Ионизация воды, водородный показатель (значение pH), произведение растворимости и гидролиз солевых растворов
Процесс гидролиза — это процесс растворения соли в воде и образования кислоты и щелочи, из которых получена соль. Продукт, ион натрия Na + из раствора NaOH, не имеет тенденции реагировать с водой, поскольку NaOH является сильным электролитом , полностью ионизированным, Хлорид железа III оказывает кислое действие на лакмусовый раствор из-за накопления H + в растворе (pH <7).
Ионизация воды
Чистая вода — очень плохой проводник электричества , но определенная проводимость обнаруживается, поэтому должна происходить некоторая ионизация воды, как показано в следующем уравнении.
Н 2 О → Н 3 О + + ОН —
Для упрощения это уравнение можно записать.
Н 2 О → Н + + ОН —
Константа равновесия выражается соотношением
K c = [ H + ] [ OH — ] / H 2 O, K c = 10 −14
Из значения константы равновесия видно, что очень небольшое количество молекул воды ионизируется, количество неионизированной воды можно рассматривать как постоянную величину, поэтому указанное выше соотношение можно записать следующим образом:
K w = [ H + ] [ OH — ] = 10 −14
Поскольку вода нейтральна (не действует на лакмус), концентрация H + (отвечающая за кислотные свойства) равна концентрации OH — (отвечающая за основные свойства).
Тогда K w = [10 −7 ] [10 −7 ] = 10 −14.
Ионное произведение воды (K w ) является результатом умножения концентрации иона водорода [H + ] на концентрацию гидроксильного иона [OH — ], K w — постоянное значение, равное 10 -14 моль / литр.
Ионный продукт воды K w = [10 −7 ] [10 −7 ] = 10 −14, поскольку вода нейтральна по отношению к лакмусу, концентрация H + , отвечающая за кислотные свойства, равна концентрации OH -, которая отвечает за кислотные свойства для основных свойств = 10-7 моль / л.
Водородная экспонента «pH»
Значение pH — это отрицательный логарифм концентрации иона водорода. Он используется для выражения концентрации иона водорода целым числом. Он находится в диапазоне от нуля до 14. Он указывает кислотность или основность водного раствора значением (+ ve).
pH = −log [H + ] или = −log [ H 3 O + ], где p означает «−log».
Ссылаясь на ионный продукт воды и используя отрицательный логарифм этого уравнения, приведенное выше соотношение принимает вид −log K w = (−log [H + ]) + (−log [OH — ]) = −log 10 −14 , Подставляя значение (-log) символом, приведенное выше уравнение принимает вид p K w = pH + POH = 14.
В случае нейтрального раствора pH = 7 и pOH = 7. Для раствора с pH = 5 POH = 9, а для раствора с pH = 8, POH = 6, следовательно, значение pH кислого раствора. растворов <7, а POH> 7, а для основных растворов PH> 7 и POH <7.
В случае сильной кислоты концентрация H + = конц. кислоты. В случае сильной щелочи концентрация ОН — = конц. щелочи, Для того же раствора значение pH + значение POH = 14.
- Если pH = 7, растворнейтральный.
- Если pH <7, растворкислый.
- Если pH> 7, растворщелочной.
Гидролиз солевых растворов
Это обмен ионами между солью и водой с образованием кислоты и основания, из которых была получена соль .
Кислота + Щелочь → Соль + Вода
Кислотные и основные свойства соли зависят от силы как кислоты, так и щелочи, образующихся в результате гидролиза соли в воде.
Гидролиз карбоната натрия Na 2 CO 3
Карбонат натрия представляет собой соль слабой кислоты и сильного основания . Раствор карбоната натрия превращается в лакмусовую бумажку синего цвета. Вода ионизируется как слабый электролит , давая ионы водорода и ионы гидроксида, а когда карбонат натрия растворяется, он дает ионы натрия и карбонат. ионы, как показано следующими уравнениями.
2 Н 2 О → 2 Н + + 2 ОН —
Na 2 CO 3 → CO 3 2 — + 2 Na +
Na 2 CO 3 + 2 H 2 O → H 2 CO 3 + 2 Na + + 2 OH —
В этой реакции образуются угольная кислота, ионы натрия и гидроксила, гидроксид натрия не образуется, потому что это сильный электролит , полностью ионизированный, угольная кислота образуется из-за реакции между ионами водорода (из-за ионизации воды) и ионами карбоната в раствор для получения угольной кислоты, это слабая кислота, почти не ионизированная, поэтому непрерывные ионы водорода образуются из воды, вызывая нарушение равновесия.
Чтобы достичь равновесия в соответствии с принципом Ле-Шателье, другие молекулы воды ионизируются, чтобы компенсировать уменьшение количества ионов водорода, вследствие чего образуются ионы гидроксила, которые накапливаются и увеличиваются в концентрации до уровня, превышающего концентрацию ионов водорода, дающую pH. > 7, значит, раствор карбоната натрия щелочной.
Раствор карбоната натрия оказывает щелочное (основное) действие на лакмусовый раствор из-за накопления ионов OH — в растворе с pH> 7. Карбонат-анион CO 3 2-, полученный из раствора H 2 CO 3, имеет тенденцию реагировать с водой, потому что H 2 CO 3 — слабая кислота , почти не ионизированная.
Гидролиз хлорида аммония
Хлорид аммония представляет собой соль сильной кислоты и слабого основания. Раствор хлорида аммония оказывает кислое действие на лакмусовый раствор из-за накопления в растворе ионов H + (pH <7). Растворимость хлорида аммония в воде представлена по следующим уравнениям.
Н 2 О → Н + + ОН —
NH 4 Cl → Cl — + NH 4 +
NH 4 Cl + H 2 O → H + + Cl — + NH 4 OH
Из этой реакции ясно, что ионы водорода, ионы хлорида и гидроксид аммония образуются при растворении хлорида аммония в воде. Соляная кислота не образуется, потому что это сильный электролит, полностью ионизированный (H + , Cl — ), присутствие хлорид-ионов (Cl — ) не влияет на водное равновесие, но ионы аммония реагируют с гидроксильными ионами (OH — ) в результате ионизации воды с образованием гидроксида аммония ( слабый электролит ).
Из-за образования и потребления гидроксильных ионов из воды равновесие сдвигается. Согласно принципу Ле-Шателье, другие (новые) молекулы воды ионизируются, чтобы компенсировать уменьшение гидроксильных ионов и, следовательно, достичь состояния равновесия, ионы водорода образуются, накапливаются и превышают концентрацию гидроксильных ионов, таким образом, раствор хлорида аммония становится кислым.
Гидролиз ацетата аммония
Ацетат аммония представляет собой соль слабой кислоты и слабого основания. Растворимость ацетата аммония в воде представлена следующими уравнениями.
Н 2 О → Н + + ОН —
CH 3 COONH 4 → CH 3 COO — + NH 4 +
CH 3 COONH 4 + H 2 O → CH 3 COOH + NH 4 OH
И уксусная кислота образуются и гидроксид аммония, Оба слабые электролиты , концентрация ионов водорода образуется из ионизации слабой кислоты очень мала, и равна концентрацией гидроксильных ионов , образующихся в результате ионизации слабой щелочи , таким образом, решением является нейтральный.
Гидролиз хлорида натрия
Хлорид натрия представляет собой соль сильной кислоты и сильного основания, растворимость хлорида натрия в воде представлена следующими уравнениями.
Н 2 О → Н + + ОН —
NaCl → Na + + Cl —
NaCl + H 2 O → H + + OH — + Cl — + Na +
И соляная кислота, и гидроксид натрия являются сильными электролитами и полностью ионизированы, поэтому ионы водорода и гидроксила, образующиеся в результате ионизации воды, остаются постоянными, а раствор нейтрален.
Процесс гидролиза противоположен процессу нейтрализации, при растворении соли в воде образуются кислота и щелочь (из которых получена соль), кислотные или основные свойства солевого раствора зависят от соответствующей силы обоих веществ. кислота и щелочь образуются из-за растворения соли в воде.
При растворении поваренной соли в воде соляная кислота и гидроксид натрия не образуются, но при растворении ацетата аммония в воде образуется уксусная кислота, гидроксид аммония, потому что гидроксид натрия и соляная кислота полностью ионизированы ( сильные электролиты ), в то время как гидроксид аммония и уксусная кислота образуются. неполностью ионизированный ( слабые электролиты ).
Продукт растворимости
Когда растворенное вещество добавляется к подходящему растворителю определенного качества, при указанной температуре растворенное вещество растворяется. Если добавляется дополнительное растворенное вещество, оно также растворяется, но этот процесс растворения не продолжается до бесконечности, мы достигаем состояния, когда раствор насыщается растворенным веществом, и раствор становится неспособным растворять больше растворенного вещества при постоянном объеме и температуре.
Любое растворенное вещество, добавленное на этой стадии, будет осаждаться в растворе. Устанавливается состояние динамического равновесия между твердым веществом (растворенным веществом) и раствором (растворителем), при котором скорость растворения равна скорости осаждения, а концентрация раствора остается постоянной, В этом случае может применяться закон действия масс .
Растворение труднорастворимого бромида свинца в воде определяется соотношением:
PbBr 2 → Pb +2 + 2 Br —
Константа равновесия определяется соотношением:
K c = [ Pb 2+ ] [ Br — ] 2 / [ PbBr 2 ]. Концентрация твердого PbBr 2 остается почти постоянной.
K sp = [ Pb 2+ ] [ Br — ] 2 , K sp известен как произведение растворимости.
Произведение растворимости для любого труднорастворимого ионного соединения — это произведение концентрации (выраженной в моль / литр) его ионов, возведенное в степень числа ионов, находящихся в равновесии с его насыщенным раствором.
Насыщенный раствор представляет собой динамическую систему, поскольку насыщенный раствор состоит из растворенного вещества и раствора, и между ними существует состояние динамического равновесия, при котором часть растворенного вещества растворяется, а такое же количество выпадает в осадок.