ScienceBits

Érdekes feladat fém-oxidokról

KÖZÉPISKOLAI KÉMIAI LAPOK

A Furcsa Fém-oxidok Fegyvertárának főállású feltalálói öt anyagot vizsgáltak meg. Mindegyik anyag egyetlen fém és az oxigén vegyülete volt.

1. Egy narancsvörös színű oxid 266,2 mg-ját feleslegben vett szénnel redukálták: 34,18 mg szén-dioxid és elemi fém keletkezett.
2. Egy halványsárga színű, illékony, szilárd oxid 471,4 mg-ját hidrogénnel reagálva 352,7 mg tiszta fém maradt vissza.
3. Egy sötétzöld oxid 1134,9 mg-ját hidrogénnel redukálva 48,6 mg víz keletkezett, majd a másik termék magnéziummal reagálva 325,9 mg MgO-t és a tiszta fémet adott.
4. Egy nagyon instabil vegyületet csak piridinnel képzett kék színű adduktumaként sikerült előállítani. Az adduktumról megállapították, hogy benne a fém és a nitrogén mólaránya 1:1. Az adduktum 279,4 mg-jának bomlásakor 104,7 mg piridin szabadult fel.
5. Egy halványzöld színű fém-oxidól meghatározták, hogy benne 92,8 mg fém 13,2 mg oxigénnel alkot vegyületet. A por sűrűségét 8,9 g/cm³-nek mérték.

Mi lehetett az öt vegyület?

A megoldás:

	1. Pb3O4
	2. OsO4
	3. U3O8
	4. CrO5
	5. Tm2O3

Egy kis adalék a megoldáshoz:

Ez a feladat egy középiskolai kémiaversenyeken szokásos típusfeladat nehezített változata. A típust nagyjából így tudnám jellemezni:

Adott egy két elemből álló vegyület, amelynek az egyik elemét ismerjük és valamilyen reakció révén olyan információt szerzünk, amelyből ki tudjuk számolni az ismert elem tömegszázalékát a vegyületben. Ezen adatok ismeretében azonosítani kell az ismeretlen elemet és persze a vegyületet.

A feladatra a rutinszerű lényegi megoldás az (egyébként többféle változatban is megvalósítható), hogy az ismeretlen elem oxidációs számára rendszeresen kipróbálunk különböző számokat, mindegyikkel kiszámoljuk az ismeretlen elem moláris tömegét. Az ismeretlen elemet akkor találtuk meg, amikor az így kiszámolt moláris tömeg megegyezik egy elemével, amelynek a szokásos oxidációs száma is éppen megegyezik a feltételezettel.

Az itt bemutatott öt részfeladat nehézsége vagy szokatlansága három különböző forrásból származik:

• Az 1. és a 3. részfeladatban a fémek formális átlagos oxidációs száma törtszám (az ólom esetében 8/3, az uránnál pedig 16/3). Az ilyen oxidációs számokra a rutineljárás közben kevesen gondolnak. Maguk az oxidok egyébként igen stabilak és jól ismertek.
• A 2. és 4. részfeladatban a fémek formális oxidációs száma igen nagy. Az ozmium esetében +8, ez még reális is, a króm esetében viszont +10! Persze ez utóbbi már kémiailag irreális (de egyébként formális oxidációs számként ettől még kifogástalan). A jelenség kulcsa az, hogy a vegyület valójában vegyes oxid-peroxid, így igazából benne a króm oxidációs száma +6, egy oxigénatomé -2, a maradék négyé pedig -1. Kevés megoldó türelme tart ki addig, hogy +8-as oxidációs számmal is próbálkozzon, a +10 pedig eleve lehetetlennek tűnik feladatmegoldás közben.
• Az 5. feladatban a rutineljárás elég biztosnak tűnő eredményként adja a CdO-t. Ennek viszont sem a színe, sem a sűrűsége nem egyezik a feladatban megadott információkkal. Egy véletlen egybeesés miatt a kadmium moláris tömege kettővel osztva majdnem pontosan ugyanannyi, mint a túlium moláris tömege hárommal osztva. A legtöbb megoldó a rutineljárás során a +2-es oxidációs számnál azt gondolja, hogy megoldotta a feladatot, tehát felesleges tovább foglalkozni nagyobb lehetséges oxidációs számokkal.

2015.06.14.