12 mar Czy za jedną strzałkę w równaniu reakcji można stracić punkty?

Pytanie o to, czy to prawda, że za jedną strzałkę nie traci się punktu na maturze pojawia się bardzo regularnie. Odpowiedzi, które są udzielane pytającym osobom przez innych maturzystów i tych, którzy maturę mają już za sobą zawsze brzmią podobnie: „pisz ZAWSZE jedną strzałkę, bo to ZAWSZE jest dobrze, a jak napiszesz strzałki w dwie strony tam, gdzie nie może być dwóch, to będzie błąd”. Wśród maturzystów w wielu kwestiach panuje psychoza, a kwestia dwóch strzałek nie jest wyjątkiem. Potem mamy sytuacje, gdy maturzysta oblicza skład RÓWNOWAGOWY, albo STAŁĄ RÓWNOWAGI, a jednocześnie boi się napisać równanie reakcji z dwoma strzałkami.  Rzeczywiście, maturzysta nie utraci punktu, jeśli równanie reakcji odwracalnej zapisze z jedną strzałką. A co, jeśli udowodnię, że za brak dwóch strzałek także można utracić punkty? Bo jedna rzecz bardzo często umyka nie tylko maturzystom, a diabeł tkwi w szczegółach.

W ogólnych zasadach oceniania znajdujemy uwagę:

 „W równaniach reakcji, w których ustala się stan równowagi, brak „⇄” nie powoduje utraty punktów”

Ale zwróćmy uwagę, że chodzi tutaj wyłącznie o zapis równania reakcji. Zapis ze strzałką w jedną stronę (czyli na ogół w prawo „→”) zwykle oznacza, że rozpatrywana reakcja jest nieodwracalna, czyli zachodzi praktycznie z lewa na prawo (α≈100%), a w takim przypadku nie działa na nią reguła przekory. Z kolei zapis ze strzałkami równowagi (czyli „⇄”) oznacza reakcję odwracalną, czyli równowagową, na której stopień przereagowania można wpływać – działa tutaj reguła przekory. Do tego zresztą nawiązują strzałki w obu kierunkach, bo można przekształcać substraty w produkty, a produkty przekształcić z powrotem w substraty itd.

A teraz zajmijmy się zadaniami maturalnymi. Latem 2020 roku napisała do mnie pewna osoba z powodu „błędu w kluczu” mówiąc wprost, przez co pewna osoba niesłusznie utraciła punkty. Konkretnie chodziło o zadanie 15 z arkusza z lipca 2020. Poniżej widzimy odpowiedź do tego zadania ze schematu oceniania.

Wspomniana osoba zapisała nawet na boku równanie reakcji, na podstawie którego wybrała odpowiedź: P czy F:

I zaznaczyła F. Nasza dyskusja dotyczyła tego, że wg zasad oceniania („klucza”) jest P, a powinno być F, ponadto odpowiedź P w kluczu jest sprzeczna z odpowiedzią F w zdaniu drugim.

Nasza konwersacja skupiła się na tym, czy w wodnym roztworze Na₂CO₃ rzeczywiście nie ma jonów CO₃^2-, które są wyłącznie zasadami w takich układach.  Czy w zasadach oceniania faktycznie był błąd? Nie. Po prostu zdająca wyciągnęła zły wniosek na podstawie tak zapisanego równania reakcji: z jedną strzałką. Nasza konwersacja skupiła się na tym, czy tam są jony CO₃^2-, czy nie, ale zwróćmy uwagę na jeszcze coś. Nawet gdyby hydroliza zachodziła w 100% (co sugeruje zapis „z jedną strzałką”) i jonów CO₃^2- rzeczywiście w tym roztworze by nie było, to przecież są także jony OH^– – one zawsze są w roztworach wodnych. I są wyłącznie zasadami w takich roztworach. Więc czy hydroliza zachodzi odwracalnie, czy nie (czy w roztworze Na₂CO₃ są lub nie ma jonów CO₃^2-), to aniony mogące pełnić rolę wyłącznie zasady i tak są w tym roztworze. I już choćby to świadczy o tym, że odpowiedź P jest prawidłowa. Ale wróćmy do tematu obecności anionów węglanowych. Gdy równanie reakcji jest elementem ocenianym, to za jego zapisanie z jedną strzałką, nawet gdy mowa o reakcji równowagowej – punktu nie stracimy. Pod warunkiem, że równanie zapisane jest dobrze. Ale zapisanie czegoś z jedną strzałką na papierze nie oznacza, że reakcja w probówce też zachodzi „z jedną strzałką”, czyli z lewa na prawo w 100%. Albo że zacznie tak zachodzić, bo tak zapisaliśmy na papierze. Taki zapis nie zwalnia nas w żadnym przypadku ze znajomości natury procesu. Jeśli więc na podstawie tak zapisanego równania hydrolizy:

stwierdzamy, że w roztworze Na₂CO₃ nie ma jonów węglanowych, to popełniamy oczywisty błąd. Bo roztwór Na₂CO₃ to nadal roztwór Na₂CO₃, a nie NaHCO₃ i NaOH, pomimo zachodzącej hydrolizy. Stopień hydrolizy anionu węglanowego w roztworze o stężeniu 0,51 mol/dm³ wynosi niespełna 2% (w 25 °C). Oznacza to, że ponad 98% anionów węglanowych pozostaje w roztworze. A te niespełna 2% to już dużo jak bardzo dużo jak na hydrolizę soli – możemy sprawdzić, że w roztworze octanu sodu o stężeniu 0,1 mol/dm³ hydrolizie ulega 1 na blisko 13,5 tysiąca anionów octanowych! Dodam, że przytoczony przypadek nie jest ani pierwszym, ani ostatnim tego typu, z jakim miałem do czynienia, gdy ktoś błędnie myśli o hydrolizie soli w taki właśnie sposób: że jakiegoś jonu nie ma, no bo zaszła hydroliza.

Częste problemy maturzystów, z utratą punktów włącznie, wynikają ze złego nawyku nadużywania jednej strzałki. Z dwóch powodów:

– obaw przed stosowaniem dwóch strzałek, by „nie stracić punktów”,

– niekonsekwencji w materiale szkolnym – wiele pojęć się omawianych w chaotycznej kolejności, np. hydroliza soli przed wprowadzeniem pojęcia równowagi (i dwóch strzałek) Stąd hydroliza w roztworach soli to jedno z najgorzej uczonych pojęć w szkolnej edukacji chemicznej.

Oczywiście stosujmy dla własnego komfortu jedną strzałkę, jeśli tak sami preferujemy. Ale nie popadajmy przy tym w jakąś paranoję. I nie zapominajmy, że jedna strzałka na papierze nie zmienia w magiczny sposób tego, co dzieje się w probówce – i musimy to uwzględnić w swojej odpowiedzi. Bo choć nikt nam nie zabierze punktu za równanie reakcji z jedną strzałką, to o tym, że dana reakcja jest równowagowa – już musimy wiedzieć i uwzględnić w odpowiedzi to, co z tej odwracalności wynika. Czy można utracić punkty za jedną strzałkę? Można, jeśli jej używać niewłaściwie (nadużywać) i na tej podstawie wyciągać błędne wnioski nie tylko podczas samej matury, ale takze na etapie nauki do niej…

Pozdrawiam,

Damian Mickiewicz