Автопротолиз воды

Основная статья: Ионное произведение воды

Наиболее важное значение имеет автопротолиз воды. Константа автопротолиза для воды обычно называется ионным произведением воды и обозначается как K_w. Ионное произведение численно равно произведению равновесных концентраций ионов гидроксония и гидроксид-анионов. Обычно используется упрощенная запись:

При стандартных условиях ионное произведение воды равно 10^-14. Оно является постоянной не только для чистой воды, но также и для разбавленных водных растворов веществ. Автопротолиз воды объясняет, почему чистая вода, хоть и плохо, но всё же проводит электрический ток.

На основе ионного произведения воды вычисляются водородный показатель и константа гидролиза солей, константа сольватации (произведение растворимости) - важнейшие характеристики равновесных процессов в растворах электролитов.

Вопрос № 15.

ГИДРОЛИЗ (от греч. hydor-вода и lysis - разложение, распад), обменная р-ция между в-вом и водой. Количественно гидролиз характеризуютконстантой гидролиза (константой равновесия р-ции гидролиза) К_Г и степенью, представляющей собой отношение числа частиц ионов илимолекул, подвергшихся гидролизу, к общему числу частиц, введенных в р-р. При и связаны друг с другом как константа и степень ионизации электролита , где с-концентрация р-ра в моль/л). При гидролизе солей образуются основания и к-ты. В большинстве случаев это обратимая р-ция. Необратимо гидролизуются соли, образованные катионом очень слабого основания и (или) анионом очень слабой к-ты, напр.:

Соли, образованные катионом сильного основания и анионом сильной к-ты (напр., LiClO₄, NaNO₃, KC1), в обычных условиях не гидролизуются и дляих водных р-ров рН7. Соли, образованные катионом сильного основания и анионом слабой к-ты (напр., CH₃COONa), гидролизуются по аниону. 

Благодаря образованию ионов ОН водные р-ры таких солей имеют щелочную р-цию (рН > 7). Соли слабых многоосновных к-т гидролизуются ступенчато, причем гидролиз по первой ступени всегда преобладает: 

При гидролизе нек-рых анионов (WO₄^2-, VO₄^3- и др.) образуются изополианионы (напр., W₃O₁₀^2- , V₂O₇^4-), молекулярная масса и состав к-рых зависят от условий р-ции.

Соли, образованные катионом слабого основания и анионом сильной к-ты (напр., А1С1₃), гидролизуются по катиону. В р-ции участвует толькокатион, обычно входящий в состав аквакомплекса:

Вследствие образования гидроксоний-ионов водные р-ры таких солей имеют кислую р-цию (рН < 7). Иногда процесс не заканчивается образованием одноядерного аквагидроксокомплекса, а идет дальше с образованием осадка гидроксо- или оксосоли (редко-гидроксида). При комнатной т-ре в большинстве случаев гидролиз протекает с образованием остающихся в р-ре многоядерных гидроксокомплексов, состав к-рых, как правило, зависит от условий р-ции. Напр., в водных р-рах, содержащих катионы Fe³⁺, Be²⁺, Sn²⁺, образуются комплексы [Fe₂(OH)₂]⁴⁺, [Ве_э(ОН)₃]³+, [Sn₃(OH)₄]²⁺ .

Соли, образованные катионом слабого основания и анионом слабой к-ты, напр. Сu(ООССН₃)₂, гидролизуются по катиону и по аниону. P-pbiтакихсолей имеют слабокислую или слабощелочную р-цию в зависимости от того, какой ион гидролизуется в большей степени.

Реакция гидролиза - необратимая химическая реакция взаимодействие ионов соли с водой с образованием малодиссоциирующих частиц (относится к протолитическим реакциям). Реакции гидролиза записывают в виде:

а) молекулярного уравнения: KNO2 + H2O ↔ KOH + HNO2

б) ионного уравнения:

NO2− + H2O ↔ HNO2 + OH−

NH4+ + H2O = NH4ОН + Н+ [образующийся ион водорода обусловливает кислотную среду раствора, т. е. (рН) < 7].

Уравнение реакции гидролиза соли (гидролиз иона) на примере FeCl3 выглядит как (FeCl3 = Fe3+ + 3Cl−)

атиону).

Гидролиз солей это реакции между составными частями воды и солей, сопровождающиеся образованием малодиссоциированных соединений. Гидролизу могут подвергаться не только соли, но и другие растворенные вещества (углеводы, белки, жиры, эфиры и т.д.). Реакция гидролиза часто сопровождается изменением рН раствора. Если вместо воды используется иной растворитель, то процесс носит название сольволиз.

Гидролизу подвергаются соли, являющиеся производными слабых кислот или оснований. Соли, образованные сильными кислотами и основаниями, гидролизу не подвергаются.

1)Гидролиз солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием (гидролиз по катиону).Для характеристики полноты протекания реакции используют понятие степень гидролиза (β) – отношение концентрации молекул, подвергшихся гидролизу (сгидр) к исходной концентрации растворенной соли (сисх):

(7.37)

Степень гидролиза зависит от: 1)химической природы ионов, составляющих соль; 2)концентрации соли; 3)температуры. Степень гидролиза увеличивается с уменьшением константы диссоциации слабой кислоты или основания, уменьшением концентрации соли и повышением температуры.

Гидролиз протекает в заметной степени только в разбавленных растворах, тогда следовательно,Это произведение называется константой гидролиза (Кг):

Из выражения (7.42) следует, что уменьшение силы основания ведет к увеличению константы гидролиза, а следовательно, и степени гидролиза.

Степень гидролиза увеличивается с уменьшением силы основания и концентрации соли. Повышение температуры сопровождается увеличением КW, что также ведет к росту β.

2)Гидролиз солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием (гидролиз по аниону).

где Ккислота – константа диссоциации слабой кислоты.

3)Гидролиз солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием (гидролиз по аниону и катиону)

Константа гидролиза в этом случае определяется константой диссоциации слабой кислоты и слабого основания:

Реакции гидролиза играют важную роль в природных и производственных процессах. В водоочистке для удаления грубодисперсных и коллоидных примесей используют осадки гидроксидов алюминия и железа, получаемые гидролизом сульфатов железа (FeSO4.7H2O; Fe2(SO4)3.9H2O), алюминия Al2(SO4)3.18H2O), или хлорида железа (FeCl3.6H2O). Для обеспечения полноты протекания гидролиза растворы подщелачивают. Важной стадией процесса пищеварения является гидролиз пищи в желудочно-кишечном тракте. Энергия в живых организмах запасается, в основном, в виде АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) и выделяется при ее гидролизе.

Алкалиметрия и ацидиметрия — важнейшие титриметрические методы определения кислот или же оснований, основанные на реакции нейтрализации:

Н+ + ОН− = Н2О

Титрование раствором щелочи называется алкалиметрией, а титрование раствором кислоты — ацидиметрией.

Вопрос № 16

Вопрос № 17

Лигандообразовательные реакции. Основные положения координационной теории Вернера. Комплексообразователь, лиганды, координационные числа, дентантность.

Комплексными соединениями называют такие вещества, молекула которых состоит из центрального атома (иона), связанного с определенным числом n других молекул (ионов), называемых лигандами.

Теория Вернера:

1. В каждой комплексной молекуле есть центральный атом комплексообразователь, которыми чаще всего бывают катионы металлов или атомы металлов.

2. Вокруг комплексообразователя координируются молекулы или ионы. Одни из них располагаются непосредственно около центрального атома и представляют собой внутреннюю сферу. Другие формируют внешнюю сферу.

3. Ионы или молекулы, занимающие внутреннюю сферу, называются лигандами.

4. Ионы, находящиеся во внешней сфере, связаны с комплексообразователем ионной связью. Поэтому в воде происходит их диссоциация.

Координационное число – число всех связей комплексообразователя со своимилигандами. Координатное число определяется зарядом, размерами, строение электрической конфигурации комплексообразователя и лиганда.

Названия комплексных соединений образуют, называя сначала анион в миенительном падеже, а затем катион в родительном падеже. В комплексном соединении сначала называют лиганды - ионы, давая им окончание «о», затем называют лиганды – нейтральные молекулы.

Пример: дигидроксотетрахромплатинат (IV) аммония.

Общая формула комплексных соединений: [M(L)_n]^z-nx, M^z+ - атом комплексообразователь, L^х- - лиганд.

В реакции комплексообразователя лиганды являются основаниями Льюиса. В ходе реакции комплексообразования происходит перенос электронной пары, т.е. образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму:

M^z+ +nL^x- = [M(L)_n]^z-nx

Дентатность – число донорных атомов лиганда, способных одновременно принимать участие в координации.

Лиганды, образующие только одну σ-связь с атомом –комплексообразователем, называют монодентатными. (Дентантность – от лат.имеющий зубы). Монодентантныелиганды могут «укусить» комплексообразователь только одним «зубом», т.е образовать одну связь. Координационное число комплексообразователя равно числу лигандов только в том случае, если все лигандымонодентанты.

Если 2 связи, то лиганды называются бидентантными. Аналогично тридентантные, тетрадентантные и полидентантныелиганды.

Вопрос № 18 Пространственное строение комплексных соединений. Классы комплексных соединений: внутрикомплексные, анионные, катионные нейтральные.

Геометрическая форма комплексных молекул и ионов описывается с помощью метода валентных связей. Пространственное строение комплекса определяется типом гибридизации атомныхорбиталей центрального атома. Для описания геометрии комплексных соединений пользуются понятием координационных полиэдров (многогранников). Координационным полиэдром называют многогранник.ю вершинами которого служат лиганды, связанные с центральным атомом-комплексообразователем. Число вершин равно координационному числу, а его ребрами являются отрезки прямых, попарно соединяющих лиганды.

Комплексы с координационным числом 4 имеют форму тетраэдра или плоскоквадратную форму. Тетраэдрическая конфигурация обуславливается sp³ – гибридизацией. Планарная квадратная – dsp².

Комплексы с координационным числом 6 имеют октаэдрическую конфигурацию, обусловленную d²sp³ – гибридизацией.

Комплекс имеет вид: [M(L)_n]^z-nx

Если z-nx> 0,то комплексная частица называется катионным комплексом.

Если z-nx<0, то это анионный комплекс.

Если x=0, то комплекс нейтрален.