Wodorotlenki

🎯 Po co Ci to?

Wodorotlenek sodu czyści rury i produkuje mydło, wodorotlenek wapnia wiąże zaprawę murarską, wodorotlenek glinu jest składnikiem leków na zgagę. Wszystkie mają tę samą grupę $\text{-OH}$ i wszystkie w wodzie dają jony $\text{OH}^-$ — a mimo to jeden jest żrący, drugi ledwo rozpuszczalny, trzeci reaguje i z kwasem, i z zasadą. Ta jednostka porządkuje, co o tym decyduje.

✅ Czego się nauczysz

zapisywać wzór sumaryczny wodorotlenku z symbolu metalu i jego wartościowości;
tworzyć nazwy wodorotlenków i odczytywać wzór z nazwy;
dzielić wodorotlenki według rozpuszczalności oraz według mocy;
rozpoznawać wodorotlenki amfoteryczne;
zapisywać równania otrzymywania wodorotlenków — z tlenku i z soli;
stosować pojęcie higroskopijności i wyciągać z niego wniosek praktyczny.

🔁 Przypomnij sobie

Z Jednostki 3.1 wiesz już, że tlenek zasadowy reagujący z wodą daje wodorotlenek ($\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2$) — to jedna z dróg otrzymywania, którą tu rozwiniemy. Przypomnij sobie także wartościowość metalu: to ona rozstrzyga, ile grup $\text{-OH}$ przypada na jeden atom metalu.

📘 Wyjaśnienie

Budowa i klasyfikacja wodorotlenków

Wodorotlenek to związek zawierający grupę hydroksylową $\text{-OH}$. Wzór ogólny: $\text{M(OH)}_n$, gdzie M — metal, $n$ — wartościowość metalu.

Przykłady: $\text{NaOH}$ (wodorotlenek sodu), $\text{Ca(OH)}_2$ (wodorotlenek wapnia), $\text{Al(OH)}_3$ (wodorotlenek glinu), $\text{Fe(OH)}_3$ (wodorotlenek żelaza(III)).

Klasyfikacja według rozpuszczalności:

Klasa	Przykłady	Uwaga
Dobrze rozpuszczalne (zasady)	$\text{NaOH}$, $\text{KOH}$, $\text{Ba(OH)}_2$	Mocne zasady
Trudno rozpuszczalne	$\text{Ca(OH)}_2$, $\text{Mg(OH)}_2$, $\text{Fe(OH)}_2$, $\text{Fe(OH)}_3$, $\text{Cu(OH)}_2$	Wytrącają się jako osad; $\text{Ca(OH)}_2$ jest mocną zasadą, choć słabo rozpuszczalną
Praktycznie nierozpuszczalne	większość wodorotlenków metali ciężkich	-

Klasyfikacja według mocy (zdolność jonizacji w wodzie):

Mocne zasady (pełna dysocjacja): wodorotlenki metali grup 1 i 2 (Ba) — $\text{NaOH}$, $\text{KOH}$, $\text{Ba(OH)}_2$.
Słabe zasady (częściowa dysocjacja): większość pozostałych, np. $\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O}$, $\text{Al(OH)}_3$ (amfoteryczny).
Amfoteryczne: $\text{Al(OH)}_3$, $\text{Zn(OH)}_2$, $\text{Cr(OH)}_3$ — reagują i z kwasami, i z mocnymi zasadami.

📐 DEFINICJA — wodorotlenek: związek jonowy lub kowalencyjny zawierający grupę $\text{OH}^-$; w wodzie uwalnia jony $\text{OH}^-$, nadając roztworowi charakter zasadowy.

Po ludzku: „zasadowy partner" kwasów — to ich reakcja daje sole i wodę.

Stały $\text{NaOH}$ i $\text{KOH}$ mają jeszcze jedną cechę praktyczną: wystawione na powietrze wchłaniają z niego parę wodną i rozpływają się w gęstą ciecz. Taką właściwość nazywamy higroskopijnością.

📐 DEFINICJA — higroskopijność: zdolność substancji do pochłaniania pary wodnej z otoczenia.

Konsekwencja praktyczna: wodorotlenku sodu nie da się odważyć dokładnie na otwartej szalce — w trakcie ważenia przybywa mu masy. Dlatego trzyma się go w szczelnie zamkniętym naczyniu, a roztworów o dokładnym stężeniu nie sporządza się przez odważenie stałego NaOH.

Czym to NIE jest: higroskopijność to pochłanianie wody, nie reakcja z nią. Tlenek wapnia $\text{CaO}$ też „chłonie wilgoć", ale robi to przez reakcję ($\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2$) — to już nie higroskopijność. Czym to NIE jest: wodorotlenek $\ne$ tlenek zasadowy — wodorotlenek ma grupę OH, tlenek jej nie ma. $\text{CaO}$ to tlenek, $\text{Ca(OH)}_2$ to wodorotlenek.

Wodorotlenek miedzi(II) Cu(OH)₂ — galaretowaty niebieski osad. Wodorotlenki zawierają grupy OH⁻ i nadają roztworom odczyn zasadowy. · źródło: Crystal Titan, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Jak napisać wzór wodorotlenku ze wzoru tlenku? Tlenek zasadowy + woda:

$$\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2$$ $$\text{Na}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2,\text{NaOH}$$

Nie każdy tlenek zasadowy tak reaguje (np. $\text{CuO}$ nie reaguje bezpośrednio z wodą), ale wzór wodorotlenku zawsze możesz wypisać ze stopnia utlenienia metalu.

⚠️ Uwaga, pułapka

Pułapka 1. Tlenek zasadowy ≠ wodorotlenek. $\text{CaO}$ to tlenek, $\text{Ca(OH)}_2$ to wodorotlenek — dwa różne związki. Łączy je to, że jeden powstaje z drugiego, ale nie są tym samym.

Pułapka 2. Moc wodorotlenku ≠ jego stężenie. 0,1-molowy NaOH to roztwór słabego stężenia, ale mocnej zasady (pełna dysocjacja). Nie mylmy tych pojęć.

Moc i stężenie wodorotlenku to dwie niezależne osie: mocna zasada bywa rozcieńczona, a słaba — stężona. 0,1-molowy NaOH stoi w polu „mocna, rozcieńczona". · opracowanie własne AsLekcyjny

Pułapka 3. „Trudno rozpuszczalny" nie znaczy „słaby". $\text{Ca(OH)}_2$ rozpuszcza się kiepsko, ale ta jego część, która przejdzie do roztworu, dysocjuje całkowicie — to mocna zasada. Rozpuszczalność i moc to dwie niezależne własności.

📐 Definicje tej lekcji

Wodorotlenek — związek zawierający grupę $\text{OH}^-$; w wodzie uwalnia jony $\text{OH}^-$, nadając roztworowi odczyn zasadowy.
Zasada — wodorotlenek dobrze rozpuszczalny w wodzie.
Wodorotlenek amfoteryczny — wodorotlenek reagujący zarówno z kwasami, jak i z mocnymi zasadami (np. $\text{Al(OH)}_3$, $\text{Zn(OH)}_2$).
Higroskopijność — zdolność substancji do pochłaniania pary wodnej z otoczenia.

📌 Najważniejsze w pigułce

Wzór ogólny $\text{M(OH)}_n$, gdzie $n$ to wartościowość metalu; nazwa: „wodorotlenek + metal + (cyfra rzymska, jeśli metal ma zmienną wartościowość)".
Mocne zasady to wodorotlenki metali grupy 1 oraz $\text{Ba(OH)}_2$; reszta jest słaba albo amfoteryczna.
Rozpuszczalność i moc to osobne kryteria podziału — $\text{Ca(OH)}_2$ jest mocny, a trudno rozpuszczalny.
Amfoteryczne ($\text{Al(OH)}_3$, $\text{Zn(OH)}_2$, $\text{Cr(OH)}_3$) reagują i z kwasem, i z mocną zasadą.
$\text{NaOH}$ i $\text{KOH}$ są higroskopijne — dlatego nie odważa się ich na otwartej szalce.

🎒 Zadania

Zadanie 3.3.1. Napisz wzory sumaryczne wodorotlenków: sodu, wapnia, glinu, żelaza(III), miedzi(II). Podaj nazwę każdego z nich.

Pokaż rozwiązanie

$\text{NaOH}$ — wodorotlenek sodu (Na wartościowy I → jedna grupa OH). $\text{Ca(OH)}_2$ — wodorotlenek wapnia (Ca wartościowy II). $\text{Al(OH)}_3$ — wodorotlenek glinu (Al wartościowy III). $\text{Fe(OH)}_3$ — wodorotlenek żelaza(III). $\text{Cu(OH)}_2$ — wodorotlenek miedzi(II). Gdzie łatwo o błąd: grupę $\text{OH}$ bierzemy w nawias, gdy jest jej więcej niż jedna — $\text{Ca(OH)}_2$, nigdy „CaOH₂", bo ten drugi zapis mówiłby o dwóch atomach wodoru przy jednym tlenie.

Zadanie 3.3.2. Uporządkuj: $\text{KOH}$, $\text{Mg(OH)}_2$, $\text{Ba(OH)}_2$, $\text{Zn(OH)}_2$. Przy każdym podaj moc (mocna / słaba / amfoteryczny) oraz rozpuszczalność.

Pokaż rozwiązanie

$\text{KOH}$ — mocna zasada, dobrze rozpuszczalna (metal grupy 1). $\text{Ba(OH)}_2$ — mocna zasada, umiarkowanie rozpuszczalna (bar to wyjątek wśród grupy 2). $\text{Mg(OH)}_2$ — słaba, praktycznie nierozpuszczalna (zawiesina magnezu to „mleczko magnezjowe" z apteki). $\text{Zn(OH)}_2$ — amfoteryczny, nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszcza się i w kwasie, i w mocnej zasadzie. Wniosek: dwie osie podziału dają cztery kombinacje i żadna z nich nie wynika z drugiej.

Zadanie 3.3.3. Uzupełnij i zbilansuj równania otrzymywania wodorotlenków: (a) $\text{K}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow$ (b) $\text{FeCl}_3 + \text{NaOH} \rightarrow$ (c) $\text{Zn(OH)}_2 + \text{NaOH} \rightarrow$

Podpowiedź

(a) Tlenek zasadowy metalu grupy 1 + woda. (b) Wodorotlenek nierozpuszczalny wytrąca się z roztworu soli — to reakcja strąceniowa. (c) Amfoteryczność: wodorotlenek zachowuje się tu jak kwas.

Pełne rozwiązanie

(a) $\text{K}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2,\text{KOH}$

(b) $\text{FeCl}_3 + 3,\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3 \downarrow + 3,\text{NaCl}$

Gdzie łatwo o błąd: w (b) łatwo zapomnieć o współczynniku 3 przy NaOH — żelazo(III) potrzebuje trzech grup $\text{OH}$. Strzałka w dół przy $\text{Fe(OH)}_3$ oznacza, że produkt wytrąca się jako osad; to właśnie ta nierozpuszczalność napędza reakcję. Warto zauważyć: droga (a) działa tylko dla dobrze rozpuszczalnych tlenków metali grup 1 i 2 — wodorotlenki pozostałych metali otrzymujemy drogą (b).

🔍 Sprawdź, czy umiesz

[ ] Napisać wzór wodorotlenku odpowiadającego danemu metalowi i podać jego nazwę.
[ ] Zaklasyfikować wodorotlenek według mocy ORAZ według rozpuszczalności — i pokazać, że to niezależne kryteria.
[ ] Wskazać wodorotlenek amfoteryczny i zapisać obie jego reakcje.
[ ] Zapisać równanie otrzymywania wodorotlenku z tlenku oraz z soli.
[ ] Wyjaśnić, dlaczego tlenek zasadowy nie jest wodorotlenkiem.
[ ] Wyjaśnić, czym jest higroskopijność, i podać jej praktyczną konsekwencję.

Ucz się tej jednostki z asystentem