Relații între clasele de compuși anorganici

Evidențierea legăturilor chimice și a transformărilor reciproce dintre oxizi, baze, acizi și săruri.

Harta claselor de compuși anorganici

Toate cele patru clase studiate – oxizi, baze, acizi, săruri – nu sunt liste independente de formule, ci puncte pe o hartă cu două drumuri paralele: unul care pornește de la un metal și unul care pornește de la un nemetal. Cele două drumuri se întâlnesc întotdeauna în același loc: la sare.

Drumul metalului:

• metal → oxid bazic → bază → sare

Drumul nemetalului:

• nemetal → oxid acid → oxiacid → sare

Regula care ține toată schema în picioare este simplă: compușii care provin din metale reacționează cu cei care provin din nemetale. Un oxid bazic reacționează cu un acid sau cu un oxid acid, dar nu cu o bază. Un oxid acid reacționează cu o bază sau cu un oxid bazic, dar nu cu un acid.

De aici rezultă tabelul reacțiilor posibile, cel pe care se construiesc majoritatea subiectelor de tip lanț de transformări:

• oxid bazic + apă → bază (doar pentru metalele alcaline și alcalino-pământoase);
• oxid acid + apă → oxiacid (cu excepția SiO2);
• oxid bazic + acid → sare + apă;
• oxid acid + bază → sare + apă;
• oxid bazic + oxid acid → sare;
• acid + bază → sare + apă.

A doua idee de reținut: pe ambele drumuri valența elementului rămâne neschimbată. Dacă pornești de la calciu, divalent, el rămâne divalent în CaO, în Ca(OH)2 și în CaCl2. Verificarea valenței de-a lungul lanțului este cel mai rapid mod de a prinde o formulă scrisă greșit.

Drumul metalului: metal → oxid bazic → bază → sare

Fiecare săgeată dintr-un lanț de transformări este o reacție concretă, cu reactanți concreți. Iată drumul complet, exemplificat pentru calciu.

Pasul 1: metal → oxid bazic, prin ardere (reacție cu oxigenul):

• 2 Ca + O2 → 2 CaO;
• 2 Mg + O2 → 2 MgO;
• 4 Na + O2 → 2 Na2O.

Pasul 2: oxid bazic → bază, prin reacție cu apa:

• CaO + H2O → Ca(OH)2;
• Na2O + H2O → 2 NaOH.

Atenție: acest pas funcționează doar pentru metalele alcaline și alcalino-pământoase. Pentru cupru sau fier, săgeata oxid → bază nu se poate parcurge direct. Acolo trebuie ocolit: CuO + acid → sare, apoi sare + NaOH → Cu(OH)2.

Pasul 3: bază → sare, prin trei căi diferite:

• cu un acid: Ca(OH)2 + 2 HCl → CaCl2 + 2 H2O;
• cu un oxid acid: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O;
• cu o sare solubilă: Ca(OH)2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2 NaOH.

Se pot lua și scurtături peste un pas: metal + acid → sare + hidrogen (Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2), oxid bazic + acid → sare + apă (CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O), metal + nemetal → sare (Fe + S → FeS).

Când rezolvi un lanț de tipul Ca → A → B → C, întrebarea de care te agăți nu este „ce reacție știu” ci „din ce clasă face parte substanța următoare”. Clasa îți spune ce reactant trebuie adăugat, iar formula se scrie apoi din valențe.

Drumul nemetalului: nemetal → oxid acid → oxiacid → sare

Drumul nemetalului este perfect simetric cu cel al metalului, iar la examen apare de obicei cu sulful sau cu carbonul.

Pasul 1: nemetal → oxid acid, prin ardere:

• S + O2 → SO2;
• C + O2 → CO2;
• 4 P + 5 O2 → 2 P2O5.

Atenție la ardere: dacă oxigenul este insuficient, carbonul dă CO, monoxid de carbon, oxid neutru și toxic, nu CO2. Acesta este motivul pentru care sobele fără tiraj bun sunt periculoase, iar la examen apare ca distincție între ardere completă și incompletă.

Pasul 2: oxid acid → oxiacid, prin reacție cu apa:

• SO2 + H2O → H2SO3;
• SO3 + H2O → H2SO4;
• CO2 + H2O → H2CO3;
• P2O5 + 3 H2O → 2 H3PO4.

Aici valența nemetalului rămâne aceeași: sulful tetravalent din SO2 rămâne tetravalent în H2SO3, iar cel hexavalent din SO3 rămâne hexavalent în H2SO4. De asta SO2 dă sulfiți, iar SO3 dă sulfați – este exact aceeași distincție, doar mutată pe altă treaptă a lanțului.

Pasul 3: oxiacid → sare, prin trei căi:

• cu o bază: H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O;
• cu un oxid bazic: H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O;
• cu un metal activ: H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2.

Scurtătura peste un pas: oxid acid + bază → sare + apă (CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O) sau oxid acid + oxid bazic → sare (SO3 + Na2O → Na2SO4).

Reacțiile de dublă înlocuire și condițiile lor

Reacția de dublă înlocuire (de schimb) are forma AB + CD → AD + CB: doi compuși își schimbă între ei părțile. Este reacția care leagă sărurile între ele, sărurile de baze și sărurile de acizi.

Punctul-cheie, cerut explicit la Evaluarea Națională: reacția de schimb are loc numai dacă cel puțin unul dintre produși părăsește amestecul de reacție. Concret, dacă se formează:

• un precipitat (substanță insolubilă): BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4 + 2 NaCl;
• un gaz: Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2;
• o substanță slab disociată, în practică apa: HCl + NaOH → NaCl + H2O.

Dacă niciuna dintre condiții nu e îndeplinită, ionii rămân dizolvați și amestecați, iar reacția nu are loc. Exemplu concret: NaCl + KNO3 nu dă nimic, pentru că toate cele patru săruri posibile sunt solubile.

Pentru a decide rapid, ai nevoie de câteva reguli de solubilitate:

• toți azotații sunt solubili;
• toate sărurile de sodiu, potasiu și amoniu sunt solubile;
• clorurile sunt solubile, cu excepția AgCl (precipitat alb);
• sulfații sunt solubili, cu excepția BaSO4 (alb) și, parțial, CaSO4;
• carbonații și fosfații sunt insolubili, cu excepția celor de Na, K și NH4.

Greșeala cea mai frecventă la subiectele de tip „precizați dacă reacția are loc” este să scrii produșii mecanic, prin schimbarea partenerilor, fără să verifici solubilitatea. Produșii se pot scrie oricând pe hârtie; ce trebuie demonstrat este că măcar unul iese din soluție.

Cum se rezolvă un lanț de transformări, pas cu pas

Subiectul tipic sună așa: „Scrieți ecuațiile reacțiilor din următoarea schemă: Cu → CuO → CuSO4 → Cu(OH)2 → CuO”. Iată metoda, aplicată exact pe acest lanț.

Pasul 1. Identifică clasa fiecărei substanțe. Cu este metal, CuO este oxid bazic, CuSO4 este sare, Cu(OH)2 este bază insolubilă.

Pasul 2. Pentru fiecare săgeată, întreabă-te ce trebuie adăugat.

• Cu → CuO: metal în oxid, deci oxigen: 2 Cu + O2 → 2 CuO;
• CuO → CuSO4: oxid bazic în sulfat, deci acid sulfuric: CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O;
• CuSO4 → Cu(OH)2: sare în bază insolubilă, deci o bază solubilă: CuSO4 + 2 NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4;
• Cu(OH)2 → CuO: bază insolubilă în oxid, deci descompunere la încălzire: Cu(OH)2 → CuO + H2O.

Pasul 3. Verifică valențele. Cuprul rămâne divalent peste tot: CuO, CuSO4, Cu(OH)2. Dacă undeva ți-a ieșit Cu2O sau CuOH, ai greșit.

Pasul 4. Egalează, în ordinea: metal, nemetal, oxigen, hidrogen. Coeficienții se pun doar în față, indicii nu se ating.

Pasul 5. Verifică numărul de atomi în stânga și în dreapta, element cu element. La CuSO4 + 2 NaOH: în stânga 1 Cu, 1 S, 4 + 2 = 6 O, 2 Na, 2 H; în dreapta 1 Cu, 2 O + 2 H din Cu(OH)2, plus 2 Na, 1 S, 4 O din Na2SO4 – total 6 O, 2 H. Corect.

Capcana pe care o întind aproape toate variantele de examen: o săgeată care cere trecerea directă CuO → Cu(OH)2 cu apă. Nu se poate – oxizii metalelor grele nu reacționează cu apa. Trebuie ocolit obligatoriu prin sare.

Test — 6 întrebări ca la examen