Химические реакции (стр. 2 из 2)

Согласно протонной теории кислот и оснований, предложенной И. Бренстедом, кислотой называют вещество, отщепляющее при данной реакции протоны, а основанием – вещество, способное принимать протоны. Любая реакция отщепления протона выражается уравнением

кислота ® основание + H⁺.

На базе таких представлений понятными становятся основные свойства аммиака, который за счёт неподелённой пары электронов атома азота эффективно принимает протон при взаимодействии с кислотами, образуя за счёт донорно-акцепторной связи ион аммония:

HNO₃ + NH₃« NH⁺ + NO^-.

Возможно и ещё более общее определение кислот и оснований. Г. Льюис предположил, что кислотно-основные взаимодействия совсем необязательно происходят с переносом протона. В определении кислот и оснований по Льюису основная роль отводится участию электронных пар в химическом взаимодействии.

Катионы, анионы или нейтральные молекулы, способные принять одну или несколько пар электронов, называют кислотами Льюиса.

Так, например, фторид алюминия AlF₃ – кислота, способная принимать электронную пару при взаимодействии с аммиаком:

AlF₃ + :NH₃« [AlF₃]:[NH₃].

Катионы, анионы или нейтральные молекулы, способные отдавать электронные пары, называют основаниями Льюиса. В только что рассмотренном примере аммиак является основанием.

Определение Г. Льюиса охватывает все кислотно-основные процессы, рассмотренные ранее предложенными теориями.

5. Гидролиз солей

Солями называются соединения, образующие при диссоциации в водном растворе положительно заряженные ионы металлов и отрицательно заряженные ионы кислотных остатков, а иногда кроме них, ионы водорода и гидроксид-ионы, например:

Na₂SO₄« 2Na⁺ + SO^2-,

NaHSO₄« Na⁺ + HSO^-« Na⁺ + H⁺ + SO^2-,

Mg(OH)Cl « Mg(OH)⁺ + Cl^-« Mg²⁺ + OH^- + Cl^-.

В соответствии с данным определением соли делятся на средние (Na₂SO₄), кислые (NaHSO₄) и основные (Mg(OH)Cl).

Общеизвестно, что реакция чистой воды является нейтральной (pH = 7). Водные растворы кислот и оснований имеют соответственно кислую (pH < 7) и щелочную (pH > 7) реакцию. Практика, однако, показывает, что не только кислоты и основания, но и соли могут иметь щелочную или кислую реакцию – причиной этого является гидролиз солей.

Взаимодействие солей с водой, в результате которого образуются кислота (или кислая соль) и основание (или основная соль), называется гидролизом солей.

Причиной гидролиза является электролитическая диссоциация соответствующих солей и воды. Вода незначительно диссоциирует на ионы H⁺ и OH^-, но в процессе гидролиза один или оба из этих ионов могут связываться ионами, образующимися при диссоциации соли, в малодиссоциированные, летучие или труднорастворимые вещества. Рассмотрим гидролиз солей следующих основных типов:

1. Соли сильного основания исильной кислоты при растворении в воде (например, NaCl, CaCl₂, K₂SO₄) не гидролизуются, и раствор соли имеет нейтральную реакцию.

2. Соли сильного основания и слабой кислоты, например KClO, Na₂CO₃, CH₃COONa, NaCN, Na₂S, K₂SiO₃.

Запишем уравнение гидролиза ацетата натрия:

CH₃COONa + H₂O « CH₃COOH + NaOH.

В результате реакции образовался слабый электролит – уксусная кислота. В ионном виде этот процесс можно записать так:

CH₃COO^- + H₂O « CH₃COOH + OH^-.

Следовательно, раствор CH₃COONa будет проявлять щелочную реакцию.

При растворении солей многоосновных кислот гидролиз протекает ступенчато, например:

Na₂S + H₂O « NaHS + NaOH

или в ионной форме

S^2- + H₂O « HS^- + OH^-. (6)

Процесс (6) отражает гидролиз Na₂S по первой ступени. Чтобы гидролиз прошёл полностью, как правило, увеличивают температуру процесса:

HS^- + H₂O « H₂S + OH^-.

Таким образом, при растворении в воде соли сильного основания и слабой кислоты раствор приобретает щелочную реакцию вследствие гидролиза.

3. Соли слабого основания и сильной кислоты, например Al₂(SO₄)₃, FeCl₂, CuBr₂, NH₄Cl.

Рассмотрим гидролиз хлорида железа (II):

FeCl₂ + H₂O « Fe(OH)Cl + HCl. (7)

В ионном виде этот процесс можно записать так:

Fe²⁺ + H₂O « Fe(OH)⁺ + H⁺. (8)

По второй ступени гидролиз протекает следующим образом:

Fe(OH)⁺ + H₂O « Fe(OH)₂ + H⁺. (9)

Из реакций (7)-(9) ясно, что в результате гидролиза солей слабого основания и сильной кислоты раствор приобретает кислую реакцию.

4. Соли слабого основания и слабой кислоты, например Al₂S₃, Cr₂S₃, CH₃COONH₄, (NH₄)₂CO₃. При растворении в воде таких солей образуются малодиссоциирующие кислота и основание:

CH₃COONH₄ + H₂O « CH₃COOH + NH₄OH

или в ионном виде:

CH₃COO^- + NH⁺ + H₂O « CH₃COOH + NH₄OH.

Реакция среды в растворах подобных солей зависит от относительной силы кислоты и основания. Другими словами, водные растворы таких солей могут иметь нейтральную, кислую или щелочную реакцию в зависимости от констант диссоциации образующихся кислот и оснований.

Так, при гидролизе CH₃COONH₄ реакция раствора будет слабощелочной, поскольку константа диссоциации гидроксида аммония (K = 6,3 * 10^-5) больше константы диссоциации уксусной кислоты (K = 1,75 * 10^-5).

Список литературы

1. Кузьменко Н. Е., Еремин В. В., Попков В. А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы: В 2 т. М.: 1-я Федерат. книготорг. компания, 1998.

2. Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы. М.: Высшая школа, 1988.

3. Фримантл М. Химия в действии: В 2 ч. М.: Мир, 1991.