Полная ионная форма. Ионные уравнения
Реакции ионного обмена — реакции в водных растворах между электролитами, протекающие без изменений степеней окисления образующих их элементов
Необходимым условием протекания реакции между электролитами (солями, кислотами и основаниями) является образование малодиссоциирующего вещества (вода, слабая кислота, гидроксид аммония), осадка или газа.
Расcмотрим реакцию, в результате которой образуется вода. К таким реакциям относятся все реакции между любой кислотой и любым основанием. Например, взаимодействие азотной кислоты с гидроксидом калия:
HNO 3 + KOH = KNO 3 + H 2 O (1)
Исходные вещества, т.е. азотная кислота и гидроксид калия, а также один из продуктов, а именно нитрат калия, являются сильными электролитами, т.е. в водном растворе они существуют практически только в виде ионов. Образовавшаяся вода относится к слабым электролитам, т.е. практически не распадается на ионы. Таким образом, более точно переписать уравнение выше можно, указав реальное состояние веществ в водном растворе, т.е. в виде ионов:
H + + NO 3 − + K + + OH ‑ = K + + NO 3 − + H 2 O (2)
Как можно заметить из уравнения (2), что до реакции, что после в растворе находятся ионы NO 3 − и K + . Другими словами, по сути, нитрат-ионы и ионы калия никак не участвовали в реакции. Реакция произошла только благодаря объединению частиц H + и OH − в молекулы воды. Таким образом, произведя алгебраически сокращение одинаковых ионов в уравнении (2):
H + + NO 3 − + K + + OH ‑ = K + + NO 3 − + H 2 O
мы получим:
H + + OH ‑ = H 2 O (3)
Уравнения вида (3) называют сокращенными ионными уравнениями , вида (2) — полными ионными уравнениями , а вида (1) — молекулярными уравнениями реакций .
Фактически ионное уравнение реакции максимально отражает ее суть, именно то, благодаря чему становится возможным ее протекание. Следует отметить, что одному сокращенному ионному уравнению могут соответствовать множество различных реакций. Действительно, если взять, к примеру, не азотную кислоту, а соляную, а вместо гидроксида калия использовать, скажем, гидроксид бария, мы имеем следующее молекулярное уравнение реакции:
2HCl+ Ba(OH) 2 = BaCl 2 + 2H 2 O
Соляная кислота, гидроксид бария и хлорид бария являются сильными электролитами, то есть существуют в растворе преимущественно в виде ионов. Вода, как уже обсуждалось выше, – слабый электролит, то есть существует в растворе практически только в виде молекул. Таким образом, полное ионное уравнение данной реакции будет выглядеть следующим образом:
2H + + 2Cl − + Ba 2+ + 2OH − = Ba 2+ + 2Cl − + 2H 2 O
Сократим одинаковые ионы слева и справа и получим:
2H + + 2OH − = 2H 2 O
Разделив и левую и правую часть на 2, получим:
H + + OH − = H 2 O,
Полученное сокращенное ионное уравнение полностью совпадает с сокращенными ионным уравнением взаимодействия азотной кислоты и гидроксида калия.
При составлении ионных уравнений в виде ионов записывают только формулы:
1) сильных кислот (HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HNO 3 , HClO 4) (список сильных кислот надо выучить!)
2) сильных оснований (гидроксиды щелочных (ЩМ) и щелочно-земельных металлов(ЩЗМ))
3) растворимых солей
В молекулярном виде записывают формулы:
1) Воды H 2 O
2) Слабых кислот (H 2 S, H 2 CO 3 , HF, HCN, CH 3 COOH (и др. практически все органические))
3) Слабых оcнований (NH 4 OH и практически все гидроксиды металлов кроме ЩМ и ЩЗМ
4) Малорастворимых солей (↓) («М» или «Н» в таблице растворимости).
5) Оксидов (и др. веществ, не являющихся электролитами)
Попробуем записать уравнение между гидроксидом железа (III) и серной кислотой. В молекулярном виде уравнение их взаимодействия записывается следующим образом:
2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O
Гидроксиду железа (III) соответствует в таблице растворимости обозначение «Н», что говорит нам о его нерастворимости, т.е. в ионном уравнении его надо записывать целиком, т.е. как Fe(OH) 3 . Серная кислота растворима и относится к сильным электролитам, то есть существует в растворе преимущественно в продиссоциированном состоянии. Сульфат железа (III), как и практически все другие соли, относится к сильным электролитам, и, поскольку он растворим в воде, в ионном уравнении его нужно писать в виде ионов. Учитывая все вышесказанное, получаем полное ионное уравнение следующего вида:
2Fe(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2- = 2Fe 3+ + 3SO 4 2- + 6H 2 O
Сократив сульфат-ионы слева и справа, получаем:
2Fe(OH) 3 + 6H + = 2Fe 3+ + 6H 2 O
разделив обе части уравнения на 2 получаем сокращенное ионное уравнение:
Fe(OH) 3 + 3H + = Fe 3+ + 3H 2 O
Теперь давайте рассмотрим реакцию ионного обмена, в результате которой образуется осадок. Например, взаимодействие двух растворимых солей:
Все три соли – карбонат натрия, хлорид кальция, хлорид натрия и карбонат кальция (да-да, и он тоже) – относятся к сильным электролитам и все, кроме карбоната кальция, растворимы в воде, т.е. есть участвуют в данной реакции в виде ионов:
2Na + + CO 3 2- + Ca 2+ + 2Cl − = CaCO 3 ↓+ 2Na + + 2Cl −
Сократив одинаковые ионы слева и справа в данном уравнении, получим сокращенное ионное:
CO 3 2- + Ca 2+ = CaCO 3 ↓
Последнее уравнение отображает причину взаимодействия растворов карбоната натрия и хлорида кальция. Ионы кальция и карбонат-ионы объединяются в нейтральные молекулы карбоната кальция, которые, соединяясь друг с другом, порождают мелкие кристаллы осадка CaCO 3 ионного строения.
|
Примечание важное для сдачи ЕГЭ по химии Чтобы реакция соли1 с солью2 протекала, помимо базовых требований к протеканиям ионных реакций (газ, осадок или вода в продуктах реакции), на такие реакции накладывается еще одно требование – исходные соли должны быть растворимы. То есть, например, CuS + Fe(NO 3) 2 ≠ FeS + Cu(NO 3) 2 реакция не идет, хотя FeS – потенциально мог бы дать осадок, т.к. нерастворим. Причина того что реакция не идет – нерастворимость одной из исходных солей (CuS). А вот, например, Na 2 CO 3 + CaCl 2 = CaCO 3 ↓+ 2NaCl протекает, так как карбонат кальция нерастворим и исходные соли растворимы. То же самое касается взаимодействия солей с основаниями. Помимо базовых требований к протеканию реакций ионного обмена, для того чтобы соль с основанием реагировали необходима растворимость их обоих. Таким образом: Cu(OH) 2 + Na 2 S – не протекает, т.к. Cu(OH) 2 нерастворим, хотя потенциальный продукт CuS был бы осадком. А вот реакция между NaOH и Cu(NO 3) 2 протекает, так оба исходных вещества растворимы и дают осадок Cu(OH) 2: 2NaOH + Cu(NO 3) 2 = Cu(OH) 2 ↓+ 2NaNO 3 Внимание! Ни в коем случае не распространяйте требование растворимости исходных веществ дальше реакций соль1+ соль2 и соль + основание. Например, с кислотами выполнение этого требования не обязательно. В частности, все растворимые кислоты прекрасно реагируют со всеми карбонатами, в том числе нерастворимыми. Другими словами: 1)Соль1+ соль2 — реакция идет если исходные соли растворимы, а в продуктах есть осадок 2) Соль + гидроксид металла – реакция идет, если в исходные вещества растворимы и в продуктах есть садок или гидроксид аммония. |
Рассмотрим третье условие протекания реакций ионного обмена – образование газа. Строго говоря, только в результате ионного обмена образование газа возможно лишь в редких случаях, например, при образовании газообразного сероводорода:
K 2 S + 2HBr = 2KBr + H 2 S
В большинстве же остальных случаев газ образуется в результате разложения одного из продуктов реакции ионного обмена. Например, нужно точно знать в рамках ЕГЭ, что с образованием газа в виду неустойчивости разлагаются такие продукты, как H 2 CO 3 , NH 4 OH и H 2 SO 3:
H 2 CO 3 = H 2 O + CO 2
NH 4 OH = H 2 O + NH 3
H 2 SO 3 = H 2 O + SO 2
Другими словами, если в результате ионного обмена образуются угольная кислота, гидроксид аммония или сернистая кислота, реакция ионного обмена протекает благодаря образованию газообразного продукта:
Запишем ионные уравнения для всех указанных выше реакций, приводящих к образованию газов. 1) Для реакции:
K 2 S + 2HBr = 2KBr + H 2 S
В ионном виде будут записываться сульфид калия и бромид калия, т.к. являются растворимыми солями, а также бромоводородная кислота, т.к. относится к сильным кислотам. Сероводород же, являясь малорастворимым и плохо диссоциирцющим на ионы газом, запишется в молекулярном виде:
2K + + S 2- + 2H + + 2Br — = 2K + + 2Br — + H 2 S
Сократив одинаковые ионы получаем:
S 2- + 2H + = H 2 S
2) Для уравнения:
Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + CO 2
В ионном виде запишутся Na 2 CO 3 , Na 2 SO 4 как хорошо растворимые соли и H 2 SO 4 как сильная кислота. Вода является малодиссоциирующим веществом, а CO 2 и вовсе неэлектролит, поэтому их формулы будут записываться в молекулярном виде:
2Na + + CO 3 2- + 2H + + SO 4 2- = 2Na + + SO 4 2 + H 2 O + CO 2
CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2
3) для уравнения:
NH 4 NO 3 + KOH = KNO 3 + H 2 O + NH 3
Молекулы воды и аммиака запишутся целиком, а NH 4 NO 3 , KNO 3 и KOH запишутся в ионном виде, т.к. все нитраты являются хорошо растворимыми солями, а KOH является гидроксидом щелочного металла, т.е. сильным основанием:
NH 4 + + NO 3 − + K + + OH − = K + + NO 3 − + H 2 O + NH 3
NH 4 + + OH − = H 2 O + NH 3
Для уравнения:
Na 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + SO 2
Полное и сокращенное уравнение будут иметь вид:
2Na + + SO 3 2- + 2H + + 2Cl − = 2Na + + 2Cl − + H 2 O + SO 2
>> Химия: Ионные уравнения
Ионные уравнения
Как вам уже известно из предыдущих уроков химии, большая часть химических реакций происходит в растворах. А так как все растворы электролитов включают ионы, то можно говорить о том, что реакции в растворах электролитов сводятся к реакциям между ионами.
Вот такие реакции, которые происходят между ионами, носят название ионных реакций. А ионные уравнения – это, как раз и есть уравнения этих реакций.
Как правило, ионные уравнения реакций получают из молекулярных уравнений, но это происходит при соблюдении таких правил:
Во-первых, формулы слабых электролитов, а также нерастворимых и малорастворимых веществ, газов, оксидов и т.д. в виде ионов не записывают, исключением из этого правила является ион HSO−4, и то в разбавленном виде.
Во-вторых, в виде ионов, как правило, представляют формулы сильных кислот, щелочей, а также растворимых в воде солей. Так же следует отметить, что такая формула, как Са(ОН)2 представлена в виде ионов, в том случае, если используется известковая вода. Если же используется известковое молоко, которое содержит нерастворимые частицы Ca(OH)2, то формула в виде ионов, также не записывается.
При составлении ионных уравнений, как правило, используют полное ионное и сокращенное, то есть краткое ионное уравнения реакции. Если рассматривать ионное уравнение, которое имеет сокращенный вид, то в нем мы не наблюдаем ионов, то есть они отсутствуют обеих частях полного ионного уравнения.
Давайте рассмотрим на примерах, как записываются молекулярные, полные и сокращенные ионные уравнения:
Поэтому следует помнить, что формулы веществ, которые не распадаются, а также нерастворимые и газообразные, при составлении ионных уравнений принято записывать в молекулярном виде.
Также, следует помнить, что в том случае, если вещество выпадает в осадок, то рядом с такой формулой изображают направленную вниз стрелку (↓). Ну, а в том случае, когда в ходе реакции выделяется газообразное вещество, то рядом с формулой должен стоять такой значок, как стрелка направленная вверх ().
Давайте более подробно рассмотрим на примере. Если у нас есть раствор сульфата натрия Na2SO4, и мы к нему добавим раствор хлорида бария ВаСl2 (рис. 132), то увидим, что у нас образовался белый осадок сульфата бария BaSO4.
Посмотрите внимательно на изображение, на котором показано взаимодействие сульфата натрия и хлорида бария:
Теперь давайте запишем молекулярное уравнение реакции:
Ну, а сейчас давайте перепишем это уравнение, где будут изображены сильные электролиты в виде ионов, а реакции, которые уходят из сферы, представлены в виде молекул:
Перед нами записано полное ионное уравнение реакции.
Теперь попробуем убрать из одной м другой части равенства одинаковые ионы, то есть, те ионы, которые не принимают участия в реакции 2Na+ и 2Сl, то у нас получится сокращённое ионное уравнение реакции, которое будет иметь такой вид:
Из этого уравнения мы видим что вся сущность данной реакции сводится к взаимодействию ионов бария Ва2+ и сульфат-ионов
и что в результате образуется осадок BaSO4, даже не зависимо от того, в состав каких электролитов входили эти ионы до реакции.
Как решать ионные уравнения
И напоследок, давайте подведем итоги нашего урока и определим, как же нужно решать ионные уравнения. Мы с вами уже знаем, что все реакции, которые происходят в растворах электролитов между ионами, являются ионными реакциями. Эти реакции принято решать или описывать с помощью ионных уравнений.
Также, следует помнить, что все те соединения, которые относятся к летучим, трудно растворимым или малодиссоциированным, находят решение в молекулярной форме. Также, следует не забывать, что в том случае, когда при взаимодействии растворов электролитов не образуется ни одного из вышеперечисленных видов соединения, то это означает, что реакции практически не протекают.
Правила решения ионных уравнений
Для наглядного примера возьмем такое образование труднорастворимого соединения, как:
Nа2SО4 + ВаСl2 = ВаSО4 + 2NаСl
В ионном виде это выражение будет иметь вид:
2Nа+ +SО42- + Ва2+ + 2Сl- = BаSО4 + 2Nа+ + 2Сl-
Так как мы с вами наблюдаем, что в реакцию вступили лишь ионы бария и сульфат-ионы, а остальные ионы не прореагировали и их состояние осталось прежним. Из этого следует, что мы можем это уравнение упростить и записать в сокращенном виде:
Ва2+ + SО42- = ВаSО4
Теперь вспомним, что нам следует предпринять при решении ионных уравнений:
Во-первых, необходимо исключить из обеих частей уравнения одинаковые ионы;
Во-вторых, не следует забывать о том, что сумма электрических зарядов уравнения должна быть одинаковой, и в его правой части, и также в левой.
11. Электролитическая диссоциация. Ионные уравнения реакций
11.5. Ионные уравнения реакций
Поскольку в водных растворах электролиты распадаются на ионы, можно утверждать, что реакции в водных растворах электролитов - это реакции между ионами. Такие реакции могут протекать как с изменением степени окисления атомов:
Fe 0 + 2 H + 1 Сl = Fe + 2 Сl 2 + H 0 2
так и без изменения:
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
В общем случае реакции между ионами в растворах называются ионными , а если они являются обменными, то реакциями ионного обмена . Реакции ионного обмена протекают только в том случае, когда образуются вещества, которые покидают сферу реакции в виде: а) слабого электролита (например, воды, уксусной кислоты); б) газа (CO 2 , SO 2); в) труднорастворимого вещества (осадка). Формулы труднорастворимых веществ определяются по таблице растворимости (AgCl, BаSO 4 , H 2 SiO 3 , Mg(OH) 2 , Cu(OH) 2 т.д.). Формулы газов и слабых электролитов нужно запомнить. Отметим, что слабые электролиты могут быть хорошо растворимы в воде: например, CH 3 COOH, H 3 PO 4 , HNO 2 .
Сущность реакций ионного обмена отражают ионные уравнения реакций , которые получают из молекулярных уравнений с соблюдением следующих правил:
1) в виде ионов не записывают формулы слабых электролитов, нерастворимых и малорастворимых веществ, газов, оксидов, гидроанионов слабых кислот (HS − , НSО 3 − , НСО 3 − , Н 2 РО 4 − , НРО 4 2 − ; исключение - ион HSO 4 − в разбавленном растворе); гидроксокатионов слабых оснований (MgOH + , CuOH +); комплексных ионов ( 3− , 2− , 2−);
2) в виде ионов представляют формулы сильных кислот, щелочей, растворимых в воде солей. Формулу Са(ОН) 2 представляют в виде ионов, если используется известковая вода, но не записывают в виде ионов в случае известкового молока, содержащего нерастворимые частицы Ca(OH) 2 .
Различают полное ионное и сокращенное (краткое ) ионное уравнения реакции. В сокращенном ионном уравнении отсутствуют ионы, представленные в обеих частях полного ионного уравнения. Примеры записи молекулярного, полного ионного и сокращенного ионного уравнений:
- NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2 - молекулярное,
Na + + HCO 3 − + H + + Cl − = Na + + Cl − + H 2 O + CO 2 - полное ионное,
HCO 3 − + H + = H 2 O + CO 2 - сокращенное ионное;
- BaCl 2 + K 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2KCl - молекулярное,
Ba 2 + + 2 Cl − + 2 K + + SO 4 2 − = BaSO 4 ↓ + 2 K + + 2 Cl − - полное ионное,
Ba 2 + + SO 4 2 − = BaSO 4 ↓ - сокращенное ионное.
Иногда полное ионное и сокращенное ионное уравнения совпадают:
Ba(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2H 2 O
Ba 2+ + 2OH − + 2H + + SO 4 2 − = BaSO 4 ↓ + 2H 2 O,
а для некоторых реакций ионное уравнение вообще нельзя составить:
3Mg(OH) 2 + 3H 3 PO 4 = Mg 3 (PO 4) 2 ↓ + 6H 2 O
Пример 11.5. Укажите пару ионов, которые могут присутствовать в полном ионно-молекулярном уравнении, если ему соответствует сокращенное ионно-молекулярное уравнение
Ca 2 + + SO 4 2 − = CaSO 4 .
1) SO 3 2 − и H + ; 3) CO 3 2 − и K + ;2) HCO 3 − и K + ; 4) Cl − и Pb 2+ .
Решение. Правильным является ответ 2):
Ca 2 + + 2 HCO 3 − + 2 K + + SO 4 2 − = CaSO 4 ↓ + 2 HCO 3 − + 2 K + (соль Ca(HCO 3) 2 растворимая) или Ca 2+ + SO 4 2 − = CaSO 4 .
Для других случаев имеем:
1) CaSO 3 + 2H + + SO 4 2 − = CaSO 4 ↓ + H 2 O + SO 2 ;
3) CaCO 3 + 2K + + SO 4 2 − (реакция не протекает);
4) Ca 2+ + 2Cl − + PbSO 4 (реакция не протекает).
Ответ : 2).
Вещества (ионы), которые в водном растворе реагируют между собой (т.е. взаимодействие между ними сопровождается образованием осадка, газа или слабого электролита), совместно существовать в водном растворе в значительных количествах не могут
Таблица 11.2
Примеры пар ионов, не существующих совместно в значительных количествах в водном растворе
Пример 11.6. Укажите в этом ряду: HSO 3 − , Na + , Cl − , CH 3 COO − , Zn 2+ - формулы ионов, которые не могут в значительных количествах присутствовать: а) в кислой среде; б) в щелочной среде.
Решение. а) В кислой среде, т.е. совместно с ионами H + , не могут присутствовать анионы HSO 3 − и CH 3 COO − , так как они реагируют с катионами водорода, образуя слабый электролит или газ:
СН 3 СОО − + Н + ⇄ СН 3 СООН
HSO 3 − + H + ⇄ H 2 O + SO 2
б) в щелочной среде не могут присутствовать ионы HSO 3 − и Zn 2+ , так как они реагируют с гидроксид-ионами с образованием либо слабого электролита, либо осадка:
HSO 3 − + OH − ⇄ H 2 O + SO 3 2 −
Zn 2+ + 2OH– = Zn(OH) 2 ↓.
Ответ : а) HSO 3 − и CH 3 COO − ; б) HSO 3 − и Zn 2+ .
Остатки кислых солей слабых кислот не могут в значительных количествах присутствовать ни в кислой, ни в щелочной среде, потому что в обоих случаях образуется слабый электролит
То же можно сказать об остатках основных солей, содержащих гидроксогруппу:
CuOH + + OH − = Cu(OH) 2 ↓
Большинство химических реакций протекает в растворах. Растворы электролитов содержат ионы, поэтому реакции и растворах электролитов фактически сводятся к реакциям между ионами.
Реакции между ионами называют ионными реакциями, а уравнения таких реакций - ионными уравнениями.
При составлении ионных уравнении следует руководствоваться тем, что формулы веществ малодиссоциирующих, нерастворимых и газообразных записываются в молекулярном виде.
Белое вещество выпадает в осадок, то рядом с его формулой ставят стрелку, направленную вниз, а если в ходе реакции выделяется газообразное вещество, то рядом с его формулой ставят стрелку, направленную вверх.
Перепишем это уравнение, изобразив сильные электролиты в виде ионов, а уходящие из сферы реакции - в виде молекул:
Мы записали, таким образом, полное ионное уравнение реакции.
Если исключить из обеих частей равенства одинаковые ионы, то есть не участвующие в реакции в левой и правой часто уравнения), то получим сокращенное ионное уравнение реакции:
Таким образом, сокращенные ионные уравнения представляют собой уравнения в общем виде, которые характеризуют сущность химической реакции показывают, какие ионы реагируют и какое вещество образуется в результате.
Реакции ионного обмена протекают до конца в тех случаях, когда образуется или осадок, или малодиссоциирующее вещество, например вода. Беля к раствору гидроксида натрия, окрашенного фенолфталеином в малиновый цвет, прилить избыток раствора азотной кислоты, то раствор обесцветится, что послужит сигналом протекания химической реакции:
Оно показывает, что взаимодействие сильной кислоты и щелочи сводится к взаимодействию ионов Н+ и ионов ОН -, в результате которого образуется малодиссоцвирующее вещество - вода.
Указанная реакция взаимодействия сильной кислоты со щелочью называется реакцией нейтрализации. Это частный случай реакции обмена.
Подобная реакция обмена может протекать не только между кислотами и щелочами, но и между кислотами и нерастворимыми основаниями. Например, если получить голубой осадок нерастворимого гидроксида меди (II) взаимодействием сульфата меди II со щелочью:
а затем поделить полученный осадок на три части и прилить к осадку в первой пробирке раствор серной кислоты, к осадку во второй пробирке раствор соляной кислоты, а к осадку в третьей пробирке раствор азотной кислоты, то во всех трех пробирках осадок растворится. Это будет означать, что во всех случаях прошла химическая реакция, суть которой и отражена с помощью одного и того же ионного уравнения.
Чтобы в этом убедиться, запишите молекулярные, полные и сокращенные ионные уравнения приведенных реакций.
Рассмотрим ионные реакции, которые протекают с образованием газа. В две пробирки нальем по 2 мл растворов карбоната натрия и карбоната калия. Затем в первую прильем раствор соляной, а во вторую - азотной кислоты. В обоих случаях мы заметим характерное "вскипание" из-за выделяющегося углекислого газа. Запишем уравнения реакций для первого случая:
Реакции, протекающие в растворах электролитов, эапис каются с помощью ионных уравнений. Эти реакции называл реакциями ионного обмена, так как в растворах электролиты обмениваются своими ионами. Таким образом, можно сделать два вывода.
1. Реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами, а потому изображаются в виде ионных уравнений.
Они проще молекулярных и носят более общий характер.
2. Реакции ионного обмена в растворах электролитов практически необратимо протекают только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество.
7. Комплексные соединения
При растворении в воде не все вещества имеют способность проводить электрический ток. Те соединения, водные растворы которых способны проводить электрический ток называются электролитами . Электролиты проводят ток за счет так называемой ионной проводимости, которой обладают многие соединения с ионным строением (соли, кислоты, основания). Существуют вещества, имеющие сильнополярные связи, но в растворе при этом подвергаются неполной ионизации (например, хлорид ртути II) – это слабые электролиты. Многие органические соединения (углеводы, спирты), растворенные воде, не распадаются на ионы, а сохраняют свое молекулярное строение. Такие вещества электрический ток не проводят и называются неэлектролитами .
Приведем некоторые закономерности, руководствуясь которыми можно определить к сильным или слабым электролитам относится то или иное соединение:
- Кислоты . К сильным кислотам из наиболее распространенных относятся HCl, HBr, HI, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 . Почти все остальные кислоты – слабые электролиты.
- Основания . Наиболее распространенные сильные основания – гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (исключая Be). Слабый электролит – NH 3 .
- Соли. Большинство распространенных солей – ионных соединений, — электролиты сильные. Исключения составляют, в основном, соли тяжелых металлов.
Теория электролитической диссоциации
Электролиты, как сильные, так и слабые и даже очень сильно разбавленные не подчиняются закону Рауля и . Имея способность к электропроводности, значения давления пара растворителя и температуры плавления растворов электролитов будут более низкими, а температуры кипения более высокими по сравнению с аналогичными значениями чистого растворителя. В 1887 г С. Аррениус, изучая эти отклонения, пришел к созданию теории электролитической диссоциации.
Электролитическая диссоциация предполагает, что молекулы электролита в растворе распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы, которые названы соответственно катионами и анионами.
Теория выдвигает следующие постулаты:
- В растворах электролиты распадаются на ионы, т.е. диссоциируют. Чем более разбавлен раствор электролита, тем больше его степень диссоциации.
- Диссоциация — явление обратимое и равновесное.
- Молекулы растворителя бесконечно слабо взаимодействуют (т.е. растворы близки к идеальным).
Разные электролиты имеют различную степень диссоциации, которая зависит не только от природы самого электролита, но природы растворителя, а также концентрации электролита и температуры.
Степень диссоциации α , показывает какое число молекул n распалось на ионы, по сравнению с общим числом растворенных молекул N :
α = n/ N
При отсутствии диссоциации α = 0, при полной диссоциации электролита α = 1.
С точки зрения степени диссоциации, по силе электролиты делятся на сильные (α > 0,7), средней силы (0,3 > α > 0,7), слабые (α < 0,3).
Более точно процесс диссоциации электролита характеризует константа диссоциации , не зависящая от концентрации раствора. Если представить процесс диссоциации электролита в общем виде:
A a B b ↔ aA — + bB +
K = a · b /
Для слабых электролитов концентрация каждого иона равна произведению α на общую концентрацию электролита С таким образом, выражение для константы диссоциации можно преобразовать:
K = α 2 C/(1-α)
Для разбавленных растворов (1-α) =1, тогда
K = α 2 C
Отсюда нетрудно найти степень диссоциации
Ионно–молекулярные уравнения
Рассмотрим пример нейтрализации сильной кислоты сильным основанием, например:
HCl + NaOH = NaCl + HOH
Процесс представлен в виде молекулярного уравнения . Известно, что как исходные вещества, так и продукты реакции в растворе полностью ионизированы. Поэтому представим процесс в виде полного ионного уравнения :
H + + Cl — +Na + + OH — = Na + + Cl — + HOH
После «сокращения» одинаковых ионов в левой и правой частях уравнения получаем сокращенное ионное уравнение:
H + + OH — = HOH
Мы видим, что процесс нейтрализации сводится к соединению H + и OH — и образованию воды.
При составлении ионных уравнений следует помнить, что в ионном виде записываются только сильные электролиты. Слабые электролиты, твердые вещества и газы записываются в их молекулярном виде.
Процесс осаждения сводится к взаимодействию только Ag + и I — и образованию нерастворимого в воде AgI.
Чтобы узнать способно ли интересующее нас вещество растворяться в воде, необходимо воспользоваться таблицей нерастворимости.
Рассмотрим третий тип реакций, в результате которой образуется летучее соединение. Это реакции взаимодействия карбонатов, сульфитов или сульфидов с кислотами. Например,
При смешении некоторых растворов ионных соединений, взаимодействия между ними может и не происходить, например
Итак, подводя итог, отметим, что химические превращения наблюдаются в случаях, если соблюдается одно из следующих условий:
- Образование неэлектролита . В качестве неэлектролита может выступать вода.
- Образование осадка.
- Выделение газа.
- Образование слабого электролита, например уксусной кислоты.
- Перенос одного или нескольких электронов. Это реализуется в окислительно – восстановительных реакциях.
- Образование или разрыв одной или нескольких .
