- •Влияние температуры
- •Влияние концентрации
- •Ядро атома
- •Изотопы
- •Характерные кристаллические решётки
- •15. Растворы
- •Значение понятия
- •Понижение температуры кристаллизации растворов
- •[Править]Повышение температуры кипения растворов
- •19. Гидролиз
- •Степень гидролиза
- •20. Гидролиз солей многоосновных кислот и оснований
- •22. Понятие о протолизе
- •Вывод значения ионного произведения воды
- •Реакция ионного обмена — одна из видов химической реакции, характеризующаяся выделением в продукты реакции воды, газа илиосадка. Изображение реакций ионного обмена
- •Правила написания реакций двойного обмена
- •2. Если в результате реакции выделяется нерастворимое в воде вещество.
- •3. Если в результате реакции выделяется газообразное вещество.
- •Реакция нейтрализации
- •24. Виды окислительно-восстановительных реакций
- •[Править]Вывод уравнения Нернста
- •Первый закон Фарадея
- •Вывод закона Фарадея
- •Второй закон Фарадея
22. Понятие о протолизе
В настоящее время все большее распространение приобретает протонная теория, которая объясняет кислотные свойства кислот и оснований процессами протолиза (передачи протонов H+), протекающими между растворенным веществом и растворителем.
В соответствии с этой теорией одно вещество (HA) в функции кислоты (донора протонов) вступает в кислотно-оснoвное взаимодействие с другим веществом B−, выполняющим функции основания (акцептора протонов):
HA + B− A− + HB+
Продукты реакции - новое основание A− и новая кислота HB (сопряженные с реагентами HA и B−соответственно) также вступают в кислотно-основное взаимодействие между собой. Это делает реакциюобратимой и приводит всю систему в состояние протолитического равновесия. При этом растворитель(например вода) может выступать как в роли основания (тогда растворенное вещество выполняет функцию кислоты), так и в роли кислоты (тогда растворенное вещество выполняет функцию основания).
В чистой воде имеет место обратимая реакция автопротолиза:
H2O + H2O OH− + H3O+
Растворенные в воде вещества могут выполнять по отношению к ней функции кислоты или основания. Такие вещества называют протолитами в водном растворе. Если протолит HA (молекула или ион) - кислота, то обратимая реакция протолиза имеет вид:
HA + H2O A− + H3O+
В случае сильной кислоты протолиз протекает необратимо:
HA + H2O = A− + H3O+
Если протолит A− (молекула или ион) - основание, то обратимая реакция протолиза такова:
A− + H2O HA + OH−
Сильное основание подвергается необратимому протолизу:
A− + H2O = HA + OH−
Щелочи (сильные хорошо растворимые основания) в растворах подвергаются необратимой диссоциации, например:
NaOH−= Na+ + OH−
С ростом температуры и с разбавлением растворов равновесия протолитических реакций и существенно сдвигаются вправо, степень протолиза (определяемая аналогично степени диссоциации, см. выше) увеличивается.
Водоро́дный показа́тель, pH (произносится «пэ аш», английское произношение англ. pH — piː'eɪtʃ «Пи эйч») — мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентна концентрации) ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на литр:
Ио́нное произведе́ние воды́ — произведение концентраций ионов водорода Н+ и ионов гидроксида OH− в воде или в водныхрастворах, константа автопротолиза воды.
Вывод значения ионного произведения воды
Вода, хотя и является слабым электролитом, в небольшой степени диссоциирует:
H2O + H2O ↔ H3O+ + OH−
или
H2O ↔ H+ + OH−
Равновесие этой реакции сильно смещено влево. Константу диссоциации воды можно вычислить по формуле:
, |
(1) |
где:
[H+] — концентрация ионов гидроксония (протонов);
[OH−] — концентрация гидроксид-ионов;
[H2O] — концентрация воды (в молекулярной форме) в воде;
Концентрация воды в воде, учитывая её малую степень диссоциации, величина практически постоянная и составляет (1000 г/л)/(18 г/моль) = 55,56 моль/л.
При 25 °C константа диссоциации воды равна 1,8×10−16моль/л. Уравнение (1) можно переписать как:
, |
(2) |
Обозначим произведение K·[H2O] = Kв = 1,8×10−16 моль/л·55,56 моль/л = 10−14моль²/л² = [H+]·[OH−] (при 25 °C).
Константа Kв, равная произведению концентраций протонов и гидроксид-ионов, называется ионным произведением воды. Она является постоянной не только для чистой воды, но также и для разбавленных водных растворов веществ. C повышением температуры диссоциация воды увеличивается, следовательно, растёт и Kв, при понижении температуры — наоборот.
23. Реакции в растворах электролитов Электролиты – это вещества, растворы которых обладают ионной проводимостью. Поскольку электролиты в растворах образуют ионы, то для отражения сущности реакций часто используют так называемые ионные уравнения реакций. Написанием ионных уравнений подчёркивается тот факт, что, согласно теории диссоциации, в растворах происходят реакции не между молекулами, а между ионами. С точки зрения теории диссоциации при реакциях между ионами в растворах электролитов возможны два исхода: 1. Образующиеся вещества – сильные электролиты, хорошо растворимые в воде и полностью диссоциирующие на ионы. 2. Одно (или несколько) из образующихся веществ – газ, осадок или слабый электролит (хорошо растворимый в воде). Например, можно рассмотреть две реакции: 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2, (1) 2Al + 2KOH + 6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2. (2) В ионной форме уравнения (1) и (2) запишутся следующим образом: 2Al + 2Na+ + 2OH- + 6 H2O = 2Na+ + 2[Al(OH)4]- + 3H2, (3) 2Al + 2K+ + 2OH- + 6 H2O = 2K+ + 2[Al(OH)4]- + 3H2, (4) В данном случае алюминий не является электролитом, а молекула воды записывается в недиссоциированной форме потому, что является очень слабым электролитом. Неполярные молекулы водорода практически нерастворимы в воде и удаляются из сферы реакции. Одинаковые ионы в обеих частях уравнений (3), (4) можно сократить, и тогда эти уравнения преобразуются в одно сокращённое ионное уравнение взаимодействия алюминия с щелочами: 2Al + 2OH- + 6H2O = 2[Al(OH)4]- + 3H2. (5) Очевидно, что при взаимодействии алюминия с любой щелочью реакция будет описываться уравнением (5). Следовательно, ионное уравнение, в отличие от молекулярного, относится не к одной какой-нибудь реакции между конкретными веществами, а к целой группе аналогичных реакций. В этом его большая практическая ценность и значение, например благодаря этому широко используютсякачественные реакции на различные ионы. Так, при помощи ионов серебра Ag+ можно обнаружить присутствие в растворе ионов галогенов, а при помощи ионов галогенов можно обнаружить ионы серебра; при помощи ионов бария Ba2+ можно обнаружить ионы SO2- и наоборот. С учётом вышеизложенного можно сформулировать правило, которым удобно руководствоваться при изучении процессов, протекающих в растворах электролитов. Реакции между ионами в растворах электролитов идут практически до конца в сторону образования осадков, газов и слабых электролитов. Следовательно, реакции идут с образованием веществ с меньшей концентрацией ионов в растворе в соответствии с законом действующих масс. Скорость прямой реакции пропорциональна произведению концентраций ионов реагирующих компонентов, а скорость обратной реакции пропорциональна произведению концентраций ионов продуктов. Но при образовании газов, осадков и слабых электролитов ионы связываются (уходят из раствора) и скорость обратной реакции уменьшается.