Wat betekent ‘amfoteer’ in de scheikunde?
Laten we uw geheugen opfrissen door uit te leggen wat "amfoteer" betekent. Oxiden worden ingedeeld in zuur, basisch, neutraal, amfoteer, peroxiden, gemengd en superoxiden. Deze indelingen zijn gebaseerd op het vermogen van een oxide om te reageren met zuren of basen, of op het oxidatiegetal van zijn zuurstofatoom.
Volgens deze veronderstelling is een oxide amfoteer wanneer het kan reageren met zuren en basen. Wanneer het reageert met een base (of zich in een basische toestand bevindt), wordt het een zuur, waarbij zout en water ontstaat. In een zure toestand gedraagt het zich echter als een base, waarbij vaak een complex zout ontstaat. In sommige gevallen, zoals bij aluminium- en zinkoxiden, kan het zout en water vormen.
Is berylliumoxide amfoteer?
Ja, berylliumoxide is amfoteer. In aanwezigheid van een base wordt het dus zuur. Evenzo wordt het een base wanneer het reageert met een zuur. Maar hoe bereikt het zijn amfotere eigenschappen? Laten we het in deze sectie letterlijk uitleggen.
Een eenvoudige manier om aan te tonen dat berylliumoxide amfoteer is, is door gebruik te maken van zijn metaalachtige aard en het vermogen om covalente bindingen te vormen. Metaaloxiden hebben basische eigenschappen. Beryllium behoort tot Groep II (aardalkalimetaal). Hoewel het geen typisch metaal is zoals de leden van Groep II, zoals kalium en magnesium, is het basisch. Daarom gedraagt het zich in aanwezigheid van zuren als een base.
Hoewel beryllium een metaal is, vormt het, in tegenstelling tot andere leden van Groep I en II, niet alleen ionbindingen. Het berylliumion (Be2+) is klein van formaat en heeft een hoge ladingsdichtheid, waardoor het covalenter is. Daardoor kan het zich gedragen als een zuur en een binding vormen met nucleofielen zoals hydroxide-ionen.
Een andere manier om te verklaren waarom berylliumoxide amfoteer is, is door gebruik te maken van elektronegativiteit (het vermogen van een atoom om elektronen aan te trekken). Een verschil in elektronegativiteit tussen een element X en zuurstof > 2 betekent dat het oxide van het element gemakkelijk zuurstof kan afgeven. Een verschil <1 betekent dat het oxide dat niet doet.
Beryllium en zuurstof hebben een elektronegativiteitsverschil tussen 1 en 2. De reactieomstandigheden bepalen dus of de zuurstof gemakkelijk weggaat of niet, oftewel of het een amfoteer gebied wordt. Onder zure omstandigheden geeft berylliumoxide zijn zuurstof af aan het proton (H+) om water te vormen, dat zelf het overeenkomstige zout vormt. Onder basische omstandigheden vormt het echter een complex.
Hoe berylliumoxide als base werkt
In zure omstandigheden gedraagt berylliumoxide zich als een base. Het geeft gemakkelijk zuurstof af, die de protonen (H⁺) uit het zuur opneemt. Het zuurstofatoom kan dit doen omdat het elektronenrijk is dankzij zijn hogere elektronegativiteit dan het proton (H+).
Een samenvatting van het proces:
-
Een zuur HX dissocieert in H+ en X-
-
Het proton (H+) combineert met O2− en vormt water.
-
Het berylliumion Be2+ combineert met X en vormt BeX.
Met behulp van zoutzuur (HCl) zal de elektronenrijke zuurstof het proton (H+) accepteren om water te vormen. Het berylliumion daarentegen accepteert het chloride-ion, waardoor berylliumchloride ontstaat.
BeO+2HCl→BeCl2+H2O
Met behulp van zwavelzuur (H₂SO₂) zal de elektronenrijke zuurstof het proton (H+) accepteren om water te vormen. Het berylliumion accepteert het sulfaation en vormt zo berylliumsulfaat.
BeO+H2SO4→BeSO4+H2O
In dit geval is het laatste voorbeeld salpeterzuur (HNO3). Hoewel je misschien zou denken dat het hoge oxiderende vermogen van HNO3 enig effect zou hebben op BeO, klopt dat niet. Berylliumoxide is stabiel en de reactie verloopt zoals bij de andere twee. Het zuurstofion accepteert het proton (H+) om water te vormen, en het berylliumion combineert met het nitraation, waardoor berylliumnitraat ontstaat.
BeO+2HNO3→Be(NO3)2+H2O
Hoe berylliumoxide als zuur werkt
In basische toestand wordt berylliumoxide een zuur. De lagere elektronegativiteit en gedeeltelijke positiviteit van het berylliumion maken het een elektrofiel. Hierdoor kan het binden met nucleofielen, zoals hydroxide-ionen (OH-), om een complex zout te vormen.
Het meest voorkomende voorbeeld is de reactie tussen natriumhydroxide en berylliumoxide. Berylliumoxide vormt een kaliumberrylaatcomplex in aanwezigheid van NaOH.
BeO+2NaOH+H2O →Na2Be(OH)4
Een ander voorbeeld van een base waarmee je kunt reageren met berylliumoxide is kaliumhydroxide (KOH). Het oxide vormt een oplosbaar complex zout, kaliumberryllaat genaamd.
BeO+2KOH+2H2O→K2[Be(OH)4]
Kan berylliumoxide reageren met zwakke zuren en basen?
Ja, berylliumoxide is amfoteer en reageert met zwakke zuren en basen, zoals hierboven uitgelegd. Deze reacties vereisen echter bepaalde aanpassingen om de verwachte producten te vormen en tegelijkertijd snel te verlopen.
De reactie tussen berylliumoxide en azijnzuur (CH3COOH) verloopt bijvoorbeeld langzaam en minder krachtig vanwege de lage dissociatieconstante van het zuur. Desondanks verloopt de reactie wel en levert berylliumacetaat en water op.
BeO+2CH3COOH→(CH3COO)2Be+H2O
In het geval van zwakke basen kan de reactie van berylliumoxide en ammoniak (NH₃) warmte vereisen. Desondanks vormt het een oplosbaar beryllium-ammoniakcomplex. De reactie is echter niet snel vergeleken met een sterke base zoals natriumhydroxide.
BeO + 2NH3 +H2O → [Be(NH3)2(OH)2]
De reactie is ook minder uitgesproken met ammoniumhydroxide. Desondanks vertoont BeO nog steeds zijn amfotere eigenschappen en vormt het een berylliumhydroxidecomplexion.
BeO+NH4OH+H2O→[Be(OH)3]−+NH4+
De reactiesnelheid (zowel zwak zuur als base) hangt af van de mate van dissociatie van het zuur of de basen. Hoe minder reactieve ionen (H+ of OH−), hoe langzamer de reactie en hoe meer producten er worden gevormd.
Conclusie
U heeft het antwoord op uw vraag. Als u zich afvraagt of berylliumoxide amfoteer is, oftewel zuur en basisch, dan is dat zo. Berylliumoxide is amfoteer, net als andere elementen zoals aluminium, lood en zink. Dit betekent dat het onder de juiste omstandigheden zowel zuur als base kan zijn.