32. Диссоциация воды. Константа диссоциации, ионное произведение воды.

Вода - слабый электролит - диссоциирует, образуя ионы H+ и OH-. Эти ионы гидратированы, то есть, соединены с несколькими молекулами воды, но для простоты мы записывали их в негидратированной форме

H2O = H + OH

Запишем выражение для константы равновесия, опираясь на закон действия масс:

K = [H]•[OH]/[H2O]

Концентрацию воды, принято исключать из данного выражения, вследствие ее практически постоянного значения в разбавленных растворах. Получаем новую константу равновесия KН2О, которая называется ионным произведением воды:

KН2О = [H]•[OH]

При температуре 25ºС KН2О = 1•10-14 и остается постоянным в водных растворах кислот, щелочей, солей или других соединений.

KН2О = [H]•[OH] = 1•10-14

При повышении температуры ионное произведение воды сильно возрастает.

Полученное выражение применимо не только к чистой воде, но и к растворам.

Если осуществляется условие [H] = [OH], то раствор называется нейтральным, но обычно эти величины не совпадают, тогда при увеличении одного показателя, другой должен уменьшаться, так, чтобы их произведение оставалось постоянным (1•10-14).

Кислотно-основные свойства растворов определяются величиной концентрации ионов водорода или гидроксила. Мы уже знаем, что ионное произведение воды при определенной температуре постоянно, а [H] и [OH] — переменные, то по их величинам можно говорить о кислотности или щелочности раствора. При нейтральном характере раствора, т.е. [H] = [OH], получаем следующее:

[H] = [OH] = (KН2О)1/2 = (1•10-14)*1/2 = 10-7 М

Соотношение между количеством ионов [H] и [OH] определяет характер среды:

[H] =10-7= [OH] - нейтральная среда

[H] >10-7> [OH] - кислая среда

[H] <10-7< [OH] - щелочная среда.

33. Гидролиз солей. Механизм гидролиза.

Гидролиз солей – это химическая реакция ионного обмена между водой и растворённым в ней веществом с образованием слабого электролита.

В большинстве случаев гидролиз сопровождается изменением pH раствора.

Большинство реакций гидролиза - обратимы:

Pb(NO3)2 + H2O => Pb(OH)(NO3) + HNO3

Na2HPO4 + H2O => NaH2PO4 + NaOH

Некоторые реакции гидролиза протекают необратимо:

Al2S3 + 6H2O => 2Al(OH)3 + 3H2S↑

Причиной гидролиза является взаимодействие ионов соли с молекулами воды из гидратной оболочки с образованием малодиссоциированных соединений или ионов.

Способность солей подвергаться гидролизу зависит от некоторых факторов:

• свойств ионов, образующих соль;

• концентрации соли и продуктов реакции;

• температура.

Если соль образована сильным основанием и сильной кислотой, то гидролизу она не подвергается.

Если сильной кислотой и слабым основанием – кислая среда.

Если слабая кислота и сильное основание – щелочная среда.

Механизм гидролиза для разных типов соединений весьма различен. Так, гидролиз соединений, распадающихся в растворе на ионы, можно рассматривать как результат поляризационного взаимодействия ионов с их гидратной оболочкой. Характер и степень распада молекул гидратной оболочки зависят от природы катионов и анионов — чем сильнее поляризующее действие ионов, тем в большей степени протекает гидролиз.

В соответствии с последовательным усилением акцепторной способности катионов (увеличением их заряда и уменьшением размеров) возможны два случая:

• отсутствие заметного разложения молекул воды. Подобным образом ведут себя слабые акцепторы электронных пар — катионы щелочных и щелочно-земельных металлов.

• обратимое разложение молекул воды с образованием гидроксоаквакомплексов.

В зависимости от электронодонорной активности анионов возможны следующие случаи:

• отсутствие заметного разложения молекул воды: однозарядные анионы и прочие слабые доноры

• обратимое разложение молекул воды: доноры средней силы.

Суммарный эффект гидролиза определяется природой находящихся в растворе катионов и анионов.

1. Если соединение при ионизации в растворе образует катионы и анионы, которые слабо поляризуют гидратную оболочку, гидролиз практически не происходит и рН среды не изменяется.

Примеров нет, потому что нет гидролиза.

2. Если соединение при ионизации образует катионы, которые поляризуют молекулы гидратной оболочки, и анионы, слабо поляризующие их, то происходит гидролиз по катиону. При этом образуется кислая среда, например

Cu²⁺ + Н₂О = CuOH⁺ + Н⁺ CuCl₂ + Н₂О = CuOHCl + HCl

3. Если соединение при растворении ионизируется на слабополяризующие катионы и среднеполяризующие анионы, то происходит гидролиз по аниону и в результате гидролиза создается щелочная среда, например.

CO₃²⁻ + H₂O = HCO₃⁻ + OH⁻ Na₂CO₃ + Н₂О = NaHCO₃ + NaOH

4. Если соединение при ионизации образует среднеполяризующие катионы и анионы, то происходит гидролиз и по катиону, и по аниону. При этом обычно наблюдается гидролиз с образованием малорастворимых слабых оснований и слабых кислот:

2Al³⁺ + 3S²⁻ + 6Н₂О = 2Al(OH)₃(осадок) + ЗН₂S(газ) Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S

Большинство соединений неметаллов с неметаллами в воде необратимо гидролизируются на две кислоты.