31. Плохорастворимые сильные электролиты. Произведение растворимости. Условия образования и растворения осадков.

Равновесия в растворах электролитов: произведение растворимости. В растворах твердых электролитов (чаще всего это основания и соли) имеет место равновесие на границе двух фаз, например: AgCl(тв) = Ag+ + Cl–. Оба процесса – прямой и обратный – происходят очень быстро: достаточно в раствор с осадком AgCl добавить иодид калия и перемешать смесь, как почти сразу же весь белый хлорид серебра переходит в желтый иодид AgI; если же в раствор добавить бесцветный сульфид натрия, немедленно образуется черный сульфид серебра Ag2S.

Для подобных процессов тоже можно записать выражение константы равновесия. Эта константа носит название произведения растворимости (ПР). В общем виде для равновесия AxBy(тв) xAy+ + yBx+ ПР = [A]x[B]y. Таким образом, произведение концентраций ионов в насыщенном растворе, возведенных в соответствующие степени, представляет собой величину постоянную при данной температуре. По величине ПР ряда однотипных соединений (индексы x и y у них одинаковые) можно судить об их относительной растворимости: чем меньше ПР, тем меньше растворимость. Например, можно сравнивать растворимость (в единицах моль/л) для FeS и CuS, но нельзя сравнивать значения ПР для CuS и Ag2S (разные х).

Зная ПР, можно рассчитать растворимость S вещества. Так, для сульфата бария S = [Ba2+] = [SO42–] = = 1,05·10–5 моль/л, что в пересчете на массу BaSO4 составит 2,44·10–3 г/л. В случае x, y > 1 при расчетах приходится извлекать корни более высокой степени. Так, для CaF2 [Ca2+] = S, [F–] = 2S, ПР = [Ca2+][F–]2 = 4S3, для Ca3(PO4)2 ПР = (2S)2(3S)3 = 108S5 и т.д.

Поскольку при данной температуре ПР вещества постоянно, растворимость малорастворимого электролита уменьшается, если к его раствору добавить растворимый электролит, имеющий общий ион с малорастворимым электролитом. Например, если к насыщенному раствору СаСО3 (ПР = [Са2+][СО32–] добавить хорошо растворимый CaCl2, то в растворе появится очень много ионов Са2+, поэтому для постоянства ПР концентрация ионов СО32– должна сильно уменьшиться и равновесие СаСО3(тв) Ca2+ + CO32– сдвинется влево с образованием дополнительного количества осадка. То же произойдет, если к раствору добавить Na2CO3.

Из правила постоянства П. р. следует, что если произведение концентраций ионов в растворе превышает величину П. р., то выпадает осадок; в противном случае осадок не образуется. Это следствие позволяет регулировать содержание ионов в растворе при использовании процессов осаждения, растворения, а также высаливания, имеющих большое значение в аналитической химии и химической технологии. Так, при увеличении концентрации одного из ионов путём введения в раствор нового электролита с одноимённым катионом или анионом концентрация др. иона понижается за счёт выпадения части труднорастворимого электролита в осадок. Понижение растворимости происходит обычно лишь до некоторого минимального значения, после чего может наблюдаться вновь повышение растворимости из-за образования комплексных ионов или увеличения ионной силы раствора. Повышения растворимости можно достигнуть, связывая один из ионов в растворе, так что образуется др. ион, который не даёт малорастворимого соединения. Например, для перевода в раствор осадка СаСО3 ион связывают с помощью иона Н+ в слабо диссоциированный ион : ; концентрация ионов при этом уменьшается и осадок растворяется до тех пор, пока не будет достигнуто П. р. 32. Ионно-обменные реакции. Реакция нейтрализации.

Ионообменные реакции - это реакции между ионами, образовавшимися в результате диссоциации электролитов. Условия необратимости реакций ионного обмена:

1. Если образуется осадок (↓) (смотри таблицу растворимости)

Pb(NO₃)₂ + 2KI → PbI₂↓ + 2KNO₃; 2. Если выделяется газ (↑)

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

3. Если образуется малодиссоциированное вещество (H2O)

Ca(OH)₂ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2H₂O

4. Если образуются комплексные соединения (малодиссоциированные комплексные ионы) CuSO₄ • 5H₂O + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]SO₄ + 5H₂O

В тех случаях, когда нет ионов, которые могут связываться между собой с образованием осадка, газа, малодиссоциированных соединений (H2O) или комплексных ионов реакции обмена обратимы ↔.

Нейтрализация (франц. neutralisation, от лат. neuter — ни тот, ни другой), нейтрализации реакция, химическая реакция между веществом, имеющим свойства кислоты, и веществом, имеющим свойства основания, приводящая к потере характерных свойств обоих соединений. При Н. фиксируются свойства кислот, такие, как изменение под их воздействием окраски некоторых растворимых красителей-индикаторов (например, фиолетового лакмуса — в красный цвет), каталитическое действие на некоторые химические реакции (например, инверсия сахаров), растворяющее действие на активные металлы (Mg, Zn и др.), карбонаты и некоторые др. малорастворимые соединения, кислый вкус водных растворов, а также потеря всех этих свойств при реакциях с основаниями. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода (называемыми иначе ионами гидрония) и ионами гидроксила (см. Гидроксильная группа), содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях:

H₃O⁺ (или Н⁺×Н₂О) + ОН^- = 2Н₂О.

В результате концентрация каждого из этих ионов становится равной той, которая свойственна самой воде (около 10-7 г = ионов/л при комнатной температуре). При Н. слабой кислоты сильным основанием, например уксусной кислоты едким натром. Реакция до конца не идёт, является обратимой, и концентрация ионов гидроксила в растворе больше, чем в чистой воде (щелочная реакция раствора). При Н. слабого основания сильной кислотой реакция раствора становится кислой. Следовательно, в обоих последних случаях полная Н. не достигается и водородный показатель (pH) раствора лишь приближается к 7.

В неводных растворах с прототропными растворителями, т. е. такими, которые сами способны принимать или отдавать ионы водорода (протоны), Н. при взаимодействии кислоты и основания наступает тогда, когда концентрация сольватированных ионов водорода в растворе становится равной её концентрации в чистом растворителе. В растворах кислот и оснований непрототропного типа Н. наступает при достижении в реакции нейтрализации той концентрации катионов или анионов, которая свойственна чистому растворителю. Реакции нейтрализации применяются в химических производствах и при обработке отходов в др. производствах, а также в лабораторной практике, особенно в химическом анализе.