Ионно-обменные реакции в растворах

В водных растворах электролитов химические реакции протекают с участием ионов, такие реакции называются ионными, а уравнения этих реакций – ионными уравнениями.

Если смешать разбавленные растворы двух электролитов АВ и СД, то раствор будет содержать все четыре возможных иона А и В, С и Д. При химическом взаимодействии растворов реакция протекает не между молекулами, а между ионами. При столкновении их образуются новые вещества:

АВ + СД = АД + СВ,

что можно выразить ионным уравнением

А⁺ + В ^– + С⁺ + Д ^– = А⁺ + Д ^– + В ^– + С⁺

В итоге установится равновесное состояние. Положение равновесия в подобной системе зависит от свойств образующихся веществ. Главную роль при этом играет вероятность возникновения того или иного из них, определяемая числом столкновений между соответствующими ионами.

Все ионные реакции могут быть обратимыми. Необратимыми они окажутся лишь в случае, если их продукты уходят из сферы реакции. Для равновесия ионных реакций можно сформулировать следующее положение: равновесие ионных реакций смещается в сторону образования менее диссоциированных веществ либо при удалении какого-либо вещества из «сферы реакции».

Уменьшение концентрации ионов может произойти в результате:

а) образования малорастворимого вещества:

AgNO₃ + NaCl = AgCl↓ + NaNO₃ (молекулярное уравнение)

Ag⁺ + NO₃ ^– + Na⁺ + Cl ^– = AgCl↓ + Na⁺ + NO₃ ^– (полное ионное уравнение).

Исключив ионы, не взаимодействующие между собой, получаем сокращенное ионное уравнение

Ag⁺ + Cl ^– = AgCl↓;

б) образования газообразного вещества, уходящего из раствора:

CO₂↑

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂CO₃

H₂O

2Na⁺ + CO₃^{2 –} + 2H⁺ + SO₄^{2 –} = 2Na⁺ + SO₄^{2 –} + H₂O + CO₂↑

CO₃^{2 –} + 2H⁺ = H₂O + CO₂↑

в) образования растворимого, но малодиссоциированного вещества, например, воды, слабой кислоты или слабого основания:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Na⁺ + OH ^– + H⁺ + Cl ^– = Na⁺ + Cl ^– + H₂O

OH ^– + H⁺ = H₂O

CH₃COONa + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CH₃COOH

CH₃COO ^– + Na⁺ = 2Na⁺ + SO₄^{2 –} + CH₃COOH

CH₃COO ^– + H⁺ = CH₃COOH;

г) образования из нескольких простых ионов сложного комплексного иона

HgI₂ + 2KI = K₂[HgI₄]

Hg²⁺ + 2I ^– + 2K⁺ + 2I ^– = 2K⁺ + [HgI₄]^{2 –}

Hg²⁺ + 4I ^– = [HgI₄]^{2 –}

* Нелетучим можно считать вещество, температура кипения которого примерно на 150°C или более отличается от температуры кипения растворителя.

* В качестве полупроницаемых перегородок для водных растворов применяют пленки растительного или животного происхождения, а также искусственные полимерные пленки (целлофан и др.). Прочные сосуды с полупроницаемыми стенками получают из неглазурованной керамики, поры которой заполнены осадком Cu₂[Fe(CN)₆].

* Термин «ион» (греч. «идущий») предложен М.Фарадеем в 1834 г. для обозначения самостоятельно существующей заряженной частицы.

* * Диэлектрическая проницаемость ε - величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия двух зарядов в изучаемой среде меньше, чем в вакууме.

* Зарядом иона z называют отношение заряда иона, выраженного в кулонах, к заряду электрона = 1,602 10^–19 кул; заряд иона, в кулонах, соответственно, равен произведению ez.