Проблемник по обща и неорганична химия
7. Водни разтвори на протолитите. 7.1. вода. Неутрална, кисела и алкална среда. Силни протолити
Вижте задачи >>>Теоретична част
Съвременната теория за киселините и основите е протонна теория Брьонстед-Лоури, който обяснява проявата на киселинна или основна функция на веществата с факта, че те реагират протолиза– обменни реакции на протони (водородни катиони) H +:
NA+E A - +НЕ +
киселинна основа базакиселина
Според тази теория киселина- Това протон-съдържащвещество НА, което е донор на своя протон; основата е вещество Е, което приема протон, донесен от киселина. Като цяло, реагентът е киселина НА и реагентът е основа Е, а продуктът е основа А - и продуктът - киселина HE + се конкурират помежду си за притежаването на протон, което води обратимата киселинно-алкална реакция до състоянието протолитичен равновесие. Следователно системата съдържа четири вещества, които образуват две конюгирани киселинно-базови двойки: НА / А - и НЕ + /E. Наричат се вещества, които проявяват киселинни или основни свойства протолитите .
7.1. вода. Неутрална, кисела и алкална среда. Силен протолитите
Най-често срещаният течен разтворител на Земята е водата. В допълнение към молекулите на H 2 O, чистата вода съдържа хидроксидни йони OH - и оксониеви катиони H 3 O + поради протичащата реакция автопротолиза вода:
H 2 O + H 2 O OH − + H 3 O
киселина основа основа киселина
Количествена характеристика на водната автопротолиза е йонен продуктвода:
К IN= [H3O+ ][ OH – ] = 1 . 10 –14 (25 ° С)
Следователно в чиста вода
[H 3 O + ] = [OH – ] =1. 10 –7 mol/l (25° С)
Съдържанието на оксониеви катиони и хидроксидни йони също се изразява чрез pH стойност pHИ хидроксилен индекс рН:
pH = -lg,pOH = -lg [ ОХ – ]
В чиста вода при 25 ° СЪСpH = 7, рН = 7, pH + рН = 14.
В разредени (по-малко от 0,1 mol/l) водни разтвори на вещества стойносттаpHможе да бъде равен, по-голям или по-малъкpHчиста вода. ПриpH= 7 средата на воден разтвор се нарича неутрална, когатоpH < 7 – кислотной, при pH> 7 – алкален. Значително повишаване на концентрацията на йониз 3 О + във вода (създаване киселиненоколната среда) се постига чрез необратима реакция на протолиза на вещества като хлороводород, перхлорна и сярна киселини:
НС1+H2O= Cl – +H 3 O + ,pH< 7
HClO4+H 2 O=ClO 4 – +H 3 O +, рН< 7
H2SO4+2H 2 O=SO 4 2– +2H 3 O + ,pH< 7
йоникл – , ClO 4 – , ТАКА 4 2– , спрегнати с тези киселини, не притежават основни свойства във водата. Някои хидроаниони се държат по подобен начин във воден разтвор, например хидрогенсулфатният йон:
HSO 4 – + H 2 O=SO 4 2– +H 3 O + ,pH< 7
Поради необратимостта на реакциите на протолиза, самият йонз 3 О + , веществаНС1, HClO 4 Из 2 ТАКА 4 , подобни на тях протолитиченсвойстваHClO 3 , HBr, HBrO 3 , здрасти, HIO 3 , HNO 3 , HNCS, з 2 SeO 4 , HMnO 4 , йониHSO 4 – , HSeO 4 – и някои други във воден разтвор са разгледани силни киселини. В разреден разтвор на силна киселина НА (т.е. при сПри по-малко от 1 mol/l) концентрацията на оксониеви катиони и pH са свързани с аналитичната (чрез получаване) моларна концентрация сВКЛ., както следва:
[ з 3 О + ] = сВКЛ.,pH = - lg[ з 3 О + ] = - lgсВКЛ
Пример 1 . Определете стойността на рН в 0,006 М разтвор на сярна киселина при25 ° СЪС .
Решение
|
pH = ? с б= 0,006 mol/l 2 с б |
H 2 SO 4 + 2H 2 O = SO 4 2– + 2H 3 O +, pH<7 pH = – lg = –lg (2с б) = –дневник (2´ 0,006) = 1, 9 2 |
|
отговор : 0.006M разтворз 2 ТАКА 4 има pH 1, 9 2 |
|
Значително повишаване на концентрацията на OH - йони във водата (създаване на алкална среда) се постига чрез разтваряне и пълна електролитна дисоциация на вещества като калиеви и бариеви хидроксиди, т.нар. алкали:
KOH = К + + OH – ; Va(OH) 2 + 2OH – , pH >7
Вещества KOH, B А(OH) 2,NaOHи подобни основни хидроксиди в твърдо състояние са йонни кристали; при електролитната им дисоциация във воден разтвор се образуват ОН – йони (това силна основа) , както и йониК + , Va 2+ ,Na + и др., които нямат киселинни свойства във водата. При дадена аналитична концентрация на алкален MOH в разреден разтвор ( с бпо-малко от 0,1 mol/l) имаме:
[OH – ] = с М ОХ; pH = 14 – рОН = 14 +lg[OH – ] = 14 +lgс МЗ
Пример 2 . Определете рН в 0,012 М разтвор на бариев хидроксид при 25° СЪС.
|
pH = ? с б= 0,012 mol/l [OH –] = 2 с б |
IN А(OH) 2 = Ba 2+ + 2OH – ,pH >7 pH = 14 – рН = 14 + lg[OH – ] = 14 +lg(2св) = 14+ lg(2 . 0,012)=12,38 |
|
|
|
pH показател и влиянието му върху качеството на питейната вода.
Какво е pH?
pH(“potentia hydrogeni” - силата на водорода, или “pondus hydrogenii” - теглото на водорода) е мерна единица за активността на водородните йони във всяко вещество, изразяваща количествено неговата киселинност.
Този термин се появява в началото на ХХ век в Дания. Индикаторът pH е въведен от датския химик Сорен Петр Лауриц Соренсен (1868-1939), въпреки че твърдения за определена „сила на водата“ се срещат и сред неговите предшественици.
Водородната активност се определя като отрицателен десетичен логаритъм от концентрацията на водородни йони, изразена в молове на литър:
pH = -log
За простота и удобство в изчисленията беше въведен индикаторът pH. pH се определя от количественото съотношение на H+ и OH- йони във водата, образувани при дисоциацията на водата. Обичайно е нивата на pH да се измерват по 14-цифрена скала.
Ако водата има намалено съдържание на свободни водородни йони (pH по-голямо от 7) в сравнение с хидроксидни йони [OH-], тогава водата ще има алкална реакция, и с повишено съдържание на H+ йони (рН по-малко от 7) - киселинна реакция. В идеално чиста дестилирана вода тези йони ще се балансират взаимно.
кисела среда: >
неутрална среда: =
алкална среда: >
Когато концентрациите на двата вида йони в разтвор са еднакви, се казва, че разтворът е неутрален. В неутрална вода pH стойността е 7.
Когато различни химикали се разтварят във вода, този баланс се променя, което води до промяна в стойността на pH. Когато се добави киселина към водата, концентрацията на водородни йони се увеличава, а концентрацията на хидроксидни йони съответно намалява, когато се добави алкален, напротив, съдържанието на хидроксидни йони се увеличава и концентрацията на водородни йони намалява.
Индикаторът pH отразява степента на киселинност или алкалност на околната среда, докато "киселинността" и "алкалността" характеризират количественото съдържание на вещества във водата, които могат да неутрализират съответно алкали и киселини. Като аналогия можем да дадем пример с температурата, която характеризира степента на нагряване на дадено вещество, но не и количеството топлина. Като поставим ръката си във водата, можем да разберем дали водата е хладна или топла, но няма да можем да определим колко топлина има в нея (т.е. относително казано, колко време тази вода ще се охлади).
pH се счита за един от най-важните показатели за качеството на питейната вода. Той показва киселинно-алкалния баланс и влияе върху протичането на химичните и биологичните процеси. В зависимост от стойността на pH може да се променя скоростта на химичните реакции, степента на корозивна агресивност на водата, токсичността на замърсителите и др. Нашето благосъстояние, настроение и здраве пряко зависят от киселинно-алкалния баланс на околната среда на нашето тяло.
Съвременният човек живее в замърсена околна среда. Много хора купуват и консумират храна, приготвена от полуфабрикати. Освен това почти всеки човек е изложен на стрес ежедневно. Всичко това влияе върху киселинно-алкалния баланс на околната среда на тялото, измествайки го към киселини. Чаят, кафето, бирата, газираните напитки намаляват рН в организма.
Смята се, че киселинната среда е една от основните причини за разрушаването на клетките и увреждането на тъканите, развитието на болести и процеси на стареене, както и растежа на патогени. В кисела среда строителният материал не достига до клетките и мембраната се разрушава.
Външно състоянието на киселинно-алкалния баланс на кръвта на човек може да се съди по цвета на конюнктивата му в ъглите на очите му. При оптимален киселинно-алкален баланс цветът на конюнктивата е ярко розов, но ако алкалността на кръвта на човек се увеличи, конюнктивата става тъмно розова, а с повишаване на киселинността цветът на конюнктивата става бледорозов. Освен това цветът на конюнктивата се променя в рамките на 80 секунди след консумация на вещества, които влияят на киселинно-алкалния баланс.
Тялото регулира pH на вътрешните течности, поддържайки стойности на определено ниво. Киселинно-алкалният баланс на тялото е определено съотношение на киселини и алкали, което допринася за нормалното му функциониране. Киселинно-алкалният баланс зависи от поддържането на относително постоянни пропорции между междуклетъчните и вътреклетъчните води в тъканите на тялото. Ако киселинно-алкалният баланс на течностите в тялото не се поддържа постоянно, нормалното функциониране и запазването на живота ще бъде невъзможно. Затова е важно да контролирате какво консумирате.
Киселинно-алкалният баланс е нашият индикатор за здраве. Колкото по-„кисели” сме, толкова по-бързо остаряваме и се разболяваме. За нормалното функциониране на всички вътрешни органи, нивото на рН в тялото трябва да бъде алкално, в диапазона от 7 до 9.
pH в нашето тяло не винаги е еднакво - някои части са по-алкални, а други са киселинни. Тялото регулира и поддържа хомеостазата на рН само в определени случаи, като рН на кръвта. Нивата на pH на бъбреците и други органи, чийто киселинно-алкален баланс не се регулира от тялото, се влияят от храната и напитките, които консумираме.
pH на кръвта
Нивото на pH на кръвта се поддържа от тялото в диапазона 7,35-7,45. Счита се, че нормалното pH на човешката кръв е 7,4-7,45. Дори леко отклонение в този показател влияе върху способността на кръвта да пренася кислород. Ако pH на кръвта се повиши до 7,5, тя пренася 75% повече кислород. Когато pH на кръвта падне до 7,3, човек вече трудно става от леглото. При 7.29 той може да изпадне в кома; ако pH на кръвта падне под 7.1, човекът умира.
Нивата на pH на кръвта трябва да се поддържат в рамките на здравословен диапазон, така че тялото използва органи и тъкани, за да поддържа постоянно ниво на pH. Поради това нивото на pH на кръвта не се променя поради пиенето на алкална или кисела вода, но тъканите и органите на тялото, използвани за регулиране на pH на кръвта, променят своето pH.
pH на бъбреците
Параметърът pH на бъбреците се влияе от водата, храната и метаболитните процеси в организма. Киселинните храни (като месни продукти, млечни продукти и т.н.) и напитките (подсладени напитки, алкохолни напитки, кафе и т.н.) водят до ниски нива на pH в бъбреците, тъй като тялото елиминира излишната киселинност чрез урината. Колкото по-ниско е нивото на pH на урината, толкова по-трудно трябва да работят бъбреците. Следователно киселинното натоварване върху бъбреците от такива храни и напитки се нарича потенциално киселинно-бъбречно натоварване.
Пиенето на алкална вода е от полза за бъбреците - нивото на pH на урината се повишава и киселинното натоварване на тялото намалява. Повишаването на pH на урината повишава pH на тялото като цяло и освобождава бъбреците от киселинни токсини.
pH на стомаха
Празният стомах съдържа не повече от една чаена лъжичка стомашна киселина, произведена при последното хранене. Стомахът произвежда киселина, колкото е необходимо, когато яде храна. Стомахът не произвежда киселина, когато човек пие вода.
Много е полезно да се пие вода на празен стомах. pH се повишава до ниво 5-6. Повишеното pH ще има лек антиациден ефект и ще доведе до увеличаване на полезните пробиотици (добри бактерии). Повишаването на pH на стомаха повишава pH на тялото, което води до здравословно храносмилане и облекчаване на симптомите на лошо храносмилане.
pH на подкожната мазнина
Мастните тъкани на тялото имат киселинно pH, тъй като в тях се отлагат излишни киселини. Тялото трябва да съхранява киселина в мастните тъкани, когато тя не може да бъде екскретирана или неутрализирана по друг начин. Следователно промяната в рН на тялото към киселинната страна е един от факторите за наднормено тегло.
Положителният ефект на алкалната вода върху телесното тегло е, че алкалната вода помага за отстраняване на излишната киселина от тъканите, защото помага на бъбреците да работят по-ефективно. Това помага за контролиране на теглото, тъй като количеството киселина, което тялото трябва да „складира“, е значително намалено. Алкалната вода също подобрява резултатите от здравословна диета и упражнения, като помага на тялото да се справи с излишната киселинност, произведена от мастната тъкан по време на загуба на тегло.
Кости
Костта има алкално рН, тъй като се състои основно от калций. Тяхното pH е постоянно, но ако кръвта се нуждае от корекция на pH, калцият се изтегля от костите.
Ползата от алкалната вода за костите е да ги предпазва чрез намаляване на количеството киселина, с което тялото трябва да се бори. Проучванията показват, че пиенето на алкална вода намалява костната резорбция - остеопороза.
рН на черния дроб
Черният дроб има леко алкално pH, нивото на което се влияе както от храната, така и от напитките. Захарта и алкохолът трябва да се разграждат в черния дроб, което води до излишна киселина.
Ползите от алкалната вода за черния дроб включват наличието на антиоксиданти в такава вода; Установено е, че алкалната вода засилва работата на два антиоксиданта, намиращи се в черния дроб, които допринасят за по-ефективното пречистване на кръвта.
pH на тялото и алкална вода
Алкалната вода позволява на частите от тялото, които поддържат pH на кръвта, да функционират по-ефективно. Повишаването на нивата на pH в частите на тялото, отговорни за поддържането на pH на кръвта, ще помогне на тези органи да останат здрави и да функционират ефективно.
Между храненията можете да помогнете на тялото си да нормализира рН, като пиете алкална вода. Дори малко повишаване на pH може да има огромно въздействие върху вашето здраве.
Според изследвания на японски учени pH на питейната вода, което е от порядъка на 7-8, увеличава продължителността на живота на населението с 20-30%.
В зависимост от нивото на pH водата може да бъде разделена на няколко групи:
Силно киселинни води< 3
кисели води 3 - 5
слабо кисели води 5 - 6,5
неутрални води 6,5 - 7,5
слабо алкални води 7,5 - 8,5
алкални води 8,5 – 9,5
силно алкални води > 9,5
Обикновено нивото на рН на питейната чешмяна вода е в диапазона, в който не влияе пряко на потребителското качество на водата. В речните води pH обикновено е в диапазона 6,5-8,5, във валежите 4,6-6,1, в блатата 5,5-6,0, в морските води 7,9-8,3.
СЗО не предлага никакви медицински препоръчани стойности за pH. Известно е, че при ниско pH водата е силно корозивна, а при високи нива (pH>11) водата придобива характерна сапуненост, неприятна миризма и може да предизвика дразнене на очите и кожата. Ето защо се счита, че оптималното ниво на рН за питейна и битова вода е в диапазона от 6 до 9.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Интересно да знаете:Немският биохимик ОТО ВАРБУРГ, удостоен с Нобелова награда за физиология или медицина през 1931 г., доказва, че липсата на кислород (киселинното рН)<7.0) в тканях приводит к изменению нормальных клеток в злокачественные.
Ученият открил, че раковите клетки губят способността си да се развиват в среда, наситена със свободен кислород с pH 7,5 или по-високо! Това означава, че когато телесните течности се подкислят, се стимулира развитието на рак.
Неговите последователи през 60-те години на миналия век доказаха, че всяка патогенна флора губи способността си да се възпроизвежда при pH = 7,5 и повече, а нашата имунна система лесно се справя с всякакви агресори!
За да запазим и поддържаме здравето, се нуждаем от подходяща алкална вода (pH=7,5 и повече).Това ще направи възможно по-доброто поддържане на киселинно-алкалния баланс на телесните течности, тъй като основната жизнена среда има леко алкална реакция.
Вече в неутрална биологична среда, тялото може да има удивителна способност да се самовъзстановява.
Не знам откъде можете да го вземете правилната вода ? ще ти кажа!
Моля, обърнете внимание:
Щраквайки върху " Да знаеш„не води до никакви финансови разходи или задължения.
само ти получите информация за наличието на правилната вода във вашия регион,
както и вземете уникална възможност безплатно да станете член на клуба на здравите хора
и вземете 20% отстъпка за всички оферти + кумулативен бонус.
Присъединете се към международния здравен клуб Coral Club, получете БЕЗПЛАТНА карта за отстъпка, възможност за участие в промоции, кумулативен бонус и други привилегии!
Реакцията на разтвор на вещества в разтворител може да бъде три вида: неутрална, кисела и алкална. Реакцията зависи от концентрацията на водородни йони Н + в разтвора.
Чистата вода се дисоциира в много малка степен на Н + йони и хидроксилни йони ОН - .
pH стойност
Водородният индекс е удобен и общоприет начин за изразяване на концентрацията на водородни йони. За чиста вода концентрацията на H + е равна на концентрацията на OH -, а произведението от концентрациите на H + и OH -, изразено в грам йони на литър, е постоянна стойност, равна на 1,10 -14
От този продукт можете да изчислите концентрацията на водородни йони: =√1,10 -14 =10 -7 /g-ion/l/.
Това равновесно /"неутрално"/ състояние обикновено се означава с рН 7/р - отрицателният логаритъм на концентрацията, Н - водородни йони, 7 - показател с противоположен знак/.
Разтвор с рН по-голямо от 7 е алкален в него има по-малко Н + йони от ОН -; разтвор с pH по-малко от 7 е кисел, той съдържа повече H + йони от OH -.
Използваните в практиката течности имат концентрация на водородни йони, обикновено варираща в диапазона на pH от 0 до 1
Индикатори
Индикаторите са вещества, които променят цвета си в зависимост от концентрацията на водородни йони в разтвора. С помощта на индикатори се определя реакцията на околната среда. Най-известните индикатори са бромобензен, бромотимол, фенолфталеин, метилоранж и др. Всеки от индикаторите работи в определени граници на pH. Например бромотимолът променя цвета си от жълт при pH 6,2 до син при pH 7,6; неутрален червен индикатор - от червено при pH 6,8 до жълто при pH 8; бромобензен - от жълт при pH 4,0 до син при pH 5,6; фенолфталеин - от безцветен при pH 8,2 до лилав при pH 10,0 и т.н.
Нито един от индикаторите не работи по цялата pH скала от 0 до 14. Въпреки това, в реставрационната практика не е необходимо да се определят високи концентрации на киселини или основи. Най-често има отклонения от 1 - 1,5 рН единици от неутралното в двете посоки.
За определяне на реакцията на околната среда в реставрационната практика се използва смес от различни индикатори, подбрани така, че да маркират и най-малките отклонения от неутралността. Тази смес се нарича "универсален индикатор".
Универсалният индикатор е прозрачна оранжева течност. При лека промяна на средата към алкалност разтворът на индикатора придобива зеленикав оттенък с повишаване на алкалността, става син; Колкото по-голяма е алкалността на тестовата течност, толкова по-интензивен става синият цвят.
При лека промяна на средата към киселинност разтворът на универсалния индикатор става розов, с повишаване на киселинността - червен (кармин или петнист нюанс).
Промени в реакцията на околната среда в картините възникват в резултат на увреждането им от плесен; Често се откриват промени в местата, където етикетите са залепени с алкално лепило (казеин, офис лепило и др.).
За извършване на анализа са ви необходими освен универсален индикатор дестилирана вода, чиста бяла филтърна хартия и стъклена пръчка.
Напредък на анализа
Капка дестилирана вода се поставя върху филтърната хартия и се оставя да се накисне. Втора капка се нанася до тази капка и се нанася върху тестовата зона. За по-добър контакт хартията с втората капка отгоре се разтрива със стъклен рафт. След това върху филтърната хартия в зоните на водните капки се нанася капка универсален индикатор. За контрола служи първата капка вода, чийто цвят се сравнява с капка, напоена с разтвора от тестовата зона. Несъответствието в цвета с контролната капка показва промяна - отклонение на средата от неутрална.
НЕУТРАЛИЗИРАНЕ НА АЛКАЛНА СРЕДА
Третираната зона се навлажнява с 2% воден разтвор на оцетна или лимонена киселина. За да направите това, увийте малко количество памук около пинсети, навлажнете го в киселинен разтвор, изстискайте го и го нанесете върху посочената област.
реакция не забравяйте да проверитеуниверсален индикатор!
Процесът продължава до пълно неутрализиране на цялата зона.
След една седмица проверката на средата трябва да се повтори.
НЕУТРАЛИЗИРАНЕ НА КИСЕЛА СРЕДА
Третираната зона се навлажнява с 2% воден разтвор на амониев оксид хидрат /амоняк/. Процедурата за неутрализация е същата като при алкална среда.
Проверката на средата трябва да се повтори след седмица.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:Процесът на неутрализация изисква голямо внимание, тъй като прекомерното третиране може да доведе до пероксидация или алкализиране на третираната зона. Освен това водата в разтворите може да доведе до свиване на платното.
Хидролизата е взаимодействието на вещества с вода, в резултат на което се променя средата на разтвора.
Катионите и анионите на слабите електролити са способни да взаимодействат с водата, за да образуват стабилни, слабо дисоциируеми съединения или йони, в резултат на което средата на разтвора се променя. Формулите за вода в уравненията за хидролиза обикновено се записват като H‑OH. Когато реагират с вода, катионите на слабите основи премахват хидроксилните йони от водата и в разтвора се образува излишък от Н +. Средата на разтвора става кисела. Анионите на слабите киселини привличат Н + от водата и реакцията на средата става алкална.
В неорганичната химия най-често човек трябва да се занимава с хидролиза на соли, т.е. с обменното взаимодействие на солните йони с водните молекули в процеса на тяхното разтваряне. Има 4 варианта за хидролиза.
1. Солта се образува от силна основа и силна киселина.
Тази сол практически не се подлага на хидролиза. В този случай равновесието на дисоциацията на водата в присъствието на солни йони почти не се нарушава, следователно pH = 7, средата е неутрална.
Na + + H 2 O Cl - + H 2 O
2. Ако една сол се образува от катион на силна основа и анион на слаба киселина, тогава хидролизата настъпва при аниона.
Na 2 CO 3 + HOH \(\лява дясна стрелка\) NaHCO 3 + NaOH
Тъй като в разтвора се натрупват ОН - йони, средата е алкална, pH>7.
3. Ако една сол се образува от катион на слаба основа и анион на силна киселина, тогава хидролизата се извършва по протежение на катиона.
Cu 2+ + HOH \(\лява стрелка вдясно\) CuOH + + H +
СuCl 2 + HOH \(\лява дясна стрелка\) CuOHCl + HCl
Тъй като в разтвора се натрупват Н + йони, средата е кисела, рН<7.
4. Сол, образувана от катион на слаба основа и анион на слаба киселина, претърпява хидролиза както на катиона, така и на аниона.
CH 3 COONH 4 + HOH \(\лява дясна стрелка\) NH 4 OH + CH 3 COOH
CH 3 COO ‑ + + HOH \(\лява стрелка вдясно\) NH 4 OH + CH 3 COOH
Разтворите на такива соли имат или леко кисела, или леко алкална среда, т.е. стойността на рН е близо до 7. Реакцията на средата зависи от съотношението на константите на дисоциация на киселината и основата. Хидролизата на солите, образувани от много слаби киселини и основи, е практически необратима. Това са главно сулфиди и карбонати на алуминия, хрома и желязото.
Al 2 S 3 + 3HOH \(\лява дясна стрелка\) 2Al(OH) 3 + 3H 2 S
При определяне на средата на солевия разтвор е необходимо да се има предвид, че средата на разтвора се определя от силния компонент. Ако солта е образувана от киселина, която е силен електролит, тогава разтворът е кисел. Ако основата е силен електролит, тогава тя е алкална.
Пример.Разтворът има алкална среда
1) Pb(NO 3) 2; 2) Na2CO3; 3) NaCl; 4) NaNO3
1) Pb(NO 3) 2 оловен (II) нитрат. Солта се образува от слаба основа и силна киселина, означава средата на решението кисело.
2) Na 2 CO 3 натриев карбонат. Образува се сол здрава основаи слаба киселина, което означава средата на разтвора алкален.
3) NaCl; 4) NaNO3 Солите се образуват от силната основа NaOH и силните киселини HCl и HNO3. Средата на разтвора е неутрална.
Верен отговор 2) Na 2 CO 3
Индикаторната хартия се потапя в солените разтвори. В разтвори на NaCl и NaNO 3 не променя цвета си, което означава средата на разтвора неутрален. В разтвор Pb(NO 3) 2 става червен, разтворът е среден кисело.В разтвор Na 2 CO 3 става син, средата на разтвора алкален.
Хидролиза на соли. Среда на водния разтвор: кисела, неутрална, алкална
Според теорията за електролитната дисоциация, във воден разтвор частиците на разтвореното вещество взаимодействат с водните молекули. Такова взаимодействие може да доведе до реакция на хидролиза (от гръцки. хидро- вода, лизис- гниене, разлагане).
Хидролизата е реакция на метаболитно разлагане на вещество с вода.
На хидролиза се подлагат различни вещества: неорганични - соли, метални карбиди и хидриди, неметални халогениди; органични - халоалкани, естери и мазнини, въглехидрати, протеини, полинуклеотиди.
Водните разтвори на соли имат различни стойности на pH и различни видове среда - кисела ($pH 7$), неутрална ($pH = 7$). Това се обяснява с факта, че солите във водни разтвори могат да претърпят хидролиза.
Същността на хидролизата се свежда до обменно химично взаимодействие на солни катиони или аниони с водни молекули. В резултат на това взаимодействие се образува слабо дисоцииращо съединение (слаб електролит). А във воден разтвор на сол се появява излишък от свободни йони $H^(+)$ или $OH^(-)$ и солевият разтвор съответно става кисел или алкален.
Класификация на солите
Всяка сол може да се разглежда като продукт на реакцията на основа с киселина. Например солта $KClO$ се образува от силната основа $KOH$ и слабата киселина $HClO$.
В зависимост от силата на основата и киселината могат да се разграничат четири вида соли.
Нека разгледаме поведението на соли от различни видове в разтвор.
1. Соли, образувани от силна основа и слаба киселина.
Например калиево-цианидната сол $KCN$ се образува от силната основа $KOH$ и слабата киселина $HCN$:
$(KOH)↙(\text"силна монокиселина база") ←KCN→(HCN)↙(\text"слаба монокиселина")$
1) лека обратима дисоциация на водни молекули (много слаб амфотерен електролит), която може да бъде опростена с уравнението
$H_2O(⇄)↖(←)H^(+)+OH^(-);$
$KCN=K^(+)+CN^(-)$
Образуваните при тези процеси $Н^(+)$ и $CN^(-)$ йони взаимодействат помежду си, свързвайки се в молекули на слаб електролит - циановодородна киселина $HCN$, докато хидроксидът - $ОН^(-) $ йонът остава в разтвора, като по този начин определя неговата алкална среда. Хидролизата настъпва при аниона $CN^(-)$.
Нека запишем пълното йонно уравнение на протичащия процес (хидролиза):
$K^(+)+CN^(-)+H_2O(⇄)↖(←)HCN+K^(+)+OH^(-).$
Този процес е обратим и химичното равновесие се измества наляво (към образуването на изходните вещества), т.к. водата е много по-слаб електролит от циановодородната киселина $HCN$.
$CN^(-)+H_2O⇄HCN+OH^(-).$
Уравнението показва, че:
а) в разтвора има свободни хидроксидни йони $OH^(-)$ и тяхната концентрация е по-голяма, отколкото в чиста вода, следователно солният разтвор $KCN$ има алкална среда($pH > 7$);
б) $CN^(-)$ йони участват в реакцията с вода, в този случай се казва така анионна хидролиза. Други примери за аниони, които реагират с вода:
Нека разгледаме хидролизата на натриев карбонат $Na_2CO_3$.
$(NaOH)↙(\text"силна монокиселинна основа") ←Na_2CO_3→(H_2CO_3)↙(\text"слаба двуосновна киселина")$
Хидролизата на солта настъпва при аниона $CO_3^(2-)$.
$2Na^(+)+CO_3^(2-)+H_2O(⇄)↖(←)HCO_3^(-)+2Na^(+)+OH^(-).$
$CO_2^(2-)+H_2O⇄HCO_3^(-)+OH^(-).$
Продукти от хидролиза - кисела сол$NaHCO_3$ и натриев хидроксид $NaOH$.
Средата на воден разтвор на натриев карбонат е алкална ($pH > 7$), тъй като концентрацията на $OH^(-)$ йони в разтвора се увеличава. Киселинната сол $NaHCO_3$ също може да претърпи хидролиза, която се случва в много малка степен и може да бъде пренебрегната.
За да обобщим какво сте научили за анионната хидролиза:
а) според аниона солите, като правило, се хидролизират обратимо;
б) химичното равновесие при такива реакции е силно изместено наляво;
в) реакцията на средата в разтвори на подобни соли е алкална ($pH > 7$);
г) при хидролиза на соли, образувани от слаби многоосновни киселини, се получават киселинни соли.
2. Соли, образувани от силна киселина и слаба основа.
Нека разгледаме хидролизата на амониев хлорид $NH_4Cl$.
$(NH_3·H_2O)↙(\text"слаба монокиселина база") ←NH_4Cl→(HCl)↙(\text"силна монокиселина")$
Във воден разтвор на сол протичат два процеса:
1) лека обратима дисоциация на водни молекули (много слаб амфотерен електролит), която може да се опрости с уравнението:
$H_2O(⇄)↖(←)H^(+)+OH^(-)$
2) пълна дисоциация на сол (силен електролит):
$NH_4Cl=NH_4^(+)+Cl^(-)$
Получените йони $OH^(-)$ и $NH_4^(+)$ взаимодействат един с друг, за да произведат $NH_3·H_2O$ (слаб електролит), докато йоните $H^(+)$ остават в разтвора, причинявайки неговото най-кисела среда.
Пълното йонно уравнение за хидролиза е:
$NH_4^(+)+Cl^(-)+H_2O(⇄)↖(←)H^(+)+Cl^(-)NH_3·H_2O$
Процесът е обратим, химичното равновесие се измества към образуването на изходните вещества, т.к водата $Н_2О$ е много по-слаб електролит от амонячния хидрат $NH_3·H_2O$.
Съкратено йонно уравнение за хидролиза:
$NH_4^(+)+H_2O⇄H^(+)+NH_3·H_2O.$
Уравнението показва, че:
а) в разтвора има свободни водородни йони $H^(+)$ и тяхната концентрация е по-голяма, отколкото в чиста вода, следователно солният разтвор има кисела среда($pH
б) амониеви катиони $NH_4^(+)$ участват в реакцията с вода; в този случай те казват, че идва хидролиза чрез катион.
Многозарядните катиони също могат да участват в реакцията с вода: двойно заредени$M^(2+)$ (например $Ni^(2+), Cu^(2+), Zn^(2+)…$), с изключение на катиони на алкалоземни метали, три зарядно устройство$M^(3+)$ (например $Fe^(3+), Al^(3+), Cr^(3+)…$).
Нека разгледаме хидролизата на никелов нитрат $Ni(NO_3)_2$.
$(Ni(OH)_2)↙(\text"слаба двукиселинна основа") ←Ni(NO_3)_2→(HNO_3)↙(\text"силна едноосновна киселина")$
Хидролизата на солта настъпва при $Ni^(2+)$ катиона.
Пълното йонно уравнение за хидролиза е:
$Ni^(2+)+2NO_3^(-)+H_2O(⇄)↖(←)NiOH^(+)+2NO_3^(-)+H^(+)$
Съкратено йонно уравнение за хидролиза:
$Ni^(2+)+H_2O⇄NiOH^(+)+H^(+).$
Продукти от хидролиза - основна сол$NiOHNO_3$ и азотна киселина $HNO_3$.
Средата на воден разтвор на никелов нитрат е кисела ($рН
Хидролизата на солта $NiOHNO_3$ се случва в много по-малка степен и може да бъде пренебрегната.
За да обобщим какво сте научили за катионната хидролиза:
а) според катиона солите, като правило, се хидролизират обратимо;
б) химичното равновесие на реакциите е силно изместено наляво;
в) реакцията на средата в разтвори на такива соли е кисела ($pH
г) при хидролизата на соли, образувани от слаби поликиселинни основи, се получават основни соли.
3. Соли, образувани от слаба основа и слаба киселина.
Очевидно вече ви е ясно, че такива соли претърпяват хидролиза както на катиона, така и на аниона.
Слаб основен катион свързва $OH^(-)$ йони от водни молекули, образувайки слаба основа; анионът на слаба киселина свързва $H^(+)$ йони от водни молекули, образувайки слаба киселина. Реакцията на разтворите на тези соли може да бъде неутрална, слабо кисела или леко алкална. Това зависи от константите на дисоциация на двата слаби електролита - киселина и основа, които се образуват в резултат на хидролизата.
Например, разгледайте хидролизата на две соли: амониев ацетат $NH_4(CH_3COO)$ и амониев формиат $NH_4(HCOO)$:
1) $(NH_3·H_2O)↙(\text"слаба монокиселинна основа") ←NH_4(CH_3COO)→(CH_3COOH)↙(\text"силна едноосновна киселина");$
2) $(NH_3·H_2O)↙(\text"слаба монокиселинна основа") ←NH_4(HCOO)→(HCOOH)↙(\text"слаба моноосновна киселина").$
Във водни разтвори на тези соли катионите на слабата основа $NH_4^(+)$ взаимодействат с хидрокси йони $OH^(-)$ (припомнете си, че водата дисоциира $H_2O⇄H^(+)+OH^(-)$ ), а анионите слаби киселини $CH_3COO^(-)$ и $HCOO^(-)$ взаимодействат с катиони $Н^(+)$ за образуване на молекули на слаби киселини - оцетна $CH_3COOH$ и мравчена $HCOOH$.
Нека напишем йонните уравнения на хидролизата:
1) $CH_3COO^(-)+NH_4^(+)+H_2O⇄CH_3COOH+NH_3·H_2O;$
2) $HCOO^(-)+NH_4^(+)+H_2O⇄NH_3·H_2O+HCOOH.$
В тези случаи хидролизата също е обратима, но равновесието се измества към образуването на хидролизни продукти - два слаби електролита.
В първия случай средата на разтвора е неутрална ($pH = 7$), т.к $K_D(CH_3COOH)=K+D(NH_3·H_2O)=1,8·10^(-5)$. Във втория случай средата на разтвора е слабо кисела ($pH
Както вече забелязахте, хидролизата на повечето соли е обратим процес. В състояние на химично равновесие само част от солта се хидролизира. Някои соли обаче се разлагат напълно от водата, т.е. тяхната хидролиза е необратим процес.
В таблицата „Разтворимост на киселини, основи и соли във вода“ ще намерите бележка: „те се разлагат във водна среда“ - това означава, че такива соли претърпяват необратима хидролиза. Например, алуминиевият сулфид $Al_2S_3$ във вода претърпява необратима хидролиза, тъй като йоните $H^(+)$, които се появяват по време на хидролизата на катиона, се свързват с йоните $OH^(-)$, образувани по време на хидролизата на аниона. Това засилва хидролизата и води до образуването на неразтворим алуминиев хидроксид и газ сероводород:
$Al_2S_3+6H_2O=2Al(OH)_3↓+3H_2S$
Следователно алуминиевият сулфид $Al_2S_3$ не може да бъде получен чрез реакция на обмен между водни разтвори на две соли, например алуминиев хлорид $AlCl_3$ и натриев сулфид $Na_2S$.
Възможни са и други случаи на необратима хидролиза, които не са трудни за прогнозиране, тъй като за да бъде процесът необратим, е необходимо поне един от продуктите на хидролизата да напусне реакционната сфера.
За да обобщим какво сте научили както за катионната, така и за анионната хидролиза:
а) ако солите се хидролизират както при катиона, така и при аниона обратимо, тогава химичното равновесие в реакциите на хидролиза се измества надясно;
б) реакцията на средата е или неутрална, или слабо кисела, или слабо алкална, което зависи от съотношението на константите на дисоциация на получената основа и киселина;
в) солите могат да хидролизират както катиона, така и аниона необратимо, ако поне един от продуктите на хидролизата напусне реакционната сфера.
4. Солите, образувани от силна основа и силна киселина, не се подлагат на хидролиза.
Явно сам си стигнал до този извод.
Нека разгледаме поведението на калиев хлорид $KCl$ в разтвор.
$(KOH)↙(\text"силна монокиселинна основа") ←KCl→(HCl)↙(\text"силна монокиселина").$
Солта във воден разтвор се дисоциира на йони ($KCl=K^(+)+Cl^(-)$), но при взаимодействие с вода не може да се образува слаб електролит. Средата на разтвора е неутрална ($pH=7$), т.к концентрациите на $H^(+)$ и $OH^(-)$ йони в разтвора са равни, както в чиста вода.
Други примери за такива соли включват халиди на алкални метали, нитрати, перхлорати, сулфати, хромати и дихромати, халиди на алкалоземни метали (различни от флуориди), нитрати и перхлорати.
Трябва също така да се отбележи, че реакцията на обратима хидролиза напълно се подчинява на принципа на Le Chatelier. Ето защо може да се засили хидролизата на солта(и дори да го направите необратим) по следните начини:
а) добавете вода (намалете концентрацията);
б) загряване на разтвора, което увеличава ендотермичната дисоциация на водата:
$H_2O⇄H^(+)+OH^(-)-57$ kJ,
което означава, че се увеличава количеството на $H^(+)$ и $OH^(-)$, които са необходими за хидролизата на солта;
в) свързва един от продуктите на хидролизата в слабо разтворимо съединение или отстранява един от продуктите в газовата фаза; например, хидролизата на амониев цианид $NH_4CN$ ще бъде значително подобрена поради разлагането на амонячен хидрат до образуване на амоняк $NH_3$ и вода $H_2O$:
$NH_4^(+)+CN^(-)+H_2O⇄NH_3·H_2O+HCN.$
$NH_3()↖(⇄)H_2$
Хидролиза на соли
Легенда:
Хидролизата може да бъде потисната (чрез значително намаляване на количеството сол, което се хидролизира), като направите следното:
а) увеличаване на концентрацията на разтвореното вещество;
б) охладете разтвора (за да се намали хидролизата, солните разтвори трябва да се съхраняват концентрирани и при ниски температури);
в) въведете един от продуктите на хидролизата в разтвора; например подкислява разтвора, ако неговата среда в резултат на хидролиза е кисела, или алкализира, ако е алкална.
Значение на хидролизата
Хидролизата на солите има както практическо, така и биологично значение. Още в древни времена пепелта се е използвала като перилен препарат. Пепелта съдържа калиев карбонат $K_2CO_3$, който се хидролизира до анион във вода; водният разтвор става сапунен поради йоните $OH^(-)$, образувани по време на хидролизата.
В момента в ежедневието използваме сапун, прахове за пране и други перилни препарати. Основният компонент на сапуна са натриеви и калиеви соли на висши мастни карбоксилни киселини: стеарати, палмити, които се хидролизират.
Хидролизата на натриев стеарат $C_(17)H_(35)COONa$ се изразява чрез следното йонно уравнение:
$C_(17)H_(35)COO^(-)+H_2O⇄C_(17)H_(35)COOH+OH^(-)$,
тези. разтворът има леко алкална среда.
Соли на неорганични киселини (фосфати, карбонати) се добавят специално към състава на прахове за пране и други детергенти, които засилват почистващия ефект чрез повишаване на рН на околната среда.
Във фотографския проявител се съдържат соли, които създават необходимата алкална среда на разтвора. Това са натриев карбонат $Na_2CO_3$, калиев карбонат $K_2CO_3$, боракс $Na_2B_4O_7$ и други соли, които се хидролизират при аниона.
Ако киселинността на почвата е недостатъчна, растенията развиват заболяване, наречено хлороза. Неговите признаци са пожълтяване или побеляване на листата, забавен растеж и развитие. Ако $pH_(почва) > 7,5$, тогава към него се добавя тор с амониев сулфат $(NH_4)_2SO_4$, който спомага за повишаване на киселинността поради хидролиза на катиона, който се среща в почвата:
$NH_4^(+)+H_2O⇄NH_3·H_2O$
Биологичната роля на хидролизата на някои соли, които изграждат нашето тяло, е безценна. Например кръвта съдържа соли на натриев бикарбонат и натриев хидрогенфосфат. Тяхната роля е да поддържат определена реакция на околната среда. Това се дължи на промяна в равновесието на процесите на хидролиза:
$HCO_3^(-)+H_2O⇄H_2CO_3+OH^(-)$
$HPO_4^(2-)+H_2O⇄H_2PO_4^(-)+OH^(-)$
Ако в кръвта има излишък от $H^(+)$ йони, те се свързват с $OH^(-)$ хидроксидни йони и равновесието се измества надясно. При излишък от $OH^(-)$ хидроксидни йони равновесието се измества наляво. Поради това киселинността на кръвта на здравия човек леко се колебае.
Друг пример: човешката слюнка съдържа $HPO_4^(2-)$ йони. Благодарение на тях в устната кухина се поддържа определена среда ($pH=7-7,5$).