Dodaj do ulubionych Udostępnij materiał Wydrukuj

Gdy do wody wrzucisz sól lub cukier, po prostu się rozpuszczą – powstanie roztwór, czyli mieszanina jednorodna. Co się stanie, gdy do wody wrzucimy metal lub jego tlenek? Czy w obu przypadkach reakcja będzie taka sama? Co powstanie: mieszanina czy związek chemiczny? W jak sposób możemy to sprawdzić?

„Aktywny” znaczy: czynny, dynamiczny, energiczny, przebojowy. Jaki zatem metal nazywamy „aktywnym”?

R1UftWkCs2Hmy1
Wszyscy wiemy, jak wygląda rdza na żelazie, ale są metale, które reagują o wiele gwałtowniej – na przykład sód, który trzeba przechowywać w oleju, ponieważ w kontakcie z powietrzem błyskawicznie pokrywa się szarym nalotem, a w kontakcie z wodą może nawet doprowadzić do wybuchu
Już wiesz
  • w jaki sposób tworzy się wzory związków chemicznych;

  • jak stosować reguły zapisywania równań reakcji chemicznych.

Nauczysz się
  • co to jest wodorotlenek;

  • nazywać wodorotlenki na podstawie ich wzorów;

  • wymieniać i opisywać metody otrzymywania wodorotlenków oraz zapisywać odpowiednie równania reakcji;

  • podawać przykłady metali i tlenków metali reagujących z wodą;

  • identyfikować produkty reakcji metali aktywnych z wodą;

  • podawać przykłady wskaźników kwasowo‑zasadowych oraz określać ich barwę w wodzie i w zasadach.

ij53HjGut9_d5e223

1. Wodorotlenki – budowa

WodorotlenkiwodorotlenekWodorotlenki to związki chemiczne o stałym stanie skupienia, zbudowane z kationów metalu i anionów wodorotlenkowych.
*Jony te przyciągają się w wyniku działania sił elektrostatycznych, tworząc sieć krystalicznąsieć krystalicznasieć krystaliczną.

R1KfZDxIrOpOD1

Wartościowość grupy wodorotlenowej zawsze równa się I.

R1KQEB3LhAFTj1

Ogólny wzór wodorotlenków metali jednowartościowych:

R1TuDXlrd7eYZ1
REZfT5fV7kZLf1

Ogólny wzór wodorotlenków metali:

R1LM2mvSZLv2q1
RlsozyJoA42ek1
R1OMBUcWdSPNp1

Nazwy wodorotlenków powstają przez dodanie do słowa „wodorotlenek” nazwy pierwiastka tworzącego dany związek (w dopełniaczu):

R1bUd0BGB24iP1
R1MHhFqdXM3Ue1

Jeżeli metal tworzy dwa wodorotlenki, to do nazwy dodaje się w nawiasie cyfrę rzymską określającą wartościowość metalu, np.

R8iMtismJHkEy1

Jeśli metal tworzy jeden wodorotlenek, wartościowość metalu w nazwie się pomija.

R13QobgtJIhI71
R1225Ndf0ukkt1
ij53HjGut9_d5e308

2. Wskaźniki

O tym, że badane związki mają odmienne właściwości, można się przekonać, używając substancji zwanych wskaźnikami. Ich działanie pod wpływem innych substancji polega na tym, że w łatwy do zaobserwowania sposób zmieniają zabarwienie. Dzięki temu możemy stwierdzić, czy w badanej próbce jest interesująca nas substancja.

W życiu codziennym również spotykamy wskaźniki. Herbata, do której dodamy sok z cytryny, zmienia pod jego wpływem zabarwienie na jaśniejsze. Podobnie, gdy do soku z buraków dodamy sok z cytryny (kwas cytrynowy) lub ocet (kwas octowy), barwnik tego soku pod wpływem kwasów przyjmie intensywny czerwony kolor.

Wskaźnikiem zmieniającym zabarwienie w roztworach wodnych, do których dodamy metale i tlenki metali (z utworzeniem nowego związku chemicznego – wodorotlenku), jest m.in. wywar z czerwonej kapusty.

RWpw5WZPEDVfe1
Wskaźnik z czerwonej kapusty: w wodzie (1), w wodnym roztworze wodorotlenku (2)

Wskaźnikiem lub indykatorem nazywamy substancję, za pomocą której możemy wykryć inną substancję, np. w wyniku zmiany barwy.

RsrVngG0Kiw0y1

*Obecnie lakmus jest rzadko stosowany jako wskaźnik kwasowo‑zasadowy.

ij53HjGut9_d5e353

3. Otrzymywanie wodorotlenków

Reakcja sodu/potasu z wodą – pokaz nauczycielski
Doświadczenie 1
Problem badawczy

Co się stanie, jeśli kawałek sodu lub potasu umieścimy w wodzie?

Hipoteza

Sód/potas rozpuści się w wodzie.
Między sodem/potasem a wodą zajdzie reakcja chemiczna.

Co będzie potrzebne
  • krystalizator,

  • woda,

  • wywar z czerwonej kapusty,

  • kawałek sodu lub potasu wielkości ziarna ryżu,

  • pęseta,

  • bibuła,

  • nóż.

Instrukcja
  1. Do krystalizatora wlej wodę i dodaj kilka kropel wywaru z czerwonej kapusty.

  2. Wyjmij pęsetą sód lub potas z oleju mineralnego lub nafty, dokładnie osusz bibułą i odkrój kawałek wielkości ziarna ryżu.

  3. Do krystalizatora z wodą z dodatkiem wywaru z czerwonej kapusty wrzuć przygotowany kawałek sodu lub potasu.

  4. Obserwuj zachodzące zmiany.

    R1Rs8eFnnzM5k1
    Nagranie rozpoczyna ujęcie blatu stołu laboratoryjnego z wyposażeniem niezbędnym do przeprowadzenia eksperymentu. Kolejno pokazywane są z bliska zlewka z wywarem z czerwonej kapusty, trzy kawałki metalicznego sodu w szalce Petriego, krystalizator z wodą, pęseta i kroplomierz. Demonstrator kroplomierzem nabiera wywar z czerwonej kapusty i dodaje go do wody w krystalizatorze. W kolejnym ujęciu woda ma już intensywnie czerwonawy kolor. Demonstrator pęsetą bierze jeden kawałek sodu z szalki i wrzuca go do wody. Sód zaczyna gwałtownie reagować, pojawia się na nim jasny punktowy płomień. Jednocześnie stopniowo zmianie ulega barwa wody w naczyniu, która z fioletowej przechodzi w brązowawą, a następnie w zielonkawą. Następuje zmiana ujęcia, pokazana zostaje zawartość krystalizatora po zakończeniu reakcji. Woda ma intensywnie zielony kolor. Następuje oddalenie kamery, widać leżącą po lewej stronie krystalizatora szalkę Petriego, a dalej pęsetę.

Podsumowanie

Sód i potas gwałtownie reagują z wodą, wydziela się bezbarwny gaz, a otrzymany roztwór barwi wywar z czerwonej kapusty na zielono.

2Na + 2H2O → 2NaOH+ H2
sód + woda → wodorotlenek sodu + wodór

Powstaje zasadowy roztwór wodorotlenku sodu.

2K + 2H2O → 2KOH + H2
potas + woda → wodorotlenek potasu + wodór

Powstaje zasadowy roztwór wodorotlenku potasu.

R1XsOCqUDE3ro1
Aplikacja interaktywna pozwala sprawdzić działanie wody na niektóre metale. W górnej części okna znajduje się polecenie tekstowe: Do probówki z wodą z dodatkiem kilku kropel fenoloftaleiny wrzuć kawałek sodu, opiłki magnezu lub miedzianą blaszkę. Obserwuj zachodzące zmiany. W przypadku ich braku podgrzej zawartość probówki. Za pomocą zapalonej zapałki zidentyfikuj wydzielający się gaz. Poniżej, w centralnym obszarze okna aplikacji znajduje się grafika przedstawiająca palnik gazowy nad którym wisi probówka z niebieską cieczą. Po lewej stronie znajdują się trzy ikony ustawione w kolumnie. Na każdej z nich jest rysunek metalu oraz podpis. Kolejno od góry są to: sód, magnez i miedź. Kliknięcie wybranej powoduje wywołanie animacji wrzucenia danego kawałka metalu do probówki. W przypadku sodu reakcja rozpoczyna się natychmiast, zawartość probówki zmienia kolor na fioletowy, pojawiają się pęcherzyki gazu. Obok próbówki pojawia się napis: woda plus fenoloftaleina plus nafta, aby reakcja przebiegła spokojnie. W przypadku magnezu nic się nie dzieje, ale kliknięcie palnika, co powoduje jego zapalenie powoduje podobny efekt: wydziela się w probówce gaz, zawartość zmienia kolor na fioletowy, a po prawej stronie pojawia się zapis woda plus fenoloftaleina. W przypadku miedzi żadna reakcja nie zachodzi, również po włączeniu palnika. Ostatnią czynnością do przeprowadzenia po wrzuceniu do probówki metalu oraz ewentualnym włączeniu palnika jest kliknięcie ikony zapałki znajdującej się pomiędzy ikonami metali, a palnikiem. Powoduje to wyświetlenie animacji przeniesienia zapałki nad probówkę. Efekt zależy od tego, co wrzuciło się do probówki. W przypadku sodu słychać wyraźne pyknięcie charakterystyczne dla eksplodującego wodoru i po prawej stronie okna aplikacji pojawia się zapis reakcji 2Na plus 2H2O daje w efekcie 2NaOH plus H2 w postaci gazowej. W przypadku magnezu przy włączonym palniku również słychać wyraźne pyknięcie charakterystyczne dla eksplodującego wodoru i po prawej stronie okna aplikacji pojawia się zapis reakcji Mg plus 2H2O daje w efekcie Mg OH dwa razy wzięte plus H2 w postaci gazowej. W przypadku miedzi nie ma pyknięcia i pojawia się zapis Cu plus H2O reakcja nie zachodzi.

Wodorotlenki otrzymuje się w wyniku reakcji metali aktywnych z wodą (metali z 1. oraz 2. grupy układu okresowego, z wyjątkiem berylu). W ich wyniku powstają zasady (wodne roztwory wodorotlenków) i wydziela się wodór.

metal aktywny + woda → wodorotlenek + wodór↑

Litowce reagują z wodą gwałtowniej niż berylowce. Magnez reaguje z wodą w podwyższonej temperaturze. W obrębie grupy aktywność metali rośnie ze wzrostem liczby atomowej (związane jest to z odległością elektronów walencyjnych od jądra). Metale innych grup układu okresowego (np. miedź) są mniej aktywne i nie reagują z wodą. Wodorotlenki metali spoza 1. i 2. grupy układu okresowego otrzymuje się innymi metodami.

RNquVuuedcF5Z1
Doświadczenie 2
Problem badawczy

Czy tlenek wapnia reaguje z wodą?

Hipoteza

Tlenek wapnia reaguje z wodą.
Tlenek wapnia nie reaguje z wodą.

Co będzie potrzebne
  • zlewka,

  • tlenek wapnia,

  • woda,

  • bagietka,

  • termometr,

  • fenoloftaleina.

Instrukcja
  1. Do zlewki wsyp trochę tlenku wapnia.

  2. Ostrożnie dolej zimnej wody i pomieszaj bagietką.

  3. Włóż termometr do zlewki.

  4. Obserwuj wskazania termometru.

  5. Dodaj kilka kropli fenoloftaleiny.

Podsumowanie

Niewielka ilość tlenku wapnia rozpuszcza się w wodzie, a reszta opada na dno. W wyniku reakcji wydziela się ciepło – jest to reakcja egzoenergetyczna. Po dodaniu fenoloftaleiny roztwór zmienia zabarwienie na malinowo. Powstaje zasadowy roztwór wodorotlenku wapnia:

CaO + H2O → Ca(OH)2
Rci5ZnCVgQc5n1
Aplikacja interaktywna pozwala sprawdzić działanie wody na niektóre tlenki metali. W górnej części okna znajduje się polecenie tekstowe: Do probówki z wodą z dodatkiem kilku kropel fenoloftaleiny wsyp tlenek sodu, tlenek magnezu lub tlenek miedzi dwa. Obserwuj zachodzące zmiany. Poniżej, w centralnym obszarze okna aplikacji znajduje się grafika przedstawiająca probówkę z niebieską cieczą podpisaną Woda plus fenoloftaleina. Po lewej stronie znajdują się trzy ikony ustawione w kolumnie. Na każdej z nich jest rysunek kupki białego, a w przypadku ostatniej ikony czarnego proszku oraz podpis. Kolejno od góry są to: tlenek sodu, tlenek magnezu oraz tlenek miedzi. Kliknięcie wybranej powoduje wywołanie animacji wrzucenia danej substancji do probówki oraz wymieszania jej za wodą za pomocą szklanej bagietki. W przypadku tlenków sodu i magnezu powoduje to zmianę koloru zawartości probówki na fioletowy i zniknięcie z probówki wrzuconego proszku. W przypadku tlenku miedzi dwa do żadnej reakcji nie dochodzi, o czym informuje również napis po prawej stronie probówki. Zarówno po wrzuceniu do probówki tlenku sodu, jak i po wrzuceniu tlenku magnezu i odegraniu animacji po prawej stronie pojawia się sumaryczny i modelowy, czyli rysunkowy zapis reakcji. Dla tlenku sodu jest to równanie Na2O plus H2O daje w efekcie 2 NaOH. Dla tlenku magnezu jest to równanie MgO + H2O daje w efekcie Mg OH dwa razy wzięte.

Drugim sposobem otrzymywania wodorotlenków jest działanie tlenków metali aktywnych (należących do 1. oraz 2. grupy układu okresowego z wyjątkiem berylu), zwanych tlenkami zasadowymi, na wodę.

tlenek metalu aktywnego + woda → wodorotlenek

W wyniku tych reakcji powstają zasady – wodne roztwory wodorotlenków.

ij53HjGut9_d5e544

Podsumowanie

  • Wodorotlenki to związki chemiczne zbudowane z kationów metali i anionów wodorotlenkowych o wzorze ogólnym: M(OH)n.

  • Wodorotlenki otrzymuje się jako efekt działania tlenków metali aktywnych (tlenków zasadowych) na wodę oraz niektórych metali na wodę.

  • Roztwory wodorotlenków łatwo rozpuszczalnych w wodzie (wszystkie wodorotlenki metali z 1. grupy układu okresowego i wybranych metali z grupy 2.) tradycyjnie nazywa się zasadami.

Praca domowa
Polecenie 1.1

Przygotuj infografikę przedstawiającą barwy wybranych wskaźników w środowisku obojętnym i zasadowym.

Polecenie 1.2

Zaprojektuj doświadczenie metalu aktywnego, np. wapnia z wodą z wodą, uwzględniając sposób identyfikacji powstałych produktów.

ij53HjGut9_d5e601

Słowniczek

sieć krystaliczna
sieć krystaliczna

pojęcie abstrakcyjne, matematyczne, oznaczające powtarzające się w przestrzeni upakowanie drobin (pod określonymi kątami i w określonej odległości)

wodorotlenek
wodorotlenek

związek chemiczny zbudowany z kationów metalu i anionów wodorotlenkowych

ij53HjGut9_d5e660

Zadania

Ćwiczenie 1
R4eVokQC5fQfJ1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 2
R1CfrxzsqguUJ1
zadanie interaktywne

Rozwiąż zadanie.

Ćwiczenie 3.1
R1EnL71i4J57P1
Aplikacja interaktywna składająca się z trzech pól, w które można przeciągnąć ikony umieszczone w kolumnie po prawej stronie okna aplikacji. Poniżej tych pustych pól znajdują się rysunki. Pod polem lewym jest to rysunek probówki z fioletową cieczą i podpisem Woda plus fenoloftaleina. Pod polem środkowym jest to rysunek probówki z fioletową cieczą oraz zapalonym palnikiem gazowym poniżej i podpisem Woda plus fenoloftaleina. Pod polem prawym jest to rysunek probówki z niebieską cieczą oraz zapalonym palnikiem gazowym poniżej i podpisem Woda plus fenoloftaleina. Ikony po prawej stronie przeznaczone do przeciągnięcia w odpowiednie miejsca reprezentują, licząc kolejno od góry, miedź, magnez i sód.

Rozwiąż zadanie.

Ćwiczenie 4.1
RtACH8M2gLQQE1
Aplikacja interaktywna w formie układanki. W centralnej części okna znajdują się trzy pola podzielone kwadraty służące do przeciągnięcia w nie właściwych elementów, w tym przypadku kulek stanowiących modele atomów. Każde takie pole jest podpisane. Po lewej stronie pole składające się z trzech elementów podpisane Wodorotlenek potasu, pośrodku pięcioelementowe pole podpisane Wodorotlenek magnezu, a po prawej stronie trójelementowe pole podpisane Wodorotlenek sodu. Poniżej, na tle zielonkawego prostokąta znajdują się kolorowe kulki o różnych rozmiarach. Licząc od lewej: mała biała kulka podpisana symbolem H, średnia czerwona kulka podpisana symbolem O, średnia zielona kulka podpisana symbolem Mg, większa fioletowa kulka podpisana Na oraz duża ciemna kula podpisana K. Zadaniem użytkownika jest utworzenie z tych kulek modeli cząsteczek wodorotlenków poprzez przeciągnięcie ich we właściwe miejsce. Weryfikacji ustawień dokonuje się naciskając przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu okna.

Rozwiąż zadanie.

Ćwiczenie 5.1
Rk21RhODSdYOE1
Aplikacja interaktywna. W górnej części okna znajduje się tabela z zestawieniem pięciu przykładowych wskaźników i ich kolorów w wodzie destylowanej oraz w wodnym roztworze wodorotlenku. Pięć z piętnastu pól jest pustych, brakuje dwóch nazw i trzech kolorów w wodnym roztworze wodorotlenku. Pola te znajdują się na szarym prostokącie pod tabelą, a zadaniem użytkownika jest przeciągnięcie ich we właściwe miejsca. Weryfikacji ustawień dokonuje się naciskając przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu okna.
Ćwiczenie 6
R1JIRlsXG11mu1
zadanie interaktywne