Εν αρχή ην ο Μεντελέγιεφ και νυν και αεί θα είναι ο περιοδικός πίνακας. Μια απλή αλλά χρήσιμη υπενθύμιση

Transcript

1 Εν αρχή ην ο Μεντελέγιεφ και νυν και αεί θα είναι ο περιοδικός πίνακας n= 1 n= 2 n= 3 n= 4 n= 5 n= 6 n= 7 S F (n-2) D (n-1) P Μια απλή αλλά χρήσιμη υπενθύμιση l = 0, m l = 0 1 s τροχιακό, 2 ηλεκτρόνια l = 1, m l = 1, 0, 1 3 p τροχιακά, 6 ηλεκτρόνια l = 2, m l = 2, 1, 0, 1, 2 5 d τροχιακά, 10 ηλεκτρόνια l = 3, m l = 3, 2, 1, 0, 1, 2, 3 7 f τροχιακά, 14 ηλεκτρόνια

2 Συνήθως το πρώτο βήμα είναι η σωστή ηλεκτρονιακή διαμόρφωση. Αυτή προκύπτει άμεσα από την «πορεία» διαμέσου του περιοδικού πίνακα. ίνονται τα άτομα 6 C, 7 N, 11 Na, 12 Mg, 14 Si και 19 K. Τι γνωρίζουμε για τα στοιχεία αυτά; Γνωρίζουμε καταρχήν τη διαδοχή των ενεργειακών σταθμών 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p Γνωρίζουμε και τη μέγιστη δυνατή κατοχή κάθε στάθμης 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 Συνεπώς έχουμε 6 C 1s2 2s 2 2p 2 7 N 1s2 2s 2 2p 3 11 Na 1s2 2s 2 2p 6 3s 1 12 Mg 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 14 Si 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 19 K 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ύο στοιχεία ανήκουν στη 2 η περίοδο, τρία στην 3 η και ένα στην 4 η. ύο ζευγάρια στοιχείων ανήκουν στην ίδια ομάδα, την 1 η και την 4 η κύρια ομάδα (14 η συνολικά). ύο ζεύγη στοιχείων είναι διαδοχικά σε μια περίοδο.

3 Γνωρίζουμε ότι υπάρχουν ορισμένες ευσταθείς ηλεκτρονιακές διαμορφώσεις στις οποίες είτε ανήκουν τα στοιχεία είτε τείνουν, δημιουργώντας τα αντίστοιχα ιόντα τους. Συμπληρωμένη εξωτερική τροχιά. Γίνεται μετατρέποντας το Α σε Α 1 για τα στοιχεία της 7 ης (17 ης ) ομάδας, τα αλογόνα. Γίνεται μετατρέποντας το Α σε Α +1 για τα στοιχεία της 1 ης ομάδας, τα αλκαλιμέταλλα. Άρα, η χημεία των Na και K κυριαρχείται από τη βαθμίδα +1. Αντίστοιχα η χημείατου Mg αναφέρεται σε ενώσεις του δισθενούς στοιχείου. Για τον άνθρακα, θα μπορούσε να είναι είτε +4 είτε 4. Μια απλή «περιήγηση» στο διαδίκτυο δίνει άθροισμα των τεσσάρων πρώτων ενεργειών ιονισμού του στοιχείου ίσο με kj mol 1, κάτι εντελώς απίθανο να επιτευχθεί στον πάγκο ενός χημικού εργαστηρίου. Συνεπώς το στοιχείο σχηματίζει κατά κανόνα ομοιοπολικούς δεσμούς, όπως και το γειτονικό του άζωτο (άθροισμα 5 ενεργειών ιονισμού kj mol 1 ) Ημισυμπληρωμένα p ή d τροχιακά. Το στοιχείο του αζώτου είναι ιδιαίτερα σταθερό σε σχέση με τα γειτονικά του (καμπή στην καμπύλη 1 ης ενέργειας ιονισμού). Ξεχάσαμε κάτι; Ναι, δύο ζεύγη από τα στοιχεία αναμένεται να εμφανίζουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες επειδή έχουν παρόμοια διαμόρφωση στις εξωτερικές τους τροχιές.

4 Μπορούμε να κατατάξουμε τα στοιχεία αυτά κατά σειρά μεγέθους του ατόμου τους; ηλαδή μπορεί να γίνει πρόβλεψη της σχετικής ατομικής τους ακτίνας;

5 Προφανώς το άτομο του Κ είναι το μεγαλύτερο αφού ανήκει στην 4 η περίοδο. Ακολουθούν Na, Mg, Si που είναι στη 3 η περίοδο και τέλος C και N που ανήκουν στην 2 η. Σε μια περίοδο, διαδοχικά στοιχεία έχουν αύξηση κατά 1 στο πυρηνικό φορτίο πηγαίνοντας προς τα δεξιά. Η αύξησηκατά1 στοφορτίοτωνηλεκτρονίων, δεν συνεπάγεται «αναίρεση» της έλξης από το πρόσθετο πρωτόνιο του πυρήνα επειδή ηλεκτρόνια στην ίδια τροχιά δεν προστατεύονται απολύτως μεταξύ τους. Συνεπώς κατά μήκος μιας περιόδου, τα στοιχεία συνεχώς μικραίνουν σε μέγεθος (ισχυρότερη έλξη, άρα μικρότερη ακτίνα για την «ισοδύναμη τροχιά» του προτύπου του Bohr). Έτσι, η σειρά μεγέθους των ατόμων είναι K > Na > Mg > Si > C > N Αυτή η διαφοροποίηση αντικατοπτρίζεται και στα μήκη δεσμών με ίδια τρίτα στοιχεία, όπως π.χ. ημέσητιμήτων μηκώνδεσμών C H 109 pm, N H 99 pm, O H 97 pm C=C 134 pm, C=N 125 pm, C=O 121 pm CΞC 120 pm CΞN 116 pm

6 Τώρα κάτι πιο δύσκολο και πιο σύνθετο. Να βρεθεί ο ατομικός αριθμός του στοιχείου της 4 ης Περιόδου του περιοδικού πίνακα, το άτομο του οποίου έχει ημισυμπληρωμένα τα p τροχιακά στη βασική κατάσταση. Σε ποια ομάδα του πίνακα εντάσσεται το στοιχείο αυτό και ποιες είναι οι κυριότερες βαθμίδες οξείδωσής του; Στοιχείο της 4 ης περιόδου, άρα n=4 άρα η εξωτερική τροχιά έχει τη διάταξη 4s 3d 4p. Το στοιχείο έχει ημισυμπληρωμένα τα 4p τροχιακά του, άρα η ηλεκτρονιακή του διαμόρφωση είναι 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 Το στοιχείο ανήκει στην (2+10+3) 15 η ομάδα, ήτην5 η από τις κύριες ομάδες. Το στοιχείο ανήκει στις περιπτώσεις των ευσταθών ηλεκτρονιακών διαμορφώσεων. Άρα μπορεί να σχηματίσει ενώσεις ως μηδενοσθενές. Μπορεί ακόμη να συμπληρώσει την εξωτερική του τροχιά προσλαμβάνοντας 3 ηλεκτρόνια και μετατρεπόμενο σε Α 3, ενώμπορείναυποτεθείότιείναιδυνατόν να χάσει τα 5 ηλεκτρόνια από τα τροχιακά με τον υψηλότερο κύριο κβαντικό αριθμόκαιναμετατραπείσεα +5. Θα μπορούσε επίσης να χάσει μόνο τα 4p ηλεκτρόνιά του οπότε και πάλι έχει συμπληρωμένα τα εξωτερικά d τροχιακά του και είναι Α +3. Το στοιχείο ανήκει στον τομέα Ρ του περιοδικού πίνακα

7 Να καταταγούν τα ακόλουθα χημικά είδη κατά σειρά αυξανομένου μεγέθους: 17 Cl, 18 Ar, 19 K +. ι ηλεκτρονιακές διαμορφώσεις δίνουν τα εξής στοιχεία: Cl: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 K: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 Cl 1 : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 K +1 : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Τα τρία χημικά είδη είναι ισοηλεκτρονιακά. Αυτό σημαίνει ότι το «φαινόμενο» μέγεθός τους, που καθορίζεται από την ακτίνα της «τροχιάς» του εξώτατου ηλεκτρονίου, εξαρτάται από το πυρηνικό φορτίο. Τα ηλεκτρόνια στα 3p τροχιακά των χημικών αυτών ειδών δέχονται ισχυρότερη ηλεκτροστατική έλξη από τα 19 πρωτόνια του πυρήνα του καλίου και μικρότερη από τα 17 του πυρήνα του χλωρίου, συνεπώς η ζητούμενη σειρά είναι K + < Ar < Cl

8 ι βιολόγοι έδειξαν ότι ο οργανισμός μετατρέπει το εισπνεόμενο 2 στο διανιόν 2 2 κατά τη διάρκεια του κύκλου της αναπνοής. Μπορεί να ερμηνευτεί η διαπίστωση αυτή; Ξεκινώντας από την ηλεκτρονιακή διαμόρφωση του ατόμου, 1s 2 2s 2 2p 4 συνεχίζουμε κάνοντας ένα ποιοτικό διάγραμμα αυτών των ενεργειακών καταστάσεων για τα δύο άτομα. E άτομο σ* π* π σ σ* σ σ* σ μόριο 2 2p 2s 1s άτομο Στο μόριο του διοξυγόνου υπάρχουν 10 ηλεκτρόνια σε δεσμικά τροχιακά και 6 σε αντιδεσμικά. Καθαρό αποτέλεσμα 4 δεσμικά ηλεκτρόνια, δηλαδή 2 δεσμοί μεταξύ των ατόμων. Στο διανιόν, τα 2 πρόσθετα ηλεκτρόνια θα τοποθετηθούν σε αντιδεσμικά π* τροχιακά, άρα θα υπάρχει καθαρό αποτέλεσμα 2 δεσμικών ηλεκτρονίων, δηλαδή ενός δεσμού. διπλόςδεσμόςείναιπιο ισχυρός από τον απλό, άρα «σπάζει» δυσκολότερα.

9 Ένα πιο «τυπικό» ερώτημα αυτού του τύπου: Γιακάθεένααπόταμόριαήιόντα CN +, CN και CN να σχεδιαστεί το ενεργειακό διάγραμμα μοριακών τροχιακών και να γίνει αιτιολογημένη κατάταξη σε σειρά αυξανόμενου μήκους δεσμού. E άτομο C μόριο CN 2p 2s 1s άτομο N Το προηγούμενο ποιοτικό ενεργειακό διάγραμμα ισχύει κι εδώ, μόνο που το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο του Ν έχει τα τροχιακά του σε χαμηλότερη ενέργεια από τα αντίστοιχα τροχιακά του ατόμου του άνθρακα. Πάλι το σ ή π τροχιακό είναι χαμηλότερα ενεργειακά από το χαμηλότερης ενέργειας ατομικό τροχιακό από το οποίο προκύπτει και το σ* ή π* ψηλότερα από το υψηλότερης ενέργειας αντίστοιχο ατομικό τροχιακό. Καιπάλιτολόγοέχειητάξη δεσμού στα τρία χημικά είδη. Πρέπει να ελεγχθεί σε ποιο τροχιακό θα μπει ή από ποιο θα απόμακρυνθεί το ηλεκτρόνιο για να σχηματιστεί το αντίστοιχο ιόν.

10 Και τώρα ένα εύκολο σχετικό ερώτημα. Μπορεί να αντιστοιχιστούν στα χημικά είδη Ν 2 και Ν 2 2 οι ενέργειες δεσμού 765 και 942 kj mol 1 ; Ηευκολίαεντοπίζεταιστοότι Γνωρίζουμε τον ατομικό αριθμό και άρα την ηλεκτρονιακή διαμόρφωση για το άτομο του Ν Μπορούμε να κάνουμε σχετικά εύκολα το ενεργειακό διάγραμμα των μοριακών ενεργειακών καταστάσεων για το μόριο του διαζώτου και να τοποθετήσουμε τα 7+7 = 14 ηλεκτρόνια στα τροχιακά του μορίου. σ σ * σ σ * σ π π* σ * s 1s 2s 2s 2p 2p 2p 2p Αυτή είναι η διαδοχή των ενεργειακών σταθμών στα απλά διατομικά μόρια, με τη μέγιστη καταληψιμότητά τους για το καθένα. Αρκεί να βρεθεί μέχρι ποιο σημείο καταλαμβάνονται τα τροχιακά αυτά από τα 14 ηλεκτρόνια στο ουδέτερο μόριο και τα 16 στο διανιόν. Ακολουθεί ο υπολογισμός της τάξης δεσμού για καθένα από τα χημικά αυτά είδη.

11 Η επιστήμη είναι επιτυχημένη όταν κάνει επιτυχείς προβλέψεις Ποια είναι η γεωμετρία των μορίων ΝΗ 3 και BF 3 και ποια του προϊόντος της αντίδρασής τους; Ξεκινώντας από τις ηλεκτρονιακές διαμορφώσεις, έχουμε Β: 1s 2 2s pστοιβάδα σθένους 2s 2 2p 1 Ν: 1s 2 2s 2 2p 3 στοιβάδα σθένους 2s 2 2p 3 F: 1s 2 2s 2 2p 5 στοιβάδα σθένους 2s 2 2p 5 H Σχηματίζοντας τους 3 δεσμούς σε κάθε B μόριο φαίνεται ότι υπάρχουν 3 περιοχές με ηλεκτρόνια γύρω από το Β και 4 γύρω από το Ν. Για το Β πρέπει να υποτεθεί ότι ένα από τα s H F F ηλεκτρόνια «προωθήθηκε» στο p τροχιακό. Η φαινόμενη ισοτιμία των δεσμών στα δύο μόρια υποδεικνύει το σχηματισμό υβριδισμένων τροχιακών από το κεντρικό άτομο ώστε να σχηματιστούν οι σ δεσμοί. Αυτό σημαίνει υβριδισμό τύπου sp 3 για το Ν και sp 2 για το Β αντίστοιχα. Στο Ν, το 4ο υβριδισμένο τροχιακό περιλαμβάνει δύο αδεσμικά ηλεκτρόνια ενώ στο Β αυτό είναι ένα κενό p ατομικό τροχιακό. N H F

12 H H H N F B F F H H H N B F F F Η αμμωνία είναι μόριο τετραεδρικό, με το Ν στο κέντρο του τετραέδρου και τα Η στις 3 κορυφές ενώ στην 4 η βρίσκεται το αδεσμικό ζευγάρι ηλεκτρονίων. Το BF 3 είναι μόριο επίπεδο τριγωνικό με το Β στο κέντρο του τριγώνου. Το Β έχει συνολικά έξι ηλεκτρόνια στην εξωτερική του τροχιά. Αυτό σημαίνει ότι το μόριο BF 3 έχει σημαντική δραστικότητα καθώς προσπαθεί να πραγματοποιήσει αλληλεπιδράσεις με δότες ζευγών ηλεκτρονίων. Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση μεταξύ των δύο μορίων είναι αυθόρμητη καθώς η αμμωνία διαθέτει ζεύγος ηλεκτρονίων που μπορεί να δώσει στο Β για να σχηματιστεί δεσμός Ν Β. Με το σχηματισμό του δεσμού αυτού, γίνονται 4 οι περιοχές με ηλεκτρονιακή πυκνότητα γύρω από το Β. Πρέπει λοιπόν να υποτεθεί ότι το Β επαναϋβριδοποιεί τα τροχιακά του ώστε να σχηματιστούν 4 sp 3 υβρίδια. BF 3 οξύ κατά Lewis, ΝΗ 3 βάση κατά Lewis.

13 Είναι γνωστή η ύπαρξη των μορίων PCl 3 και PCl 5. Ποια μπορεί να εμφανίζει διπολική ροπή; Εξωτερική τροχιά 3s 2 3p 3 για τον Ρ και 3s 2 3p 5 για το Cl. ι δεσμοί στις δύο ενώσεις είναι σ τύπου και η δημιουργία τους ικανοποιεί την απαίτηση για οκτάδα ηλεκτρονίων στην εξωτερική τροχιά του χλωρίου. Στην πρώτη ένωση, μετά το σχηματισμό των τριών δεσμών μένει ένα αδεσμικό ζευγάρι ηλεκτρονίων στον Ρ, όπως και στην περίπτωση της ΝΗ 3. Στη δεύτερη ένωση σχηματίζονται κανονικά 5 σ δεσμοί μεταξύ του Ρ και των χλωρίων. Όμως, γύρω από τον Ρ υπάρχουν 5 περιοχές με ηλεκτρονιακή πυκνότητα και συνολικά 10 ηλεκτρόνια. λεγόμενος «κανόνας της οκτάδας» ισχύει μόνο για στοιχεία της 2 ης περιόδου τουπεριοδικούπίνακα. Γιαταεπόμεναστοιχεία, ηύπαρξητροχιακώντύπουd καθώς και η αύξηση του μεγέθους του κεντρικού ατόμου, υποστηρίζει την ύπαρξη περισσοτέρων ηλεκτρονίων γύρω από ένα κεντρικό άτομο. Έτσι, ο Ρ στη δεύτερη ένωση υιοθετεί υβριδισμό τύπου dsp 3, δημιουργώντας 5 υβρίδια με διάταξη τριγωνικής διπυραμίδας γύρω από τον Ρ. Τα τρία χλώρια που βρίσκονται σε επίπεδη τριγωνική διάταξη χαρακτηρίζονται ως ισημερινά ενώ τα άλλα δύο, που είναι κάθετα στο επίπεδο αυτό, χαρακτηρίζονται ως αξονικά.

14 άξονας Cl Cl P Cl Cl Cl Cl P Cl Cl ισημερινός Για να υπάρχει διπολική ροπή σε ένα μόριο θα πρέπει να εμφανίζεται ένα καθαρό αποτέλεσμα στο άθροισμα των διπολικών ροπών των δεσμών. ι δεσμοί στα δύο μόρια είναι πολωμένοι αφού το Cl είναι πιο ηλεκτραρνητικό από τον Ρ. Αφούοιδεσμοίσεκάθεμόριοείναιισότιμοι, προφανώς οι αποστάσεις P Cl είναι ίσες και οι αντίστοιχες πολώσεις είναι ίσες μεταξύ τους. Στο τετράεδρο, η συνισταμένη των τριών δεσμών δίνει ένα άνυσμα αντίρροπο προς το άνυσμα που προκύπτει από το μονήρες ζεύγος, είναι όμως εξαιρετικά αμφίβολο αν τα δύο αυτά τελικά ανύσματα αναιρούνται (0,97 D). Αντίθετα, οι ισημερινοί δεσμοί στο PCl 5 έχουν συμμετρική διάταξη και τα ανύσματά τους αναιρούνται, όπως αναιρούνται και τα ανύσματα των αξονικών δεσμών. Έτσι, το μόριο αυτό, αν και περιλαμβάνει πολωμένους δεσμούς, δεν εμφανίζει διπολική ροπή.

15 Να προσδιορίσετε τις δομές Lewis και τις στερεοχημικές δομές των ακόλουθων ενώσεων και να προβλέψετε τη σειρά αυξανόμενης οξύτητας Brønsted στο Η 2 : HBrO 3 ΗΝ 2 HClO 4 H 2 SO 4 Πρόκειται για μια σειρά από οξυοξέα. Στα οξυοξέα, το Η που ιονίζεται βρίσκεται αρχικά σε δεσμό με, υπάρχει δηλαδή ομάδα Η στο μόριο. Η Η Ν Ν Η Η Br Br Η Η S H S H Η Η Cl Cl Παίρνοντας αρχικά υπόψη μόνο τους δεσμούς και κατόπιν συνυπολογίζοντας τα μονήρη ζεύγη ηλεκτρονίων καταλήγουμε στις διπλανές διατάξεις στο χώρο. Πιο εύκολος είναι ο ιονισμός ενός Η σε μια ομάδα Η, όταν ο δεσμός Η είναι ασθενής. δεσμός αυτός εξασθενίζει, όσο ισχυροποιείται ο δεσμός του με το άτομο που βρίσκεται στην άλλη πλευρά του ατόμου του. Όμως κι εκείνο το άτομο σχηματίζει άλλους δεσμούς εκτός αυτού με το συγκεκριμένο, άρα πρέπει να ληφθούν υπόψη διάφορα στοιχεία.

16 1 ο. Πιο πολλά περιφερειακά άτομα, μεγαλύτερη απομάκρυνση ηλεκτρονίων απότοκεντρικόάτομο, μεγαλύτερη μετακίνηση ηλεκτρονίου από το Η προς το κεντρικό άτομο, λιγότερο «καθαρό» φορτίο στο του Η, ασθενέστερος δεσμός Η, ευκολότερη απόσπαση Η +, ισχυρότερο οξύ. 2 ο. Για τον ίδιο αριθμό περιφερειακών ατόμων, το πιο ηλεκτραρνητικό κεντρικό άτομο θα έλξει περισσότερο τα ηλεκτρόνια του δεσμού του με την ομάδα Η, θα μειώσει το «καθαρό» φορτίο του στο Η, που σημαίνει ασθενέστερο δεσμό Η, ευκολότερη απόσπαση Η +, ισχυρότερο οξύ. Αναμένεται λοιπόν τα HClO 4 και H 2 SO 4 να είναι ισχυρότερα, να ακολουθεί το HBrO 3 και τέλος το ΗΝ 2. Επειδή το Cl είναι πιο ηλεκτραρνητικό από το S, προκύπτει η ακόλουθη σειρά, HClO 4 > H 2 SO 4 > HBrO 3 > ΗΝ 2 που επιβεβαιώνεται από τις αντίστοιχες τιμές των pk που είναι ,2.

17 Να προσδιορίσετε ποιο διάλυμα συγκέντρωσης 1 Μ έχει το χαμηλότερο ph και γιατί: Sc 3+ (aq) Mn 2+ (aq) Na + (aq) Ni 2+ (aq) Πρόκειται για εφυδατωμένα ιόντα, όπου έχουν σχηματιστεί δεσμοί του τύπου Μ Η 2. Η διαδικασία που μπορεί να σχηματίσει οξώνια είναι, απλουστευτικά, η ακόλουθη (H 2 O) n M H O H H O H (H 2 O) n ι ηλεκτρονιακές διαμορφώσεις των ιόντων φανερώνουν ότι το Na + ανήκει στην 3 η περίοδο και τα υπόλοιπα στοιχεία στην 4 η, με τη σειρά Sc 3+ Mn 2+ Ni 2+ που επιδρά στο σχετικό τους μέγεθος. Όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα φορτίου στο θετικό ιόν, τόσο ισχυρότερη είναι η πόλωση του δεσμού του με το μόριο του Η 2 τουσχήματοςκαιάρα τόσο ευκολότερος ο ιονισμός, δηλαδή χαμηλότερη τιμή ph. Προφανώς μεγάλο φορτίο και μικρή ακτίνα σημαίνουν μεγάλη πυκνότητα φορτίου. Τα ph των παραπάνω διαλυμάτων έχουν τη σειρά Sc 3+ < Ni 2+ < Mn 2+ < Na + M O H + H 3 O +

18 Η προηγούμενη διαδικασία ονομάζεται υδρόλυση και μπορεί να πραγματοποιηθεί σε κάθε περίπτωση διάλυσης μιας ουσίας στο νερό. Επειδή μπορεί να προκύψει ένα «καθαρό» αποτέλεσμα περίσσειας οξωνίων ή ιόντων Η, αυτό έχει επίδραση στο ph του συγκεκριμένου διαλύματος. Ένας απλός κανόνας βοηθάει σημαντικά στην πρόβλεψη του είδους (όχι της ακριβούς τιμής) τουph ενός διαλύματος. Ιόντα που προέρχονται από ισχυρούς ηλεκτρολύτες δεν υφίστανται υδρόλυση. Το NaNO 3 ήοfe(no 3 ) 3 αναμένεται να παράγει όξινο διάλυμα κατά τη διάλυσή του στο H 2 O και γιατί; Το νιτρικό ιόν προέρχεται από το ισχυρό νιτρικό οξύ, άρα δεν υδρολύεται. Αλλά ούτως ή άλλως, η πιθανή διαφοροποίηση μεταξύ των δύο διαλυμάτων θα οφείλεται στο κατιόν. Το νάτριο μπορεί να υποτεθεί ότι προκύπτει από NaOH και συνεπώς δεν υδρολύεται. σίδηρος αντίθετα υδρολύεται με μια διαδικασία σαν την προηγούμενη, και δίνει ως καθαρό αποτέλεσμα κατιόντα οξωνίου στο διάλυμα.

19 Να γραφούν οι αντιδράσεις υδρόλυσης των ενώσεων KΗC 3, NH 4 ClO 4, CH 3 COONa, CH 3 COONH 4. ιαβατήριο προέλευσης: Κ + από ΚΗ, Na + από NaOH, ClO 4 από HClO 4, NH 4+ από NH 3, CH 3 COO από CH 3 COOH HCO 3 από H 2 CO 3. ΚΗC 3 Κ + (aq) + HCO 3- (aq) HCO 3- + H 2 O H 2 CO 3 + OH - Συνεπώς, συνολικά: ΚΗC 3 + H 2 O Κ + + H 2 CO 3 + OH - μοίως για τις υπόλοιπες ενώσεις... NH 4 ClO 4 + H 2 O ΝΗ 3 + Η Cl 4 CH 3 COONa + H 2 O CH 3 COOH + OH + Na + CH 3 COONH 4 + 2H 2 O CH 3 COOH + NH 3 + H 3 O + + OH

20 Μπορούν να καταταγούν τα διαλύματα των παραπάνω ενώσεων κατά σειρά αυξανόμενου ph; Φυσικά, αφού είναι γνωστό ποια από τα ιόντα τους μπορούν να υδρολυθούν και ποιο είναι το «καθαρό» αποτέλεσμα της υδρόλυσης αυτής. Μνημονικός κανόνας: οισχυρός«κερδίζει», άρα Κ + από ΚΗ, Na + από NaOH, ClO 4 από HClO 4 καμία υδρόλυση NH 4+ από NH 3, CH 3 COO από CH 3 COOH HCO 3 από H 2 CO 3 υδρόλυση. Στην περίπτωση του αμμωνίου, το τελικό προϊόν περιλαμβάνει οξώνια, στην περίπτωση του οξεικού και του δισανθρακικού ιόντος περιλαμβάνει υδροξύλια, άρα τα άλατά τους εμφανίζουν όξινο και βασικό ph αντίστοιχα. Μεταξύ δύο αλάτων που το ανιόν τους υδρολύεται, φυσικά η ισχύς των οξέων που προκύπτουν καθορίζουν τη σχετική τους τιμή ph. Το ασθενέστερο οξύ θα δώσει το πιο αλκαλικό περιβάλλον. NH 4 ClO 4 < CH 3 COONH 4 < CH 3 COONa < KΗC 3 pk CH 3 COOH =4,76, pk H 2 CO 3 = 2,78

21 Αντιστοιχίστε τις τιμές των γωνιών 92, 96 και 98 στα μόρια PF 3, PCl 3 και PBr 3. Τα μόρια PF 3, PCl 3, PBr 3 έχουν κοινό κεντρικό άτομο που έχει 5 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τροχιά. Σε κάθε περίπτωση σχηματίζονται 3 δεσμοί και μένει ένα αδεσμικό ζευγάρι ηλεκτρονίων στον Ρ. Συνεπώς το κεντρικό άτομο έχει στις τρεις ενώσεις τον ίδιο υβριδισμό. Η μεταβολή στις γωνίες Χ Ρ Χ οφείλεται στα αλογόνα. Το μέγεθος των ακραίων ατόμων αυξάνει από το F προς το Br άρα και η απόσταση από το άτομο του Ρ. Ωστόσο η ηλεκτραρνητικότητα παίζει σημαντικό ρόλο, ειδικά του F, που φέρνει τα δεσμικά ζεύγη προς τα αλογόνα. Καθώς αυτά είναι μακρύτερα από το Ρ, η μεταξύ τους γωνία μπορεί να γίνει μικρότερη πριν αρχίσουν να απωθούνται, άρα 92, 96 και 98 κατά σειρά. Σε ενώσεις ίδιου υβριδισμού με διαφορετικό κεντρικό άτομο, όπως π.χ. ΝΗ 3, ΡΗ 3, AsH 3 τον κύριο ρόλο παίζει το μέγεθός του Στο μεγαλύτερο άτομο, το αδεσμικό τροχιακό απωθεί περισσότερο τα δεσμικά, εξαιτίας του μεγάλου μεγέθους του, άρα οι γωνίες Η Υ Η αναμένεται να μειώνονται προς τα κάτω. ι ακριβείς τιμές είναι, γιαταμόριατου παραδείγματος, 106,6, 93,2 και 92,1º.

22 Τι μπορούμε να πούμε για τη δομή της ένωσης TlΙ 3 ; Η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση θα φανερώσει ότι το στοιχείο ανήκει στην 13 η (3 η κύρια) ομάδα του περιοδικού πίνακα και στην 6 η περίοδό του. Είναι προφανές ότι βρίσκεται σε βαθμίδα οξείδωσης +3 Ή μήπως όχι; Ας θυμηθούμε ότι κατεβαίνοντας σε μια ομάδα, αυξάνει σε σημασία η σταθερή ηλεκτρονιακή διαμόρφωση που χαρακτηρίζεται ως «αδρανές ζεύγος ηλεκτρονίων» και αντιστοιχεί σε συμπληρωμένο το εξωτερικό s τροχιακό του ατόμου. Αυτό γίνεται δυνατό στην περίπτωση του Tl +1. Αυτό όμως σημαίνει ότι το ανιόν δεν είναι τρία ιωδιούχα ιόντα αλλά ένα τριιωδιούχο μονανιόν, Ι 3. Τα ηλεκτρόνια που πρέπει να λάβουμε υπόψη μας είναι 3x7+1 = 22. Θεωρώντας ότι υπάρχει μια διάταξη του τύπου Ι Ι Ι, και υποθέτοντας ότι για τα ακραία ιώδια εφαρμόζεται ο απλός κανόνας της οκτάδας, αρκεί ο σχηματισμός ενός δεσμού με το κεντρικό ιώδιο. Το επιπλέον ηλεκτρόνιο «μεταφέρεται» στο κεντρικό ιώδιο, το οποίο αποκτά 7+2+1= 10 ηλεκτρόνια σε 2 περιοχές με σ δεσμό και 3 περιοχές με αδεσμικά ηλεκτρόνια. Αυτό είναι δυνατόν επειδή πρόκειται για στοιχείο της 5 ης περιόδου.

23 Η δημιουργία 5 περιοχών με ηλεκτρονιακή πυκνότητα γύρω από το κεντρικό ιώδιο σημαίνει υβριδισμό τύπου dsp 3 για το άτομο, άρα γεωμετρία τριγωνικής διπυραμίδας. Που καταλήγουμε τελικά όσον αφορά τη γεωμετρία του ιόντος που μας ενδιαφέρει; ι πιθανές διατάξεις είναι οι ακόλουθες: I I.. I I I I I I I.... Είναι σχετικά απλό να γραφούν οι δομές αυτές αφού οι θέσεις γύρω από το κεντρικό ιώδιο μπορούν να χαρακτηριστούν ως «αξονικές» και «ισημερινές» αντίστοιχα. Έτσι, στις παραπάνω δομές, τα δύο ακραία ιώδια έχουν τοποθετηθεί, στην πρώτη μεν και τα δύο στις δύο αξονικές θέσεις της διπυραμίδας, στη δεύτερη ανά ένα σε αξονική και ισημερινή θέση ενώ στην τρίτη και τα δύο σε ισημερινές θέσεις. Αυτό, εκτός από «θεωρητικό» χαρακτήρα, έχει και φυσική υπόσταση καθώς στην πρώτη περίπτωση τα δύο ακραία ιώδια σχηματίζουν μεταξύ τους (με την παρεμβολή του κεντρικού ιωδίου βεβαίως) γωνία 180º, στη δεύτερη περίπτωση γωνία 90º και στην τρίτη γωνία 120º, θεωρώντας βέβαια πάντοτε ότι το γεωμετρικό σχήμα που εξετάζουμε είναι ιδανικό.

24 Τώρα, πρέπει να καθορίσουμε σε ποια δομή οι απώσεις των ηλεκτρονίων σθένους είναι μικρότερες και κατά συνέπεια ποια είναι η σταθερότερη δομή για το σύστημα. ι απώσεις των αδεσμικών ζευγών είναι οι πιο σημαντικές αλλά και μεταξύ τους προφανώς υπάρχουν διαβαθμίσεις. Φυσικά δύο αδεσμικά ζεύγη με «γωνία» μικρή εμφανίζουν σημαντικές απώσεις ενώ μια μεγαλύτερη γωνία έχει μικρότερες απώσεις. Ισχύει λοιπόν η εξής προφανής σειρά για τις απώσεις αυτές: γωνία 90 >> γωνία 120 >> γωνία 180 Η καταμέτρηση δίνει τα εξής αποτελέσματα: Αριστερή δομή: 3 απώσεις σε γωνία 120 (αφού κάθε ζεύγος απωθεί κάθε άλλο ζεύγος) Κεντρική δομή: 1 άπωση σε γωνία 120 και 2 απώσεις σε γωνία 90 εξιά δομή: 2 απώσεις σε γωνία 90 και 1 άπωση σε γωνία 180. Εφόσον υπάρχουν απώσεις σε γωνία 90º δεν εξετάζουμε τις συγκεκριμένες δομές παραπέρα, θα είναι και οι δύο υψηλής ενέργειας με πιο υψηλής ενέργειας εκείνη με τις εντονότερες απώσεις, εδώ η δεξιά δομή. Συνεπώς η αριστερή δομή είναι η σταθερότερη για το σύστημα. Προσοχή στο σημείο αυτό. υβριδισμός του κεντρικού ιωδίου είναι dsp 3 και η διάταξη τριγωνική διπυραμιδική, όμως η δομή καθορίζεται από τα άτομα μόνο. Το ανιόν έχει δομή γραμμική αφού τα τρία ιώδια είναι διαταγμένα στη «σειρά».

25 Μπορούν να αντιστοιχιστούν τα μήκη δεσμών C O 121 και 126 pm στα μόρια της ακετόνης και της ουρίας; Ξεκινούμε από τη δημιουργία μιας δομής Lewis έχοντας υπόψη τις ηλεκτρονιακές διαμορφώσεις των στοιχείων. H 3 C H 2 N C O C O H 3 C H 2 N Θα μπορούσε να γραφεί μια διαφορετική δομή Lewis για κάθε ένωση, αρκεί να μη παραβιάζονται οι σαφείς κανόνες που απαγορεύουν: Μετακίνηση ατόμων Μεταβολή αριθμού συνολικού ηλεκτρονίων Μεταβολή αριθμού δεσμικώνηλεκτρονίων (άρα και αδεσμικών). Θα μπορούσε όμως να «ανταλλάξουν» θέση δύο ζεύγη ηλεκτρονίων, ένα δεσμικό και ένα αδεσμικό. Αυτό δεν έχει κανένα νόημα για το μόριο της ακετόνης, αντίθετα με την ουρία.

26 H 2 N H 2 N H 2 N C O C O C O H 2 N H 2 N H 2 N Στην αρχική δομή, τα δύο βέλη δείχνουν την«πορεία» δύο ζευγών ηλεκτρονίων καθώς μεταβάλλουν τη θέση τους. Το τελικό αποτέλεσμα (μπλε δομή) υπακούει σ όλους τους προηγούμενους κανόνες και αποτελεί μια παραδεκτή δομή για το μόριο. Αντίστοιχα, αν θεωρηθεί ότι η μετακίνηση περιλαμβάνει αδεσμικό ζεύγος από το «κάτω» άζωτο, προκύπτει η ισοδύναμη τρίτη (κόκκινη) δομή. ι δύο δομές που φέρουν φορτία, έχουν πιθανότητα ύπαρξης αλλά μειωμένη έναντι εκείνης της για τη δομή χωρίς φορτία. Αν υποτεθεί ότι καθεμιά από τις δύο αυτές δομές έχει πιθανότητα ύπαρξης 5%, τότε η πρώτη δομή έχει πιθανότητα 90%. Αυτό δεν σημαίνει ότι υπάρχει ισορροπία μεταξύ των τριών δομών, απλώς η καθεμιά είναι σωστή, αλλά δεν δίνει πλήρη περιγραφή του συστήματος. Πρέπει λοιπόν να θεωρηθεί ότι υπάρχει μία δομή, συνολική, που περιλαμβάνει και τις τρεις αυτές, με τη σχετική βαρύτητα της καθεμιάς και αυτή η δομή προκύπτει ως αποτέλεσμα του φαινομένου που ονομάζεται μεσομέρεια ή συντονισμός. Φαίνεται λοιπόν ότι ο δεσμός C O στην ουρία μπορεί να περιγραφεί ως μόνο εν μέρει διπλός, άρα τάξης <2, άρα μεγαλύτερος σε μήκος από αυτόν στην ακετόνη.

27 ίνονται οι δύο ακόλουθες αντιδράσεις μετατροπής του μεθανίου σε αιθάνιο καθώς και οι ενέργειες των δεσμών ως ακολούθως: D(C H)=413 D(C C)=348, D(H H)=436, D(O O)=495, D(O H)=463 kjmol 1. Να διερευνηθεί ποια διαδικασία είναι η ευνοϊκότερη για τη μετατροπή αυτή. ι ενέργειες δεσμών που δίνονται είναι πάντοτε θετικές, εφόσον αναφερόμαστε στη διάσπαση ενός δεσμού, αρνητικές εφόσον αναφερόμαστε στη δημιουργία του. Για κάθε αντίδραση, πρέπει να υπολογιστεί η συνολική ενέργεια των προϊόντων και να αφαιρεθεί απ αυτήν η συνολική ενέργεια των αντιδρώντων, ώστε να προκύψει το «καθαρό» ενεργειακό αποτέλεσμα της διαδικασίας. 1 η αντίδραση:( x413) ( 2x4x413)= x413= =+42 kjmol 1 2 η αντίδραση: ( 2x x413) ( 0,5x495 2x4x413)= ,5+2x413= 1073, = 200,5 kjmol 1 Μείωση της ενέργειας, ευνοϊκότερη για το σύστημα, άρα η αντίδραση πραγματοποιείται ευκολότερα παρουσία διοξυγόνου.

28 Για την παρασκευή ρυθμιστικού διαλύματος αναμιγνύονται ίσοι όγκοι διαλύματος CH 3 COONa (0,1 M) και διαλύματος CH 3 COOH (1 M). Ποιά θα είναι η τιμή του ph του διαλύματος; (pk CH3COOH = 4,75). Καταρχήν πρέπει να γίνει «παραγωγή» της εξίσωσης Henderson Hasselbalch και να αναφερθούν οι σχετικοί περιορισμοί. Η σχέση καταλήγει να είναι ph = pk + log (C αλ /C οξ ) Προσοχή: ι συγκεντρώσεις που αναφέρονται στην παραπάνω σχέση αντιπροσωπεύουν τις συγκεντρώσεις των συστατικών στο τελικό διάλυμα, υποτιθέμενου ότι δεν πραγματοποιείται μεταξύ τους καμία αντίδραση. Στην περίπτωσή μας, αφού αναμιγνύονται ίσοι όγκοι από τα δύο διαλύματα, η συγκέντρωση του καθενός, μετά την ανάμιξη, είναι η μισή από την αρχική. Συνεπώς στο τελικό διάλυμα, C αλ /C οξ =0,1/1= 0,1 ή 1/10 και, φυσικά, log (C αλ /C οξ )= 1. Κατά συνέπεια, το ph του διαλύματος που παρασκευάστηκε υπολογίζεται πως είναι 4,75 1 = 3,75.

29 Να εκτιμηθεί η προσθήκη ποιου από τα παρακάτω καταστρέφει ένα ρυθμιστικό διάλυμα 1,0 L που περιέχει 0,10 Μ HF και 0,050 Μ NaF και γιατί. (i) 0,050 mol HCl (ii) 0,050 mol NaOH (iii) 0,050 mol NaF. Πρόκειται για ένα ρυθμιστικό διάλυμα ασθενούς οξέος και άλατος με κοινό ιόν προς το οξύ. Το διάλυμα αυτό εκτιμάται ότι περιέχει 0,1 mol HF και 0,05 mol F που προέρχονται από το άλας. Προσθήκη HCl επιδρά στην ισορροπία διάστασης του HF και την μετατοπίζει προς τα αριστερά. Το ρυθμιστικό διάλυμα μπορεί να αντιστέκεται στην επίδραση αυτή εφόσον περιέχει ακόμη ιόντα F για να λάβουν μέρος στην ισορροπία, κάτι που ισχύει οριακά για 0,05 mol HCl. Προσθήκη NaOH οδηγεί την ισορροπία προς τα δεξιά κι αυτό αντισταθμίζεται από το ρυθμιστικό διάλυμα, εφόσον υπάρχουν ακόμη σ αυτό μόρια HF για να συμμετάσχουν στην ισορροπία, κάτι που ισχύει για προσθήκη 0,05 mol NaOH. Αντίθετα, προσθήκη ακόμη και μικρότερης ποσότητας από 0,05 mol NaF θα μεταβάλλει την τιμή του ph του διαλύματος επειδή θα μεταβληθεί ο λόγος των συγκεντρώσεων του HF και του NaF. Αρχικά ήταν ph 1 = pk + log (1/2) = pk 0,3 Τελικά θα ήταν ph 2 = pk + log 1 = pk δηλαδή θα υπήρχε αύξηση της τιμής κατά 0,3 μονάδες.

30 Να προσδιοριστεί αν η ελάττωση του ph ενός κορεσμένου υδατικού διαλύματος CaCO 3 αυξάνει ή ελαττώνει τη διαλυτότητα του CaCO 3 και γιατί Το είναι μια ένωση δυσδιάλυτη. Ωστόσο, δεν είναι εντελώς αδιάλυτη και ως άλας, είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης, δηλαδή το ποσό του που βρίσκεται διαλυμένο έχει αποκλειστικά ύπαρξη με τη μορφή εφυδατωμένων ιόντων. Τα ιόντα αυτά προέρχονται από το υδροξείδιο του ασβεστίου, ισχυρή βάση και το υποτιθέμενο ανθρακικό οξύ που είναι ασθενές οξύ και κατά συνέπεια το ανθρακικό διανιόν μπορεί να υποστεί υδρόλυση ως εξής: CaCO 3 +H 2 O Ca 2+ (aq) + HCO 3 - +OH - HCO 3 - +H 2 O "H 2 CO 3 "+OH - Το ανθρακικό οξύ είναι ασταθέστατο και διασπάται σε νερό και CO 2 που διαλύεται εν μέρει αλλά μπορεί να απομακρυνθεί από το διάλυμα. ι δύο διαδοχικές αντιδράσεις υδρόλυσης έχουν ως «καθαρό» αποτέλεσμα την παραγωγή ιόντων Η. Συνεπώς μείωση του ph με την προσθήκη κάποιου οξέος, θα οδηγήσει τις δύο αντιδράσεις προς τα δεξιά, σχηματίζοντας επιπλέον ανθρακικό οξύ και διαλύοντας το στερεό CaCO 3 που βρίσκεται σε ισορροπία με τη διαλυμένη ποσότητά του.

31 Ένωση του γενικού τύπου ΗΑ με pk a =5 έχει χρώμα ερυθρό, ενώ τα ιόντα της A κυανό. Ποιο θα είναι το χρώμα υδατικού διαλύματος της ένωσης αυτής σε ph 3,8 και ποιο σε ph 6,2; Πρόκειται για ένα ασθενές οξύ, το οποίο σε υδατικό διάλυμαδιίσταται κατάτην αντίδραση HA + H 2 O H 3 O + + A - Η έκφραση υπολογισμού της σταθεράς της ισορροπίας αυτής (σταθερά διάστασης του ασθενούς οξέος) είναι + HO 3 A A + + HA K = log K = log H3O log log K log H3O log HA + = + HA A [ ] [ ] [ HA] pk = ph + log A Γενικά, όταν η συγκέντρωση ενός χρώματος είναι περίπου δεκαπλάσια ενός άλλου, με το οποίο συνυπάρχουν, το άλλο χρώμα δεν «φαίνεται». Έτσι, αν ο λόγος στο δεύτερο μέλος είναι >10 επικρατεί το χρώμα των ΗΑ, αν είναι < 1/10 επικρατεί το χρώμα του Α.

32 Για το λόγο αυτό εφαρμόζεται ο γενικός μνημονικός κανόνας του ±1. Η συγκεκριμένη ένωση δηλαδή, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης για να «δείξει» την τιμή του ph του διαλύματος στο περιβάλλον του, αλλά μόνο σε μια περιοχή ±1 γύρω από την τιμή του pk του. Προφανώς, στην περίπτωση που οι συγκεντρώσεις των μορίων ΗΑ και των ιόντων Α είναι ίσες, το χρώμα του διαλύματος είναι το ενδιάμεσο μεταξύ των δύο ακραίων χρωμάτων. Προφανώς επίσης, προσθήκη οξέος αυξάνει την συγκέντρωση των οξωνίων και οδηγεί την αντίδραση προς τα αριστερά, δηλαδή αυξάνει τη συγκέντρωση των μορίων ΗΑ, ενώ προσθήκη βάσης έχει το αντίθετο αποτέλεσμα. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, σε ph= 5, τοχρώμαθαείναιιώδες. Σε χαμηλότερες τιμές ph και μέχρι το 4 το χρώμα θα μεταβάλλεται από ιώδες σε ερυθρό και κάτω από το 4 θα είναι πάντοτε ερυθρό. Σε ψηλότερες τιμές ph και μέχρι 6 το χρώμα θα μεταβάλλεται από ιώδες σε κυανό και πάνω από 6 θα είναι πάντοτε κυανό.

33 Μπορεί να προσδιοριστεί ο χαρακτήρας (ιοντικός ή ομοιοπολικός) των ακόλουθων ζευγών ενώσεων; TiCl 4 CaCl 2, SiF 4 LaF 3, SnCl 2 SnCl 4 ; Πρόκειται για δυαδικές ενώσεις, που μπορούν να περιγραφούν σαν να περιέχουν ένα θετικό κι ένα αρνητικό τμήμα. Κατά συνέπεια πρέπει να εξεταστεί σε ποιο βαθμό επιδρά (σε κάθε ζεύγος ενώσεων) η πολωτική ισχύς του κατιόντος και η πολωσιμότητα του ανιόντος. Στις περιπτώσεις αυτές το ανιόν είναι κοινό σε κάθε ζεύγος ενώσεων, άρα ενδιαφέρει η πολωτική ισχύς των κατιόντων. α) Τα δύο μέταλλα βρίσκονται στην ίδια περίοδο με το Ti δεξιότερα, άρα ως άτομο είναι μικρότερο. Επιπλέον, τα κατιόντα είναι Ca +2 και Ti +4 που σημαίνει σημαντικότερη μείωση της ακτίνας του ιόντος του τιτανίου. Αυτό συνεπάγεται πολύ αυξημένη πόλωση και άρα πιο ομοιιοπολικό χαρακτήρα για τους δεσμούς Ti Cl. β) Το λανθάνιο είναι πολύ μεγαλύτερο από το πυρίτιο, άρα το πεδίο που δημιουργεί είναι ασθενέστερο και κατά συνέπεια η ένωσή του ιοντική αντίθετα από την ένωση του πυριτίου. γ) τετρασθενής κασσίτερος είναι αρκετά μικρότερος από τον δισθενή και το αυξημένο φορτίο του δημιουργεί πολύ ισχυρότερο πεδίο, άρα η ένωσή του είναι ομοιοπολική.

34 Γνωρίζοντας ότι το χρώμα του υδατικού διαλύματος ιόντων χαλκού είναι μπλέ ενώ το αντίστοιχο ιόντων ψευδαργύρου είναι άχρωμο, να προβλέψετε τις μακροσκοπικές μεταβολές που θα συμβούν μετά από ικανό χρονικό διάστημα αν: α) βυθιστεί έλασμα χαλκού σε διάλυμα ιόντων ψευδαργύρου, β) βυθιστεί έλασμα ψευδαργύρου σε διάλυμα ιόντων χαλκού. Στη σειρά ηλεκτροθετικότητας των μετάλλων, ο ψευδράργυρος προηγείται του χαλκού. Αυτό σημαίνει ότι έχει μεγαλύτερη αναγωγική ικανότητα και κατά συνέπεια η αντίδραση Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu είναι αυθόρμητη. Προφανώς η αντίστροφη αντίδραση δεν είναι. Η διαδικασία β) περιγράφει την παραπάνω αντίδραση όπως είναι γραμμένη. Αυτό σημαίνει ότι το έλασμα του ψευδαργύρου θα αρχίσει να διαβρώνεται ενώ θα αποτίθεται στην επιφάνειά του χαλκός. Άρα μακροσκοπικά, το κυανό χρώμα του διαλύματος θα εξασθενεί ενώ θα εμφανίζεται ένα κοκκινωπό στρώμα στην επιφάνεια του ελάσματος. Αντίθετα, στην περίπτωση της διαδικασίας α), δεν πραγματοποιείται καμία αντίδραση και κατά συνέπεια δεν γίνεται φανερή καμία μεταβολή.

35 Να διερευνηθεί αν ο χαλκός μπορεί να διαλυθεί με επίδραση HCl ή HNO 3. ίνονται τα ακόλουθα δυναμικά αναγωγής: H + /H 2 0,00 Cu 2+ /Cu +0,34 NO 3,H + / NO 2,H 2 O +0,96 V Στο HCl η αντίδραση διάλυσης μπορεί να περιγραφεί ως Cu + 2HCl CuCl 2 + H 2 Αυτή η αντίδραση αναλύεται σε δύο ημιαντιδράσεις που περιλαμβάνουν τον χαλκό και το υδρογόνο αντίστοιχα, ως εξής: Cu Cu e 0,34 V 2H + + 2e H 2 0,00 V Το άθροισμα των επιμέρους δυναμικών είναι αρνητικό, που σημαίνει ότι η αντίδραση δεν είναι αυθόρμητη. Αντίστοιχα, στο νιτρικό οξύ έχουμε Cu Cu e 0,34 V H + + Ν 3 H 2 + Ν 2 +0,96 V Το άθροισμα των δυναμικών είναι θετικό (+0,62 V) που σημαίνει ότι το νιτρικό οξύ διαλύει τον χαλκό. Η αντίδραση μπορεί να γραφεί ως εξής με τη μορφή των δύο ημιαντιδράσεων που αναφέρονται στο οξειδωτικό και το αναγωγικό σώμα αντίστοιχα:

36 Cu Cu e NO 3 + e NO 2 Για την εξισορρόπηση των φορτίων, Cu Cu e 2NO 3 + 2e 2NO 2 Για την εξισορρόπηση των ατόμων στη δεύτερη ημιαντίδραση, Cu Cu e 2NO 3 +2e 2NO 2 + 2Η 2 Και για την εξισορρόπηση των ατόμων Η στη δεύτερη ημιαντίδραση, Cu Cu e 4Η + + 2NO 3 + 2e 2NO 2 + 2Η 2 Η συνολική αντίδραση στην ιοντική της μορφή είναι Cu + 4Η + + 2NO 3 Cu NO 2 + 2Η 2 Και στην πλήρη μοριακή της μορφή Cu + 4ΗNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2Η 2