Механизм реакции обмена в растворах электролитов. Огромное полностью диссоциированы.
В общем виде реакция обмена может быть выражена уравнением
АВ + CD = AD + СВ
Предположим, что АВ и CD — сильные электролиты и, следовательно, растворы их содержат ^исключительно свободные ионы А•, В’, С• и D’. Тогда результат реакции будет всецело зависеть от растворимости и способности к диссоциации образующихся веществ AD и СВ. Здесь возможны два основных случая: 1) образующиесявещества тоже сильные электролиты, хорошо растворимые в воде, и 2) одно или оба образующихся веществанерастворимы или являются слабыми электролитами.
Посмотрим на конкретных примерах, что происходит в том и другом случае.
Смешаем растворы двух сильных электролитов хлористого натрия NaCl и азотно
NaCl + KNO3 = NaNO3 + КСl
Так как соли NaNO3 и КСl хорошо растворимы в воде, то раньше считали, что эта реакция не доходит до конца и приводит к состоянию равновесия между взятыми и образующимися солями. Теперь мы знаем, что все четыре соли, как сильные электролиты, полностью диссоциированы на ионы. Поэтому, переходя к ионному уравнению реакции, можно написать:
Na• + Сl’ + K + NO3′ = Na• + NO3′ + К• + Сl’
Отсюда видно, что как до смешивания растворов, так и после него в растворе будут находиться только свободные ионы:
Na•, K• , Cl’ и NO3′
Таким образом, с точки зрения ионной теории в данном случае,?вообще не происходит никакой реак-ц и и. Этот вывод подтверждается и тем, что при смешивании растворов хлористого натрия и азотнокислого калия не наблюдается ни выделения, ни поглощения тепла, что указывает на отсутствие химического превращения.
Иначе обстоит дело, если одно из образующихся веществ является слабым электролитом. Рассмотрим, например, реакцию, происходящую при смешивании раствора уксуснокислого натрия NaCH3COO с раствором соляной кислоты:
NaCH3COO + НСl = СН3СООН + NaCl
До смешивания растворы содержали ионы Na•, СН3СОО’, Н• и Сl’, После смешивания ионы СН3СОО’, встречаясь в растворе с ионами Н• будут соединяться с ними, образуя недиссоцииро-ванные молекулы слабого электролита — уксусной кислоты СН3СООН. Это будет происходить до тех пор, пока в растворе не останется лишь такое число ионов Н• и СН3СОО’, которое соответствует степени диссоциации уксусной кислоты. В результате раствор будет содержать ионы Na•, СГ, молекулы СН3СООН и незначительное число ионов Н• и СН3СОO’. Пренебрегая последним, можно изобразить происходящую реакцию следующим ионным уравнением:
Н• + Сl’ + Na• + СН3СОО’ = Na• + Сl’ + СН3СООН
или, исключив ионы, не участвующие в реакции:
H• + CH3COO’ = CH3COOH
Следовательно, вся реакция сводится к образованию недиссоциированных молекул уксусной кислоты из ионов Н•и СН3СОО’. Такую реакцию называют вытеснением слабой кислоты из ее соли сильной кислотой, потому что при этой реакции сильная кислота (соляная) заменяется в растворе слабой кислотой (уксусной).
Другим примером реакции, при которой происходит образование слабо диссоциирующего вещества, является реакция нейтрализации сильных кислот сильными основаниями, например:
НСl + NaOH = NaCl + Н2O
Так как одно из образующихся при этой реакции веществ — вода — практически почти не диссоциирует на ионы, то, переходя к ионному уравнению, получаем:
H• + Cl’ + Na•+OH’ = Na• +Cl’ + H2O
Н• + ОН’ = Н2О
Последнее уравнение выражает процесс нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием на языке ионной теории. Следовательно, нейтрализация сводится к образованию молекул воды из ионов водорода (или гидроксония) и ионов гидроксила.
Если всякий процесс нейтрализации сильной кислоты сильным основанием состоит только в соединении водородных и гидроксильных ионов, то и количество выделяющегося при нем тепла всегда должно быть одно и то же, независимо от природы кислоты или основания. Опыт действительно подтверждает этот вывод: при нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным осно-
ванием на каждую граммолекулу образующейся воды выделяется около 13,8 ккал тепла:
HCl + NaOH = NaCl + Н2O + 13,75 ккал
HNO3 + КОН = KNO3 + Н2O + 13,77 ккал
НСl + КОН = КСl + Н2O + 13,75 ккал
Реакции, аналогичные реакциям, протекающим с образованием слабого электролита, происходят и в тех случаях, когда одно из образующихся веществ нерастворимо и выделяется из раствора в виде осадка или в виде газа. Примером могут служить уже разобранные раньше реакции взаимодействия солей серебра с солями соляной кислоты, которые сводятся к образованию нерастворимого хлористого серебра из ионов серебра и хлора:
Ag• + Сl’ = AgCl
Правда, абсолютно нерастворимых веществ нет, поэтому при