczoną znakiem minus do wewnątrz. Po prawej stronie ekranu wyświetlany jest model grupy OH minus otoczony przez sześć cząsteczek wody zwróconych atomami wodoru i znakiem plus do wewnątrz koła. Następuje zmiana prezentowanego modelu bez zmiany tła. Po lewej stronie pokazana jest grupa cząstek wodorotlenku sodu otoczona przez atomy wody. Od jednego atomu sodu oraz od jednej grupy wodorotlenowej OH wychodzą dwie długie czarne strzałki prowadzące na prawą stronę ekranu. Tam, po prawej stronie u góry pokazany jest oznaczony znakiem plus jon sodu otoczony przez cząsteczki wody zwrócone atomami wodoru do zewnątrz koła, a poniżej oznaczona znakiem minus grupa wodorotlenowa otoczona przez cząsteczki wody zwrócone atomami wodoru do środka koła. Znaki plus i minus w jonie sodu oraz w grupie wodorotlenowej zostają przez chwilę wyróżnione migotaniem.
i2yD6k98SI_d5e372

3. Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenków potasu i wapnia

RLPMnAw6rgQAy1
Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenku potasu

Wodorotlenek potasu dysocjujedysocjacja elektrolitycznadysocjuje, czyli rozpada się pod wpływem wody na jednododatni kation potasu i jednoujemny anion wodorotlenkowy. Zarówno kation potasu, jak i anion wodorotlenkowy są w roztworze wodnym otoczone cząsteczkami wody (hydratacjahydratacjahydratacja).

RmcqZ7SPeXe5O1
Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenku wapnia

Wodorotlenek wapnia dysocjuje na dwudodatni kation wapnia i dwa jednoujemne aniony wodorotlenkowe.
Liczba powstających w wyniku dysocjacji ładunków dodatnich jest równa liczbie powstających ładunków ujemnych.

Teorię rozpadu substancji na jony opracował Svante Arrhenius (czyt. svante anhirius)Svante ArrheniusSvante Arrhenius (czyt. svante anhirius). Zgodnie z nią zasadami nazywamy związki chemiczne, które dysocjują na kationy metalu i aniony wodorotlenkowe:

M(OH)n H2O Mn+nOH-
Fontanna amoniakalna
Doświadczenie 2
Problem badawczy

Czy woda amoniakalna (roztwór amoniaku w wodzie) wykazuje odczyn zasadowy?

Hipoteza

Wodny roztwór amoniaku wykazuje odczyn zasadowy.

Co będzie potrzebne
  • nasycony wodny roztwór amoniaku,

  • woda destylowana,

  • wywar z czerwonej kapusty,

  • zestaw do zbierania amoniaku (probówka zamknięta korkiem z odprowadzeniem bocznym, kolba okrągłodenna),

  • korek z osadzoną w nim cienką rurką szklaną,

  • krystalizator,

  • palnik.

Instrukcja
  1. W zamkniętej korkiem probówce z odprowadzeniem bocznym ogrzewaj wodę amoniakalną. Po chwili do bocznej rurki zbliż odwrócone do góry dnem, suche naczynie, do którego zbierzesz amoniak.

  2. Po chwili amoniak wypełni naczynie. Wtedy zamknij kolbę korkiem, przez który przechodzi cienka szklana rurka.

  3. Wylot rurki zanurz w krystalizatorze z wodą, do której wcześniej dodano kilka cmIndeks górny 3wywaru z czerwonej kapusty.

    RInoTeiZ0jCUY1

Podsumowanie

Woda stopniowo wypełnia kolbę. Powstaje charakterystyczna fontanna zwana amoniakalną. Wywar z czerwonej kapusty przyjmuje zielone zabarwienie.

Roqjfpdygj2jZ1
Nagranie rozpoczyna ujęcie zestawu laboratoryjnego do wytwarzania amoniaku. Składa się z probówki umieszczonej pod kątem czterdziestu pięciu stopni do pionu w łapie statywu. Probówka ma w górnej części odprowadzenie boczne do którego podłączona jest długa gumowa rurka, a główny otwór wylotowy probówki zatkany jest białym korkiem. W probówce znajduje się przezroczysta ciecz, wodny roztwór amoniaku. Obok na stole leżą palnik gazowy, duży krystalizator z fioletową cieczą i mała kolba kulista. Zmiana ujęcia, demonstrator trzymając w ręce palnik podgrzewa nim zawartość probówki. Następuje zbliżenie, widać, że woda amoniakalna w probówce wrze i szybko odparowuje. W kolejnym szerokim ujęciu widać, że w łapie drugiego statywu po prawej stronie umieszczona została do góry dnem kolba, której wylot zatkany jest korkiem przez który do środka wprowadzono drugi koniec gumowego węża. Zmiana ujęcia, następuje zbliżenie dłoni laboranta zdejmującego kolbę już bez korka i gumowej rurki ze statywu i zamykającego wylot innym korkiem z przechodzącą przez niego długą i prostą rurką szklaną. Zmiana ujęcia, pokazany zostaje duży krystalizator wypełniony wodą z wywarem z czerwonej kapusty oraz dłoń w lateksowej rękawiczce trzymająca do góry dnem kolbkę z rurką w taki sposób, że koniec rurki zanurzony jest w wodzie. Widać, jak słupek wody jest wciągany przez rurkę do wnętrza kolbki i natychmiast zmienia kolor na zielony. Napływ jest coraz intensywniejszy, tryska silna fontanna i po chwili kolbka zostaje całkowicie wypełniona wodą, która przybiera intensywnie zielony kolor.

Amoniak (NH3) jest gazem o charakterystycznym zapachu, bardzo dobrze rozpuszczalnym w wodzie. Wodny roztwór amoniaku (woda amoniakalna NH3 · H2O) jest zasadą, o czym świadczy zmiana zabarwienia wskaźnika, np. zabarwienie się wywaru z czerwonej kapusty na zielono.

Woda amoniakalna ulega dysocjacji:

NH3 · H2O H2O NH4+OH-
woda amoniakalna  woda  kation amonu + anion wodorotlenkowy
i2yD6k98SI_d5e504

Podsumowanie

  • Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie rozpadają się na jony: kationy metalu i aniony wodorotlenkowe.

  • Wodne roztwory wodorotlenków przewodzą prąd elektryczny – są elektrolitami.

  • Ładunek jonu zapisuje się, podając za symbolem w indeksie górnym najpierw cyfrę, a potem znak jonu (jedynkę pomija się) np. OH-, Mg2+. Liczbę takich samych jonów zapisuje się za pomocą współczynnika przed symbolem, np. 2Mg2+.

  • Anion wodorotlenkowy ma zawsze ładunek jednoujemny.

Praca domowa
Polecenie 1.1

Przygotuj animację ilustrującą dysocjację jonową wodorotlenku sodu.

Polecenie 1.2

Wykonując plakat lub animację, wyjaśnij, na czym polega proces dysocjacji jonowej zasad.

i2yD6k98SI_d5e563

Słowniczek

Svante Arrhenius
R1ZEJVlzepclr1

Svante Arrhenius

Szwedzki fizykochemik. Twórca teorii dysocjacji elektrolitycznej. Zajmował się badaniem wpływu ilości tlenku węgla(IV) w powietrzu atmosferycznym na temperaturę przy powierzchni Ziemi. Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii (w 1903 r.).

dysocjacja elektrolityczna
dysocjacja elektrolityczna

rozpad związków chemicznych na jony pod wpływem wody

elektrolity
elektrolity

substancje, których wodne roztwory przewodzą prąd elektryczny

hydratacja
hydratacja

otaczanie jonów lub cząsteczek w roztworze cząsteczkami wody

wodorotlenki
wodorotlenki

związki chemiczne, które pod wpływem wody dysocjują na kationy metali i aniony wodorotlenkowe

i2yD6k98SI_d5e740

Zadania

Ćwiczenie 1
R1H1OOIuv0JU31
zadanie interaktywne

Rozwiąż zadanie.

Ćwiczenie 2.1
R14HBdnP8C6421
Aplikacja interaktywna w formie układanki. W górnej części znajduje się napis Dysocjacja wodorotlenku wapnia W centralnej części okna znajduje się równanie rozkładu na jony pod wpływem wody, w którym związek początkowy oraz umieszczona nad symbolem strzałki równania woda zapisane są w postaci modeli. Rozbijany związek składa się z pięciu atomów: jednego w samym środku cząsteczki, dwóch po lewej i dwóch identycznych po prawej. Prawa strona równania jest pusta, znajduje się tam miejsca na dwa jony. Pierwszy jon zawiera jeden atom, a górny indeks opisujący jego ładunek jest dwuznakowy. Drugi jon zawiera dwa atomy, jego górny indeks opisujący ładunek jest jednoznakowy, a przed miejscem na symbole atomów znajduje się miejsce na cyfrowy indeks liczby jonów będących rezultatem reakcji. W dolnej części okna aplikacji na tle zielonkawego prostokąta znajdują się koła z symbolami atomów oraz prostokąty z cyframi oraz znakami plus i minus. Symbole atomów to, licząc od lewej: Mg, Ca, O oraz H. Następujące po nich prostokąty oznaczone są cyframi: cztery, trzy, dwa oraz znakami plus oraz minus. Zadaniem użytkownika jest uzupełnienie właściwymi elementami zapisu reakcji poprzez wybranie odpowiednich i przeciągnięcie ich w przeznaczone dla nich miejsce. Weryfikacji ustawień dokonuje się naciskając przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu okna.
Ćwiczenie 3
RgYwlE7XOsDZr1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 4
RKC5PrOlRAXI8
zadanie interaktywne
Zadanie 4

Rozwiąż zadanie.

Ćwiczenie 5.1
RcIpMDF9Y1dvF1
Aplikacja interaktywna w formie układanki. W górnej części znajduje się napis Dysocjacja wodorotlenku sodu. W centralnej części okna znajduje się równanie rozkładu na jony pod wpływem wody. Równanie przedstawione jest dwojako: u góry w formie tradycyjnego wzoru chemicznego, a u dołu w postaci schematu modelowego. W obu przypadkach równanie jest puste, znajdują się tam tylko znaki strzałki i plusa oraz miejsca do przeciągnięcia elementów z dolnego paska. W tradycyjnie zapisanym równaniu przewidziano po jednym miejscu dla symboli atomów, jonów i ładunków jonów. W zapisie modelowym każde miejsce odpowiada pełnemu modelowi. W dolnej części okna aplikacji, na tle szarego prostokąta znajdują się małe prostokąty z symbolami pierwiastków K, O, H i Na oraz symbolami plus i minus. Obok znajdują się następujące modele trójelementowy podpisany jako Na plus OH minus, trójelementowy model wody bez podpisów, jednoelementowy Na plus, dwuelementowy OH minus oraz pięcioelementowy bez podpisów. Zadaniem użytkownika jest uzupełnienie właściwymi elementami zapisu reakcji poprzez wybranie odpowiednich i przeciągnięcie ich w przeznaczone dla nich miejsce. Weryfikacji ustawień dokonuje się naciskając przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu okna.