Общая химия

Обязательным условием течения реакций между электролитами является удаление из раствора тех или иных ионов — например, вследствие образования слабо диссоциирующих веществ или веществ, выделяющихся из раствора в виде осадка или газа. Иначе говоря, реакции в растворах электролитов всегда идут в сторону образования наименее диссоциированных или наименее растворимых веществ.

Из этого, в частности, следует, что сильные кислоты вытесняют слабые из растворов их солей. Например, при взаимодействии ацетата натрия с соляной кислотой реакция практически нацело протекает с образованием уксусной кислоты

CH₃COONa + HCl = CH₃COOH + NaCl

или в ионно-молекулярной форме:

Аналогично протекают реакции между сильными основаниями и солями слабых основании. Например, при действии гидроксида натрия на сульфат железа ^^^ выделяется гидроксид железа ^^^

или в ионно-молекулярной форме:

Последняя реакция служит примером образования не только слабого, но и малорастворимого электролита.

С рассмотренной точки зрения становится ясным различие между реакциями нейтрализации сильной кислоты сильным основанием и случаями нейтрализации, когда хотя бы одно из исходных веществ — слабый электролит. При нейтрализации сильной кислоты сильным основанием в растворе образуется только один слабый электролит — вода. При этом равновесие

сильно смещено вправо и реакция в этом случае доходит практически до конца. При нейтрализации же слабой кислоты или слабого основания в растворе существуют, по крайней мере, два слабых электролита — вода и слабая кислота или слабое основание.

Например, при нейтрализации уксусной кислоты сильным основанием в растворе устанавливаются два равновесия:

Ион водорода может, таким образом, связаться в молекулу уксусной кислоты или в молекулу воды. Ионы ^^^ и ^^^ как бы «конкурируют» друг с другом в связывании иона водорода. Поэтому в данном случае реакция нейтрализации доходит не до конца, а до состояния равновесия:

Однако это равновесие сильно смещено вправо, поскольку вода — значительно более слабый электролит, чем уксусная кислота, так что связывание ионов ^^^ в молекулы воды происходит полнее, чем в молекулы уксусной кислоты.

При нейтрализации слабого основания — гидроксида аммония — сильной кислотой в растворе тоже устанавливаются два равновесия:

Здесь конкурируют ионы ^^^ и ^^^ , связывающие гидроксид-ионы в недиссоциированные молекулы. В результате и эта реакция доходит не до конца, а до состояния равновесия:

Но поскольку вода — значительно более слабый электролит, чем ^^^ , равновесие сильно смещено вправо.

Подобные процессы происходят и при реакциях, в ходе которых малорастворимое вещество превращается в растворимый, но слабо диссоциирующий продукт. К таким реакциям относится, например, растворение сульфидов некоторых металлов в соляной кислоте. Так, взаимодействие сульфида марганца с соляной кислотой выражается уравнением

Присутствие в числе исходных веществ малорастворимого электролита ^^^ , при образовании которого связываются ионы ^^^ , обусловливает протекание реакции влево. С другой стороны, при образовании слабого электролита ^^^ также связываются ионы ^^^ , что способствует протеканию реакции вправо. Таким образом, ионы ^^^ участвуют в двух конкурирующих процессах, приводящих к установлению двух равновесий:

Направление рассматриваемой реакции зависит от того, какое из двух веществ — ^^^ или ^^^ — в большей степени связывает ионы ^^^ .

Суммарная константа диссоциации сероводорода ^^^ (см. табл. 12); произведение же растворимости ^^^ равно ^^^ (см. табл. 16). Отсюда ясно, что связывание ионов ^^^ в молекулы сероводорода происходит полнее, чем в ^^^ . Поэтому рассматриваемая реакция протекает вправо — сульфид марганца растворяется в соляной кислоте.

Аналогичные два равновесия устанавливаются в системе соляная кислота — сульфид ^^^ . Но произведение растворимости ^^^ очень мало, оно равно ^^^ (см. табл. 16). Поэтому связывание ионов ^^^ в ^^^ происходит полнее, чем в молекулы сероводорода, и равновесие в системе

смещено влево; сульфид меди ^^^ нерастворим в соляной кислоте.

Рассмотренные закономерности позволяют понять поведение амфотерных гидроксидов. Так, равновесие между осадком гидроксида цинка и раствором нарушается при добавлении как кислоты, так и щелочи. В этом случае равновесие можно записать в форме:

При добавлении к гидроксиду цинка кислоты возрастает концентрация ионов водорода. Произведение ^^^ становится больше ионного произведения воды — идет процесс образования молекул ^^^ из ионов; при этом нарушается равновесие и в системе ^^^ . Согласно принципу Ле Шателье, вследствие возрастания концентрации ионов ^^^ и расхода ионов ^^^ , диссоциация ^^^ по типу кислоты подавляется, а по типу основания усиливается. В итоге осадок ^^^ растворяется и образуется соль, в которой цинк является катионом. Например, в случае соляной кислоты пойдет реакция: