9 Растворы

Растворами называются гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов и продуктов их взаимодействия. Растворение веществ в воде − это физико-химический процесс, при котором под влиянием молекул растворителя в растворенном веществе разрываются связи между частицами и образуются химические соединения растворяемого вещества и растворителя (сольваты и гидраты, если растворитель вода). Затем гидратированные частицы равномерно распределяются по всему объему раствора.

Растворение может быть как эндотермическим, так и экзотермическим процессом, поскольку разрушение структуры растворенного вещества происходит с поглощением определенного количества тепла (+Н), а взаимодействие растворителя с частицами растворенного вещества сопровождается выделением тепла (−Н). В зависимости от того, какие процессы преобладают при растворении, тепловой эффект процесса положительный или отрицательный.

Способность вещества растворяться в данном растворителе характеризуется растворимостью. Растворимостью называется число, показывающее, сколько граммов растворенного вещества может раствориться в 100 г растворителя при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы вещества, температуры, давления.

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ

Вещества, растворы которых полностью или частично состоят из ионов, называются электролитами. Распад молекул на ионы называется электролитической диссоциацией. При изучении этой темы необходимо обратить внимание на следующее:

1. Диссоциация двух и более основных кислот и двух и более кислотных оснований протекает ступенчато. Например:

Н₃РО₄  Н⁺ + Н₂РО₄^-

Н₂РО₄¯  Н⁺ + НРО₄^2-

НРО₄² ¯  Н⁺ + РО₄^3-

Ba(ОH)₂  BaOН⁺ + OH^-

BaOH⁺  Ba²⁺ + OH^-.

2. В соответствии с величиной степени электролитической диссоциации (ά) электролиты делятся на сильные, средней силы и слабые. У сильных электролитов ά больше 30 %, у слабых - до 3 %. К сильным электролитам относятся все растворимые соли, сильные кислоты (НСl, HNO₃, H₂SO₄), а также все растворимые основания (кроме NH₄ОН).

Слабые электролиты диссоциируют частично, процесс диссоциации является обратимым. Например:

СН₃СООН  CH₃ COO^¯ + Н⁺,

К слабым электролитам относятся следующие вещества:

Н₂О, NH₄OH, H₂S, H₂CO₃, HNO₂, CH₃COOH и др.

РЕАКЦИИ ОБМЕНА В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Реакции обмена в растворах электролитов протекают до конца, если образуются: осадки, газы, слабые электролиты, комплексные ионы.

При составлении ионных уравнений реакций обмена сильные электролиты записываются в виде ионов, слабые в виде молекул. К сильным электролитам относятся:

-основания, растворимые в воде (кроме NH₄OH);

-сильные кислоты (H₂SO₄, HCI, HCIО₄, HNO₃ и др.);

-соли, растворимые в воде.

Например:

1. Реакции с образованием осадков:

3СаС1₂ + 2К₃РО₄ = Са₃(РО₄)₂ ↓ +6НС1,

3Са²⁺ + 2РO₄^3- = Са₃(РO₄)₂↓

При записи ионов первым записывается катион.

2. Реакции с выделением газов:

СаS + H₂SO₄ = CаSO₄ + H₂S ↑,

CаS + 2H⁺ = Cа²⁺ + H₂S ↑.

3. Реакции, протекающие с образованием слабого электролита:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂ SO₄ + 2H₂О,

Н⁺ + ОН^- = Н₂О,

4. Реакции, протекающие с образованием комплексных ионов:

Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂ [Zn(OH)₄]

Zn(OH)₂ + 2 OH^- = [Zn(OH)₄] ^2- .

ИОННОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВОДЫ. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ рН

Вода - слабый электролит и диссоциирует по уравнению: Н₂О  H⁺ + OH^-

Произведение концентрации ионов водорода и ионов гидроксила называется ионным произведением воды. Это величина постоянная при постоянной температуре:

[Н⁺]  [ОН^-] = 10^-14 моль/л,

[Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7 моль/л,

отсюда:

[Н⁺] = 10^-7 моль/л - среда нейтральная,

[Н⁺] > 10^-7 моль/л - среда кислая,

[Н⁺] < 10^-7 моль/л - среда щелочная.

Отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода называется водородным показателем:

pН = − lg [Н⁺].

Тогда рН различных растворов будет иметь следующие значения: кислого рН< 7, нейтрального рН = 7, щелочного рН > 7.

ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

Гидролизом соли называется взаимодействие ионов растворенной соли с ионами воды, сопровождающееся изменением рН раствора. Гидролиз может происходить только тогда, когда из ионов соли и ионов воды образуются малодиссоциирующие вещества.

Следует запомнить:

1. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются.

N aCl + H₂O → (pH = 7).

2. Гидролиз солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием, протекает по катиону с образованием основных солей:

FeCl₃ + Н₂О  FeOHCl₂ + НС1,

Fe³⁺ + НОН  (FeOH)²⁺ + H⁺ (pH < 7),

3. Гидролиз солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой, протекает по аниону с образованием кислых солей:

Na₂CO₃ + Н₂О  NaHCO₃ + NaOH,

СО₃^2- + НОН  НСО₃^- + ОН^- (рН > 7).

4. Соли, образованные слабым основанием и слабыми кислотами, подвергаются полному гидролизу:

2AlCl₃+3Na₂S+6Н₂О = 2Al(OH)₃↓+3H₂S↑+6NaCl,

2Al ³⁺ + 3S^2- + 6Н₂О = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S ↑.