Zhrnutie na Chémia: Redoxné reakcie, kyseliny, kovy
Chémia: Redoxné Reakcie, Kyseliny, Kovy – Komplexný Prehľad
Úvod
Tento materiál pokrýva vybrané laboratórne úlohy z anorganickej a organickej chémie vhodné pre študenta formou samostatného štúdia. Obsahuje vysvetlenie redoxných reakcií na príklade reakcie dusičnanu/chloridov chrómu, prehľad bežných organických kyselín s ich systémovými názvami, vlastnosťami a použitím, a popis fyzikálno-chemických vlastností vybraných kovov vrátane výroby chrómu aluminotermicky a reakcií kovov s kyselinami.
1. Redoxná reakcia: oxidácia chloridov dusičnanom/dichrománom
Zadaná reakcia
$$\ce{K2Cr2O7 + 14 HCl -> 2 Cl2 + 3 CrCl3 + 2 KCl + 7 H2O}$$
Definícia: Oxidačno-redukčná (redoxná) reakcia je taká, pri ktorej prebieha výmena elektrónov medzi činidlami. Oxidácia znamená strata elektrónov, redukcia znamená príjem elektrónov.
Oxidačné čísla (vybrané prvky)
- V \ce{K2Cr2O7}: \ce{K} má ox.č. $+1$, \ce{O} má $-2$, celkový náboj aniónu \ce{Cr2O7^{2-}} je $-2$, takže každý Cr má ox.č. $+6$.
- V \ce{HCl}: \ce{H} $+1$, \ce{Cl} $-1$.
- V \ce{Cl2}: \ce{Cl} 0.
- V \ce{CrCl3}: \ce{Cr} $+3$.
Polreakcie (elektróny explicitne)
Oxidácia (chlorid → chlór): $$\ce{2 Cl^- -> Cl2 + 2 e^-}$$
Redukcia (dichromát → Cr^{3+}) pri prítomnosti H^+: $$\ce{Cr2O7^{2-} + 14 H^+ + 6 e^- -> 2 Cr^{3+} + 7 H2O}$$
Najmenší spoločný násobiteľ elektrónov je 6, preto vynásobíme oxidačnú polreakciu tromi: $$\ce{6 Cl^- -> 3 Cl2 + 6 e^-}$$
Spojením polreakcií a doplnením ostatných iónov dostaneme uvedenú stechiometriu: $$\ce{K2Cr2O7 + 14 HCl -> 2 Cl2 + 3 CrCl3 + 2 KCl + 7 H2O}$$
Praktické poznámky
- Reakcia prebieha v kyslom prostredí, kyselina chlorovodíková poskytuje H^+ potrebné pre redukciu dichromátu.
- Produkty obsahujú toxický plynný chlór \ce{Cl2} a rozpustné soli chrómu.
💡 Věděli jste?Fun fact: Reakcia medzi dichromátom a chloridmi v kyslom prostredí prebieha intenzívne a často sa používa pri demonštráciách oxidačno-redukčných procesov v laboratóriách.
2. Organické kyseliny — vzorce, názvy, typy a použitie
Definícia: Karboxylové kyseliny sú organické zlúčeniny obsahujúce karboxylovú skupinu \ce{-COOH}. Ich vlastnosti závisia od dĺžky reťazca, prítomnosti substituentov (hydroxyl, ďalšie karboxylové skupiny) a arómovej štruktúry.
| Triviálny názov | Systémový názov | Vzorec (ce) | Typ kyseliny | Vlastnosti, výskyt, použitie |
|---|---|---|---|---|
| Kyselina mravčia | Metánová kyselina | $$\ce{HCOOH}$$ | Monokarboxylová (najjednoduchšia) | Žieravá pri vysokej koncentrácii, v žihadlách mravcov a v niektorých rastlinách; používa sa ako konzervant a v kožiarskom priemysle |
| Kyselina octová (ocot) | Etánová kyselina | $$\ce{CH3COOH}$$ | Monokarboxylová | Základná zložka octu, konzervant, výroba esterov a rozpúšťadiel |
| Kyselina maslová | Butánová kyselina | $$\ce{CH3CH2CH2COOH}$$ | Monokarboxylová | Má charakteristický zápach; vzniká pri rozklade tukov a v kvasení; v potravinárstve na štúdium pachov |
| Kyselina palmitová | Hexadekánová kyselina | $$\ce{CH3(CH2)14COOH}$$ | Monokarboxylová (nasýtená) | Hlavná zložka rastlinných a živočíšnych tukov; použitie v kozmetike a výrobe mydiel |
| Kyselina šťavelová | Etándiová kyselina | $$\ce{(COOH)2}$$ alebo $$\ce{C2O4H2}$$ | Dikarboxylová | Silná organická kyselina v rebarbore a listovej zelenine; používa sa pri odstraňovaní hrdze a v analytike |
| Kyselina mliečna | 2-hydroxypropánová kyselina | $$\ce{CH3CHOHCOOH}$$ | Hydroxykarboxylová | Produkt anaeróbnej glykolýzy; v kyslom mlieku, kozmetike a pri konzervovaní potravín |
| Kyselina benzoová | Benzoová kyselina | $$\ce{C6H5COOH}$$ | Aromatická monokarboxylová | Používaná ako potravinový konzervant (E210) a pri výrobe liečiv |
| Kyselina citrónová | 2-hydroxy-1,2,3-propántrikarboxylová | $$\ce{C6H8O7}$$ | Hydroxytrikarboxylová | Bežná v citrusoch; používa sa ako okysľovadlo, antioxidant a v čistiacich prostriedkoch |
Klasifikácia podľa typu
- Monokarboxylové kyseliny: metánová, etánová, butánová, palmitová, benzoová
- Dikarboxylové: kyselina šťavelová
- Hydroxykyseliny: kyselina mliečna, kyselina citrón
Zaregistruj se pro celé shrnutíKartičkyTest znalostíZhrnutiePodcastMyšlienková mapa
Začni zadarmo Už máš účet? Prihlásiť sa
Anorganická a organická chémia
Klíčová slova: Anorganická a organická chémia (laboratórne úlohy)
Klíčové pojmy: Vyčítajte oxidačné čísla v \ce{K2Cr2O7} a \ce{HCl}, Polreakcie: \ce{2Cl^- -> Cl2 + 2 e^-} a \ce{Cr2O7^{2-} + 14 H^+ + 6 e^- -> 2 Cr^{3+} + 7 H2O}, Spojenie polreakcií vyžaduje najmenší spoločný násobok elektrónov (6), Systémové názvy: metánová (HCOOH), etánová (CH3COOH), butánová, hexadekánová, etándiová, 2-hydroxypropánová, benzoová, kyselina citrónová, Klasifikujte kyseliny: mono-, di-, hydroxy- a trikarboxylové, Elektrónová konfigurácia vysvetľuje vodivosť a kujnosť kovov (príklady Cu, Zn, Cr, Mn, Fe), Aluminotermická redukcia: \ce{Cr2O3 + 2 Al -> 2 Cr + Al2O3}, Reakcie Zn s HCl/H2SO4/HNO3 a Cu s konc. H2SO4/HNO3 — pozor na toxické plyny, Pri laboratórnych pokusoch používajte digestórium a ochranné prostriedky, Hydroxykyseliny sú viac rozpustné vo vode vďaka vodíkovému viazaniu
## Úvod
Tento materiál pokrýva vybrané laboratórne úlohy z anorganickej a organickej chémie vhodné pre študenta formou samostatného štúdia. Obsahuje vysvetlenie redoxných reakcií na príklade reakcie dusičnanu/chloridov chrómu, prehľad bežných organických kyselín s ich systémovými názvami, vlastnosťami a použitím, a popis fyzikálno-chemických vlastností vybraných kovov vrátane výroby chrómu aluminotermicky a reakcií kovov s kyselinami.
## 1. Redoxná reakcia: oxidácia chloridov dusičnanom/dichrománom
### Zadaná reakcia
$$\ce{K2Cr2O7 + 14 HCl -> 2 Cl2 + 3 CrCl3 + 2 KCl + 7 H2O}$$
> Definícia: Oxidačno-redukčná (redoxná) reakcia je taká, pri ktorej prebieha výmena elektrónov medzi činidlami. Oxidácia znamená strata elektrónov, redukcia znamená príjem elektrónov.
### Oxidačné čísla (vybrané prvky)
- V \ce{K2Cr2O7}: \ce{K} má ox.č. $+1$, \ce{O} má $-2$, celkový náboj aniónu \ce{Cr2O7^{2-}} je $-2$, takže každý Cr má ox.č. $+6$.
- V \ce{HCl}: \ce{H} $+1$, \ce{Cl} $-1$.
- V \ce{Cl2}: \ce{Cl} 0.
- V \ce{CrCl3}: \ce{Cr} $+3$.
### Polreakcie (elektróny explicitne)
Oxidácia (chlorid → chlór):
$$\ce{2 Cl^- -> Cl2 + 2 e^-}$$
Redukcia (dichromát → Cr^{3+}) pri prítomnosti H^+:
$$\ce{Cr2O7^{2-} + 14 H^+ + 6 e^- -> 2 Cr^{3+} + 7 H2O}$$
Najmenší spoločný násobiteľ elektrónov je 6, preto vynásobíme oxidačnú polreakciu tromi:
$$\ce{6 Cl^- -> 3 Cl2 + 6 e^-}$$
Spojením polreakcií a doplnením ostatných iónov dostaneme uvedenú stechiometriu:
$$\ce{K2Cr2O7 + 14 HCl -> 2 Cl2 + 3 CrCl3 + 2 KCl + 7 H2O}$$
### Praktické poznámky
- Reakcia prebieha v kyslom prostredí, kyselina chlorovodíková poskytuje H^+ potrebné pre redukciu dichromátu.
- Produkty obsahujú toxický plynný chlór \ce{Cl2} a rozpustné soli chrómu.
Fun fact: Reakcia medzi dichromátom a chloridmi v kyslom prostredí prebieha intenzívne a často sa používa pri demonštráciách oxidačno-redukčných procesov v laboratóriách.
## 2. Organické kyseliny — vzorce, názvy, typy a použitie
> Definícia: Karboxylové kyseliny sú organické zlúčeniny obsahujúce karboxylovú skupinu \ce{-COOH}. Ich vlastnosti závisia od dĺžky reťazca, prítomnosti substituentov (hydroxyl, ďalšie karboxylové skupiny) a arómovej štruktúry.
| Triviálny názov | Systémový názov | Vzorec (ce) | Typ kyseliny | Vlastnosti, výskyt, použitie |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| Kyselina mravčia | Metánová kyselina | $$\ce{HCOOH}$$ | Monokarboxylová (najjednoduchšia) | Žieravá pri vysokej koncentrácii, v žihadlách mravcov a v niektorých rastlinách; používa sa ako konzervant a v kožiarskom priemysle |
| Kyselina octová (ocot) | Etánová kyselina | $$\ce{CH3COOH}$$ | Monokarboxylová | Základná zložka octu, konzervant, výroba esterov a rozpúšťadiel |
| Kyselina maslová | Butánová kyselina | $$\ce{CH3CH2CH2COOH}$$ | Monokarboxylová | Má charakteristický zápach; vzniká pri rozklade tukov a v kvasení; v potravinárstve na štúdium pachov |
| Kyselina palmitová | Hexadekánová kyselina | $$\ce{CH3(CH2)14COOH}$$ | Monokarboxylová (nasýtená) | Hlavná zložka rastlinných a živočíšnych tukov; použitie v kozmetike a výrobe mydiel |
| Kyselina šťavelová | Etándiová kyselina | $$\ce{(COOH)2}$$ alebo $$\ce{C2O4H2}$$ | Dikarboxylová | Silná organická kyselina v rebarbore a listovej zelenine; používa sa pri odstraňovaní hrdze a v analytike |
| Kyselina mliečna | 2-hydroxypropánová kyselina | $$\ce{CH3CHOHCOOH}$$ | Hydroxykarboxylová | Produkt anaeróbnej glykolýzy; v kyslom mlieku, kozmetike a pri konzervovaní potravín |
| Kyselina benzoová | Benzoová kyselina | $$\ce{C6H5COOH}$$ | Aromatická monokarboxylová | Používaná ako potravinový konzervant (E210) a pri výrobe liečiv |
| Kyselina citrónová | 2-hydroxy-1,2,3-propántrikarboxylová | $$\ce{C6H8O7}$$ | Hydroxytrikarboxylová | Bežná v citrusoch; používa sa ako okysľovadlo, antioxidant a v čistiacich prostriedkoch |
### Klasifikácia podľa typu
- Monokarboxylové kyseliny: metánová, etánová, butánová, palmitová, benzoová
- Dikarboxylové: kyselina šťavelová
- Hydroxykyseliny: kyselina mliečna, kyselina citrón