Представление о кислотах и основаниях

Представление о кислотах и основаниях. Определения кислот и оснований с точки зрения теории диссоциации были даны С. Аррениусом.

Кислотой называется соединение, образующее при диссоциации в водном растворе из положительных ионов только ионы водорода H. В соответствии с этим определением к кислотам относятся, например, HCl, H2SO4, HNO3, H2S. Основанием называется соединение, образующее при диссоциации в водном растворе из отрицательных ионов только гидроксид-ионы OH По современной номенклатуре основания принято называть гидроксидами элементов с указанием степени окисления NaOH гидроксид натрия, KOH гидроксид калия, CaOH2 гидроксид кальция, CrOH2 гидроксид хрома II, CrOH3 гидроксид хрома III. Гидроксиды металлов принято делить на две группы растворимые в воде образованные щелочными и щелочноземельными металлами и нерастворимые в воде. Основное различие между ними заключается в том, что концентрация ионов OH- в растворах щелочей достаточно высока, для нерастворимых же оснований она определяется растворимостью вещества и обычно очень мала. Тем не менее небольшие равновесные концентрации иона OH- даже в растворах нерастворимых оснований определяют свойства этого класса соединений.

После Аррениуса было показано, что определение кислот и оснований в терминах теории электролитической диссоциации не охватывает всего многообразия кислотно-основных свойств веществ.

Дальнейшее развитие химии потребовало уточнить и дополнить определения кислот и оснований. 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 счт неподелнной пары электронов атома азота эффективно принимает протон при взаимодействии с кислотами, образуя за счт донорно-акцепторной связи ион аммония HNO3 NH3 NH NO Возможно и ещ 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 AlF3NH3. 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 SO2 NaHSO4 Na HSO- Na H SO2 MgOHCl MgOH Cl- Mg2 OH- Cl В соответствии с данным определением соли делятся на средние Na2SO4, кислые NaHSO4 и основные MgOHCl. 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 и сильной 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 S2- H2O HS- OH 6 Процесс 6 отражает гидролиз Na2S по первой ступени. Чтобы гидролиз прошл 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 Al2SO43, FeCl2, CuBr2, NH4Cl. Рассмотрим гидролиз хлорида железа II FeCl2 H2O FeOHCl HCl. 7 В ионном виде этот процесс можно записать так Fe2 H2O FeOH H. 8 По второй ступени гидролиз протекает следующим образом FeOH H2O FeOH2 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, NH42CO3. 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.