Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Group 2 · ⁨קבוצה 2⁩

A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · Topic 27 · ⁨נושא 27⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
8:06

קבוצה 2 (A2)

הנה חידה. במעבר למטה בקבוצה 2, מאבץ עד בריום, ההידרוקסידים הולכים ומתמסים יותר. במעבר לאותה קבוצה, הסולפטים הולכים ומתמסו פחות.…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

27.1

Thermal stability of the nitrates and carbonates · ⁨יציבות תרמית של החנקות והקרבוניות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe and explain qualitatively the trend in the thermal stability of the nitrates and carbonates including the effect of ionic radius on the polarisation of the large anion
  2. describe and explain qualitatively the variation in solubility and of enthalpy change of solution, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, of the hydroxides and sulfates in terms of relative magnitudes of the enthalpy change of hydration and the lattice energy
עברית
  1. תאר ונסח באופן איכותי את המגמה ביציבות תרמית של נטרטים וקربונטים, לרבות השפעת רדיוס יוני על קיטוב האניון הגדול
  2. תאר ונסח באופן איכותי את השינוי במסיסות ובשינוי האנתלפיה של המסה, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, של הידרוקסידים וסולפטים בהתבסס על הגדלים היחסיים של שינוי האנתלפיה של הידרציה ואנרגיית הרשת

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

The thermal stability 热稳定性 of the Group 2 nitrates 硝酸盐 and carbonates 碳酸盐 increases down the group. Here is the reason, in terms of how the ions affect each other.

A small cation 阳离子 with a small ionic radius 离子半径 has a high charge density. It pulls on the electrons of the nearby anion and distorts its shape — this is polarisation 极化. Distorting the large anion 阴离子 (the carbonate or nitrate ion) weakens a bond inside it, so the compound breaks down more easily.

Going down the group, the cation gets larger. Its charge density drops, so it polarises the anion less. The anion is less distorted, so the compound is harder to break down — it is more thermally stable and needs a higher temperature to decompose.

Worked example. Down Group 2 the hydroxides become more soluble while the sulfates become less soluble. Explain why the two trends run in opposite directions. Solubility is a contest between the lattice energy holding the solid together and the hydration energy rewarding the ions for dissolving. Both get less exothermic as the cation grows, so whichever falls faster decides the trend. With the small hydroxide ion, the lattice energy depends strongly on the cation's size, so it falls faster than the hydration energy: the lattice gets relatively easier to break and solubility rises. With the large sulfate ion, the lattice energy is already dominated by that big anion and barely changes down the group, while the cation's hydration energy still falls - so solubility falls. Name both energies and say which one falls faster; simply restating the trends earns no explanation marks.

עברית

היציבות התרמית של החנקות והקרבוניות של הקבוצה 2 עולה כלפי מטה בקבוצה. להלן הסיבה, בהקשר השפעת היונים זה על זה.

אוכף סיבובי בבית סידן
חימום אבן גיר (סידן סידן) בכיבן מפרק אותו לתחמוצת סידן — פירוק תרמי

cation קטן עם רדיוס יוני קטן יש צפיפות מטען גבוהה. הוא מושך את האלקטרונים של האניון הסמוך ומעוות את צורתו — זהו קוטביות. עיוות האניון הגדול (יון הקרבונט או החנקת) מחליש קשר בתוכו, ולכן התרכובת מתפרקת בקלות יותר.

כלפי מטה בקבוצה, הcation הופך לגדול יותר. צפיפות המטען שלו יורדת, ולכן הוא מקוטב את האניון פחות. האניון פחות מעוות, ולכן התרכובת קשה יותר לפירוק — היא יותר יציבה תרמית ודורשת טמפרטורה גבוהה יותר להתפרקות.

שני תרחישים: יון מגנזיום קטן עיוות חזק לענן האלקטרונים של יון הפחמון לצורת טיפה, בעוד שיון בריום גדול מעוות אותו רק מעט
cation קטן יש לו צפיפות מטען גבוהה, ולכן הוא מעוות (מקוטב) את האניון הגדול יותר — מחליש אותו, ולכן התרכובת פחות יציבה

דוגמה פתורה. כלפי מטה בקבוצה 2 ההידרוקסידים הופכים ליותר מומסים בעוד הסולفات הופכים לפחות מומסים. הסבר מדוע שני המגמות הללו הולכות לכיוונים הפוכים. מומסות היא קרב בין אנרגיית הרשת המחזיקה את המוצק יחד ובין אנרגיית ההידרציה המעניקה ליונים על פירוקם. שתי אנרגיות אלו הופכות לפחות אקסותרמיות ככל שהcation גדל, ולכן זו שנופלת מהר יותר קובעת את המגמה. עם היון ההידרוקסידי הקטן, אנרגיית הרשת תלויה בחוזקה בגודל הcation, ולכן היא נופלת מהר יותר מאנרגיית ההידרציה: הרשת הופכת לקלה יותר לשבור ביחס, והמומסות עולה. עם היון הסולפתי הגדול, אנרגיית הרשת נשלטת כבר על ידי אניון גדול זה ושינה כמעט כלפי מטה בקבוצה, בעוד אנרגיית ההידרציה של הcation עדיין יורדת — ולכן המומסות יורדת. ציין שתי אנרגיות ואמור איזו מהן נופלת מהר יותר; פשוט חזרה על המגמות אינה זוכה נקודות הסבר.

Explore · ⁨חקור⁩

Group 2 thermal stability ladder · ⁨דרגת יציבות תרמית של מקבוצה 2⁩

Move down Group 2 and see why carbonates become harder to decompose. · ⁨עברו כלפי מטה ב-Group 2 והבין למה פחמתות מתפרקות בקושי רב יותר.⁩

Explore · ⁨חקור⁩

Group 2 solubility lab · ⁨מעבדת מומסות קבוצה 2⁩

Classify Group 2 compounds by solubility trend. · ⁨מיין תרכובות קבוצה 2 לפי מגמת המומסות.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ יציבות תרמית
nitrate/ˈnaɪtreɪt/ ניטראט
carbonate/ˈkɑːbəneɪt/ פוספט
cation/ˈkætaɪən/ קation
ionic radius/aɪˈɒnɪk ˈreɪdɪəs/ רדיוס יוני
polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ קוטביות
anion/ˈænaɪən/ אניון
enthalpy change of solution/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv səˈluːʃn/ שינוי אנטלפיה של המסה
lattice energy/ˈlætɪs ˈenədʒi/ אנרגיית רשת
enthalpy change of hydration/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv haɪˈdreɪʃn/ שינוי אנטלפיה של הידרציה
27.1

Solubility of the hydroxides and sulfates · ⁨מסיסות ההידרוקסידים והסולפטים⁩

English

When an ionic solid dissolves, two energy changes compete. The enthalpy change of solution 溶解焓变 is the sum of them:

$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$
  • you must first pull the lattice apart (this needs the lattice energy 晶格能).
  • then water surrounds the ions (this releases the enthalpy change of hydration 水合焓变).

If the energy released on hydration roughly matches (or beats) the energy needed to break the lattice, the solid dissolves easily.

Going down the group, both the lattice energy and the hydration enthalpy get smaller (less negative), because the cation is larger. But they shrink at different rates, and this explains the opposite trends:

Compound Trend in solubility 溶解度 down the group Why
hydroxides 氢氧化物 increases the $\text{OH}^-$ ion is small, so the lattice energy falls a lot down the group; this change outweighs the fall in hydration energy
sulfates 硫酸盐 decreases the $\text{SO}_4^{2-}$ ion is large, so the lattice energy stays almost the same; the fall in hydration energy then dominates, so dissolving becomes less favourable
עברית

כשגביש יוני נמס, שני שינויי אנרגיה מתחרים. שינוי האנתלפי של המעבר הוא סכוםם:

כלפי מטה בקבוצה 2 ההידרוקסידים הופכים יותר מסיסים אך הסולפטים פחות מסיסים
כלפי מטה בקבוצה 2 ההידרוקסידים הופכים למסיסים יותר אך הסולفات פחות
$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$
  • עליך תחילה לפרק את הרשת (דבר זה דורש את אנרגיית הרשת).
  • ולאחר מכן מים מקיפים את היונים (דבר זה משחרר את שינוי האנתלפי של ההידרציה).

אם האנרגיה המשתחררת בהידרציה תואמת בערך (או עולה על) האנרגיה הנדרשת לשבירת הרשת, הגביש נמס בקלות.

משקע ג'לטיני כחול-בהיר של הידרוקסיד נחושת(II)
הידרוקסיד מתכת לא מסיס נוצר כמשקע ג'לטיני כאשר אנרגיית הרשת שלו גדולה מדי כדי להישלם על ידי ההידרציה

כלפי מטה בקבוצה, גם אנרגיית הרשת וגם אנתלפיית ההידרציה הופכות קטנות יותר (פחות שליליות), מכיוון שהקתיון גדול יותר. אך הן צומצמות בקצבים שונים, וזה מסביר את המגמה ההפוכה:

שתי קופסאות המשווות בין הידרוקסידים לסולפטים: עבור הידרוקסידים אנרגיית הרשת יורדת רבות, בעוד שבסולפטים היא נשארת קבועה, מה שמוביל למגמות מסיסות הפוכות
מדוע המגמות הפוכות: אנרגיית הרשת הקטנה של OH$^-$ יורדת רבות כלפי מטה (ההידרוקסידים נמסים יותר), אך אנרגיית הרשת הגדולה של SO$_4^{2-}$ משתנה מעט בלבד (הסולפטים נמסים פחות)
תרכובת מגמה ב-מסיסות כלפי מטה בקבוצה סיבה
הידרוקסידים עולה יון $\text{OH}^-$ קטן, ולכן אנרגיית הרשת יורדת רבות כלפי מטה; שינוי זה חולף על ירידת אנרגיית ההידרציה
סולפטים יורדת יון $\text{SO}_4^{2-}$ גדול, ולכן אנרגיית הרשת נשארת כמעט זהה; ירידת אנרגיית ההידרציה הופכת לקובעת, ולכן המעבר פחות נוח
Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ מסיסות
hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ הידרוקסיד
sulfate/ˈsʌlfeɪt/ גופרית(II) סולפט (אם הכוונה ל-"sulfate" כללית: סולפט)
27.1

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Thermal stability of carbonates and nitrates increases down the group — larger cations polarise the anion less.
  • Give the decomposition products: carbonates → oxide + $\text{CO}_2$; nitrates → oxide + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (brown gas).
  • Hydroxides get more soluble and sulfates less soluble down the group.
  • Explain trends with cation charge density (polarising power), not just size.
עברית
  • יציבות תרמית של קרבונטים וניטרטים עולה כלפי מטה בקבוצה — קתיונים גדולים יותר מפריעים לפחות באניון.
  • תן את מוצרי ההתפוררות: קרבונטים → תחמוצת + $\text{CO}_2$; ניטרטים → תחמוצת + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (גז חום-חום).
  • ההידרוקסידים הופכים יותר מסיסים והסולפטים פחות מסיסים כלפי מטה בקבוצה.
  • הסבר מגמות אלו באמצעות צפיפות מטען הקתיון (כוח הקיטוב), ולא רק גודל.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP