### Wstęp do metali i ich bloków
Metale stanowią większość pierwiastków układu okresowego. Metale bloku s (grupy 1. i 2.) charakteryzują się bardzo niskimi energiami jonizacji – łatwo oddają elektrony, są niezwykle aktywne chemicznie i występują niemal wyłącznie na jednym stałym stopniu utlenienia (+I dla litowców, +II dla berylowców). Z kolei metale przejściowe (blok d) są przeważnie twardsze, mają wyższe temperatury topnienia, a w chemii wyróżniają się **wieloma stopniami utlenienia** oraz **barwnymi jonami** w roztworach wodnych.
### Glin i amfoteryczność
Glin (Al) jest p-blokowym metalem, który odgrywa wyjątkową rolę z powodu swoich **amfoterycznych** właściwości. Pasywuje on w stężonym HNO₃ (tworzy się ochronna warstwa Al₂O₃), ale roztwarza się w kwasach i silnych zasadach.
Reakcja glinu z zasadą (np. NaOH) przebiega z wydzieleniem wodoru:
2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂
### Związki manganu – zależność reakcji od pH
Manganian(VII) potasu (KMnO₄) to niezwykle silny utleniacz. Jego właściwości oraz barwa powstającego produktu silnie zależą od środowiska reakcji:
* **Środowisko kwasowe (H⁺):** fioletowy jon MnO₄⁻ redukuje się do bezbarwnego kationu Mn²⁺ (odbarwienie roztworu).
* **Środowisko obojętne (H₂O):** powstaje tlenek manganu(IV) – MnO₂, który tworzy **brunatny osad**.
* **Środowisko zasadowe (OH⁻):** fioletowy roztwór zmienia barwę na **zieloną**, charakterystyczną dla powstającego jonu manganianowego(VI) (MnO₄²⁻).
### Barwy i właściwości jonów Cr, Fe, Cu
* **Chrom:** Na +III stopniu utlenienia ma barwę zieloną (często szarozieloną). Na +VI występuje jako pomarańczowy dichromian(VI) (Cr₂O₇²⁻) trwalszy w kwasach oraz żółty chromian(VI) (CrO₄²⁻) trwalszy w zasadach. Równowaga między nimi **nie jest reakcją redoks**.
* **Żelazo:** Kation Fe²⁺ (bladozielony) z czasem utlenia się do Fe³⁺ (żółty/brązowy). Jony Fe³⁺ dają krwistoczerwone zabarwienie z jonami SCN⁻.
* **Miedź:** Cu nie wypiera wodoru z kwasów nieutleniających (jak HCl czy rozcieńczony H₂SO₄). Jej jony na +II stopniu (Cu²⁺) dają błękitne roztwory wodne, a po dodaniu zasady wytrąca się galaretowaty, jasnoniebieski osad Cu(OH)₂.
### Przykład rozwiązania zadania
**Zadanie:** Jaką objętość wodoru (w warunkach normalnych) otrzymamy działając nadmiarem kwasu solnego na 5,4 g glinu (M = 27 g/mol)?
**Rozwiązanie:**
1) Równanie reakcji: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂
2) Obliczenie liczby moli glinu: n = m / M = 5,4 g / 27 g/mol = 0,2 mola.
3) Ze stechiometrii wynika, że z 2 moli Al powstają 3 mole H₂. Zatem z 0,2 mola Al powstanie 0,3 mola H₂.
4) Objętość: V = 0,3 mola × 22,4 dm³/mol = 6,72 dm³.
Zapamiętaj
Amfoteryczność glinu – metal reaguje z kwasami i zasadami, w obu przypadkach wydzielając wodór.
Przejście między żółtym CrO₄²⁻ a pomarańczowym Cr₂O₇²⁻ zależy od pH i NIE jest to reakcja redoks.
Miedź jest metalem półszlachetnym – nie reaguje z kwasami nieutleniającymi jak HCl.
Typowe błędy
Mylenie równowagi chromian/dichromian z reakcją utleniania-redukcji (stopień utlenienia się nie zmienia!).
Zapominanie, że podczas roztwarzania metali w wodorotlenkach zasadowych (np. Al w NaOH, Zn w NaOH) wydziela się wodór (H₂).
Przypuszczenie, że miedź wypiera wodór z kwasu chlorowodorowego (solnego).
Wymagania podstawy programowej
IX.1.1 Opisuje właściwości i reakcje metali grup 1. i 2. oraz glinu; projektuje doświadczenia z ich udziałem.
IX.1.2 Opisuje właściwości chromu, manganu, żelaza i miedzi oraz ich związków na różnych stopniach utlenienia, w tym barwy.
Przykładowe zadania
Zadanie 1
W trzech probówkach (I–III) umieszczono po kilka wiórków glinu. Następnie dodano:
- do probówki I: kwas solny,
- do probówki II: wodny roztwór wodorotlenku sodu,
- do probówki III: stężony kwas azotowy(V).
Po chwili w probówkach I i II zaobserwowano intensywne wydzielanie się bezbarwnego gazu.
1.1 Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji zachodzącej w probówce II. Przyjmij, że glin w powstającym jonie kompleksowym przyjmuje liczbę koordynacyjną równą 4. (2 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: 2Al + 2OH⁻ + 6H₂O → 2[Al(OH)₄]⁻ + 3H₂
Glin, ze względu na swój amfoteryczny charakter, roztwarza się w silnych zasadach. W reakcji z roztworem wodorotlenku sodu powstaje tetrahydroksoglinian sodu oraz wydziela się wodór.
1.2 Wskaż poprawny opis zachowania glinu w probówce III w temperaturze pokojowej. (1 pkt)
A. Reaguje gwałtownie z wydzieleniem brunatnego gazu (NO₂).
B. Ulega zjawisku pasywacji, na jego powierzchni tworzy się tlenkowa warstwa ochronna.
C. Reaguje z wytworzeniem kationów glinu bez wydzielania gazu.
D. Rozkłada kwas do azotu cząsteczkowego.
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: B. Ulega zjawisku pasywacji, na jego powierzchni tworzy się tlenkowa warstwa ochronna.
Glin pod wpływem stężonego kwasu azotowego(V) ulega zjawisku pasywacji – pokrywa się cienką, szczelną warstwą tlenku (Al₂O₃), która chroni go przed dalszą reakcją.
Zadanie 2
Do pomarańczowego roztworu dichromianu(VI) potasu (K₂Cr₂O₇) dodawano kroplami roztwór wodorotlenku potasu, aż obserwowana barwa zmieniła się na żółtą. Następnie do otrzymanego roztworu dodano roztwór siarczanu(IV) sodu i zakwaszono środowisko kwasem siarkowym(VI). Zaobserwowano zmianę barwy z żółtej przez pomarańczową na zieloną.
2.1 Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji odpowiedzialnej za zmianę barwy z pomarańczowej na żółtą po dodaniu wodorotlenku potasu. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Cr₂O₇²⁻ + 2OH⁻ ⇌ 2CrO₄²⁻ + H₂O
Jony dichromianowe(VI) w środowisku zasadowym ulegają przemianie w jony chromianowe(VI), co skutkuje zmianą barwy z pomarańczowej na żółtą.
2.2 Oceń prawdziwość poniższych zdań dotyczących opisanego doświadczenia. (1 pkt)
1. Przemiana jonów dichromianowych(VI) w chromianowe(VI) jest reakcją utleniania-redukcji. (P/F)
2. Siarczan(IV) sodu pełni w doświadczeniu rolę reduktora, redukując chrom(VI) do chromu(III). (P/F)
W reakcji z KOH nie zmienia się stopień utlenienia chromu (+VI). Siarczan(IV) sodu jest reduktorem, więc sam ulega utlenieniu. Jony Cr³⁺ odpowiadają za zieloną barwę roztworu końcowego.
