Wodorotlenki amfoteryczne

Amfoteryczność

Amfoteryczność jest to swego rodzaju chemiczna obojnaczość, która sprawia, że wszystko co amfoteryczne można kojarzyć z wykazywaniem cech przeciwnych stron, w tym przypadku z reagowaniem substancji zarówno z kwasami, jak i z zasadami. Oznacza to, że taki wodorotlenek, umieszczony w środowisku silnej zasady, przereaguje analogicznie jak kwas. Wynikiem tej reakcji będzie odpowiednia sól, której reszta kwasowa będzie pochodziła od amfoterycznego wodorotlenku. Z drugiej strony, jeżeli związek zostanie poddany reakcji w środowisku mocno kwasowym, zachowa się on tak jak zasada. Taka reakcja dążyć będzie do powstania związku soli, której kationem będzie metal pochodzący z użytego wodorotlenku.

Przykłady wodorotlenków amfoterycznych

Najpowszechniej znanymi wodorotlenkami amfoterycznymi są: wodorotlenek glinu, wodorotlenek cynku, wodorotlenek chromu (III), wodorotlenek miedzi (II). Jednak jest ich o wiele więcej, między innymi wodorotlenek berylu, wodorotlenek ołowiu i wodorotlenek antymonu. Takie związki, wbrew tendencji, nie posiadają krystalicznej budowy. Tworzą one koloidalne osady, bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie.

Reakcje wodorotlenków amfoterycznych

Ze względu na swoje uwarunkowania, tego typu związki wykazują zachodzące reakcje zarówno z mocnymi kwasami, jak i zasadami. Ogólny zapis:

1. Wodorotlenek amfoteryczny + kwas → sól + woda
2. Wodorotlenek amfoteryczny + zasada → hydroksokompleks (sól)

W obu przypadkach produktem reakcji jest sól, jednak w reakcji z zasadami są to kompleksy, w których anion składa się również z metalu, pochodzącego od wodorotlenku. Przykładowe reakcje wodorotlenku glinu:

1. Al(OH)₃ + 3 HCl → AlCl₃ + 3H₂O
2. Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

Jak rozpoznać czy wodorotlenki są amfoteryczne?

Najprostszą metodą na zlokalizowanie tego typu związków w układzie okresowym jest zależność charakteru tlenków od umiejscowienia w nim. W okresie, od lewej do prawej, wzrastają właściwości kwasowe tlenków, a więc szczególnie I grupa ma tendencje zasadowe i takie tlenki wytwarza, a w reakcji z wodą produktami są wodorotlenki zasadowe. Skrajnie po prawej, z wyłączeniem gazów szlachetnych, zlokalizowane są natomiast pierwiastki, posiadające ukierunkowanie w stronę tlenków kwasowych. Ponieważ tlenki, a co za tym idzie, wodorotlenki amfoteryczne, posiadają część właściwości każdych z nich, możemy spodziewać się ich gdzieś w grupach pomiędzy nimi. Należy zaznaczyć, że tlenki amfoteryczne posiadają podobne udziały charakteru zasadowego, co i kwasowego.

Zmiana charakteru tlenków w okresach

Zaczynając od grupy 1. – sód, w reakcji z wodą daje w roli produktu mocną zasadę, leżący w grupie obok (2.) magnez również wytwarza z nią wodorotlenek zasadowy, jednak już nie tak mocną – świadczy to o nieco większym udziale właściwości kwasowych Mg w porównaniu z Na. Kolejnym pierwiastkiem, z grupy 13. jest glin, który wykazuje jeszcze inne właściwości – jego tlenek w kontakcie z wodą daje wodorotlenek, będący bardzo słabą zasadą, ale również taką, która reaguje z mocnymi zasadami, w takim mechanizmie jak całkowicie typowe kwasy. W grupie 14. znajduje się między innymi krzem, którego tlenek reaguje wyłącznie z zasadami, co oznacza, że jego właściwości kwasowe oraz zasadowe rozkładają się udziałami bardziej w kierunku kwasowych. Porównując, związek tlenu z glinem te udziały ma do siebie bardzo zbliżone, co pozwala mu na niejaką zmianę i dostosowanie się reakcją do środowiska, w którym się znajdzie. W kolejnych grupach, 15. i 16. jest analogicznie, przykładowy fosfor tworzy tlenki kwasowe i posiada bardzo niewielkie udziały właściwości zasadowych, kolejna już siarka nie posiada ich już praktycznie wcale.

Zmiana charakteru tlenków w grupach

Położenie pierwiastka względem grupy sugeruje nam również jego elektroujemność, która schodząc w coraz to niższe okresy, rośnie. Dla zobrazowania, będący niemetalem bor tworzy tlenek o charakterze kwasowym, natomiast umiejscowiony pod nim glin posiada zdolności reagowania zarówno w kierunku silnych zasad, jak i kwasów, a znajdujące się kolejno gal, ind i tal zgodnie z tendencją siły charakteru metalicznego, wytwarzają również coraz to mocniej zasadowe tlenki. Tlenek talu, Tl₂O jest już całkowicie zasadowy, posiadając pomijalne w reakcji udziały właściwości kwasowych.

Czy elektroujemność wpływa na charakter związków tlenu?

Przyglądając się tlenkom o charakterze amfoterycznym, łatwo zauważyć, że różnica elektroujemności pierwiastków, które je tworzą, oscyluje w okolicy 1,4-2,0, a udziały wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego i jonowego są podobne. W praktyce, o amfoteryczności związku decyduje droga dysocjacji elektrolitycznej, a w przypadku tak podobnej elektroujemności pomiędzy metalem a tlenem oraz wiązania grupy hydroksylowej, możliwe są dwie odrębne – analogiczne do dysocjacji silnej zasady oraz kwasu. Oznacza to, że w środowisku kwaśnym dysocjują na kation metalu oraz aniony OH^–, a w zasadowym na anion metalowy MOn^n- i kationy H₃O⁺.

Czy stopień utlenienia wpływa na amfoteryczność?

Zależność pomiędzy stopniem utlenienia pierwiastka, a jego charakterem jest wzrostowa w kierunku kwasowości. Oznacza to, że im niższy stopień utlenienia, tym większe tendencje pierwiastka do zasadowości. W przypadku substancji wielowartościowych, takich jak chrom czy mangan, możliwe jest posiadanie charakteru ukierunkowanego w obie strony. Mangan, posiadający możliwe wartościowości II, III, IV, V, VI, VII wykazuje całą gamę udziałów właściwości. Pośrednia wartość, IV sugeruje amfoteryczność, niższe charakter zasadowy, a wyższe wartości coraz to mocniejszy udział charakteru kwasowego. Stąd, tlenek manganu na VII stopniu utlenienia, w reakcji z wodą, wytworzy dość silny kwas, HMnO₄. Dla porównania, tlenki manganu i miedzi – znajdujące się w tej samej grupie, tlenek miedzi, leżący w grupie bardziej w prawo od manganu, wykazuje silniejszy charakter kwasowy. Jednak ze względu na tendencję manganu do zmiany udziału poszczególnych właściwości, na stopniu utleniania III (Mn₂O₃) jego kwasowość jest już zbliżona do CuO.