nekrasovI (1114433), страница 65
Текст из файла (страница 65)
п. При 7 этом полное равенство концентраций Н н ОН' возмоа<но лишь в случае полного равенства силы основания н кислоты. Хорошую иллюстрацию изложенному дает рис. Ч-28, У < иа котором показана часть результатов, полученных прн Р РРР РРР. тщательном изучении разбавлы<иых растворов некоторых С, ггрлз//л солей. Как видно нз рисунка, СН,СООХН, близко огне. чает условию равенства силы основания н кислоты, тогда как КС1 сообшает раствору очень слабую кислую реакцию. 5) Для сачей с одновалентным катионом и одновазеитиым анионом степень гидролиза (в чз) при небольших ее величинах может быть вычислена по след)юшим приближенным формулам: Рве Ч.я< Зазчеввврн врез бзвлевиил рве<ворах евлеа слабое основание сильная кислота Л- РОО]ГК./С.Км „ слабое оснонанне слабая кислота "- !001~ К /Кнх'Кмон сильное основание слабая кислота Л - РОО.[/К,/С.
Кнк где Кв — ионное произведение воды, С вЂ” нормальная концентрация соли, Ках — константа днссоциации слабой кислоты и Км он — слабого основания. 6) Как н днссоциации слабых электролитов, к гидролнзу применим закон действия ма с. Поэтому гндролнтнческое равновесие может быть окарактернзовано не только степенью, но и холггангой гидролиза (К„).
Прн расчете последней для разбавлеииык растворов концентрацию воды обычно считают постояниоА величиной н включают в чнс,зовое значение константы. В простейшем случае соли с одиоваленгиымн ионами (М'А-), образованной одним сизы ым и одним слабым компонентом, между константой гидролиза, ионным произведечием воды и константой диссоциация слабого компонента (кз<очоты нлн основания) имеет место соотношение К< = Кв/К <вб,, т. е.
при обычиык условиях К< = = 1(?ы/Келвб Например, для ХаСХ (доп. 3) имеем: Кз = [НСХ][ХаОН]/[ХаСХ] = = [НСХ][ОН'КСХ'] !О "/5 10 "= 2 1О '. Го степенью гндроляза его константа связана так же, как и в случае электролити. ческой днссоциации (6 5 доп. 23). Для достаточно малых значений этой степени можно приближенно считать, чтой УКг/С нлн — в процентах — Л 100)/К,/С. При одновременной слабости н основания, н кислоты приближенно имеем: К.
К /Кмон Кнх и Л= )/Кг нлн Л(вй) 100 )гКг НапРимеР,дла СНзСООХН<в обычных условиях К< 10 "/2 ° 1О ' 2 10 ' 2,5 !О з и Л = 5 10-' или Л = 0,5<)е. 7) Помимо чисто химических приложений гидролнз имеет большое значение для многих процессов, протекаюшик в живых организмах. Например, биологическая роль некоторых входящих в состав крови солей (ХвНСО, и ХазНРО<) заключаетса главным )г.
Растворы образом в поддержании постовнства концентрации ионов водорода (т, е. определенной реакции среды). Это осуществляется путем смешения равновесий гндролиза по схемам НСО'+ Н О =е Н,СО, + ОН' н НРО + Н,О ~ Н,РО;+ ОН' Если в крови каким-либо путем создается избыток ионов Н, последние сввзываютсв гндрокснльнымн ионамн н приведенные равновесна смещаютсв вправо, а прн избытке зонов ОН' — влево. Благодарв этому (а также буферному действию белковых веществ) РН крови элорового человека лишь очень незначнтетьно колеблется около среднего значении 7,35 (если отклонение от него достигает ~0,4 единицы рН, то наступает смерть).
Несколько меньшее постоянство рН наблюдается при нормальном состоянии организма длв желудочного сока (рН кв 1,5), слюны (рН кв 7), желчи (РН нв 8), мочи (рН вв 6), пота (рН кв 6) н т. д. 8) Биологическое значение концентрации ионов водорода распространяется н на растительные организмы: каждый вид наземных растений длв своего наиболее успешного развитии требует наличии в почве определенной концентрации водородных ионов. Например, картофель лучше всего растет на слегка кислых почвах (рН = 5). люцерна нв слегка щелочных (рН = 8), а пшеница на нейтральных (рН = 7). Значении рН отдельных почв колеблются от 3 до 9, но длн большинства лежат в пределах 5 — 7, т, е, почвы имеют, как правило, слегка кислый характер. Напротив, длв поверхностных вод океана характерна слегка щелочная реакции: рН поддержнваетсв в ннх (за счет гидролнза карбонатов) на приблизительно постоянном уровне 8,1 — 8,3.
$8, Химия и электрический ток. От рассматривавшихся в предыдущих параграфах реакций ионного обмена принципиально отличаются реакции вытеснения. Если при ионном обмене происходит стяжение в тех или иных комбинациях у ж е с у щ е с т в у ю щ и х ионов, то при вытеснении один ион превращается в нейтральный атом и одновременно образуется новый ион. Следовательно, реакции вытеснения связаны с переходом электронов.
Из простейших процессов этого типа чаще всего встречаются случаи взаимодействия металлов с кислотами. Примером может служить реакция, обычно используемая для получения водорода: 2п + 2НС! = ЕпС!з + Нз Так как НС! и 2пС!з являются сильными электролитами, а молекула Нз на ионы не распадается, приведенное уравненле в нонной форме имеет вид Еп+ 2Н'+ 2С!'= 2п" + 2СГ+ Нз нли, после сокращения не изменяющихся составных частей: Хп+2Н'=Хп" + Нз Таким образом, нейтральные атомы цинка превращаются в ионы, а ионы водорода — в нейтральные атомы (которые затем соединяются в молекулы).
Очевидно, что процесс сводится к передаче электронов от цинка ионам водорода. Последнее уравнение показывает, что характер реакции непосредственно зависит от природы металла и концентрации ионов водорода. В то время как концентрация ионов Н' обусловливает ту или иную скорость рассматриваемой реакции, другой фактор — химическая природа металла — определяет практическую в о з м о ж н о с т ь ее возникновения. Действительно, переход электронов к ионам водорода может иметь место только в том случае, если металл эти электроны достаточно легко отдает. Поэтому при взаимодействии с кислотами не все металлы вытесняют водород, а лишь те, которые достаточно хими- б Д Химия и электрический ток чески активны. Например, цинк и железо вытесняют водород из кислот„медь н серебро — не вытесняют.
Еще нагляднее, чем по взаимодействию с кислотами, активность металлов (т. е. легкость отдачи ими электронов) можно сравнивать, наблюдая вытеснение одних металлов другими из растворов их солей, например, по реакции 2п + Сп$04= 2п804+ Сц и еп+ Сп"=еп" + Си Очевидно, что если бы удалось осуществить Рис. Ч-29. Схема гаяьнаннчепередачу электронов не непосредственно, а через металлический провод, то по нему потек бы от цинка к меди поток зле к т р о н он, т. е.
электрический ток. На рис. Н-29 показана схема гальванического элемента, т. е. установки, делающей возможной такую передачу электронов го проводу. Сосуд А и соединяющая оба сосуда трубка В заполнены раствором Еп80», сосуд Б — раствором Сн804. В первый из ннх опущена цинковая пластинка, а во второй — медная. Если соединить обе пластинки проводом, то по нему в указанном стрелкой направлении потечет электрический ток. Возникновение тока обусловлено различной концентрацией свободных электронов в отдельных металлах (ПН $ 8) и стремлением ее к вы р а в н ива н и ю при их контакте.
На границе раздела между металлом и раствором его соли одновременно имеют место равновесия (для однозарядных ионов) М вЂ” е+М+ металл и М +ай -М' раствор или, в общем: М+а4( в е+М .Уменьшение концентрации свободных электронов в металле (ниже обычной для него величины) благоприятствует смещению равновесия апра во, т. е. дополнительному возникновению положительных ионов и их переходу в раствор. Наоборот, увеличение концентрации свободных электронов способствует смещению равновесия влево, т.
е. превращению положительных ионов в нейтральные атомы (с выделением последних на поверхности металла). Так как в цинке концентрация свободных электронов выше, чем в меди, цинковый электрод обозначается минусом, а медный плюсом. Таким образом, сущность реакции вытеснения одним металлом другого заключается в передаче электронов от атома первого металла иону второго. Например, по ряду металлов — 2п, е е Ре, Сн, Ад — каждый предыдущий вытесняет последующий из его солей, тогда как обратное вытеснение ие наблюдается. Это показывает, что прочность связи электронов в металле увеличивается от Еп к Ац. 4 Процесс взаимодействия цинка с медью по приведенной выше схеме можно разбить на две стадии; 2п= Хп" +2е и 2е+ Сп" = Си я б Ч.
Раствори При соединении обоих электродов проводом некоторая часть электронов переходит по нему с цинка на медь, тем самым заряжая цинковую пластинку положительно, а медную отрицательно. Положительный заряд цинка тотчас же нейтрализуется путем пер е хо да в раствор положятельных ионов Еп . Тотчас же нейтрализуется и отрицательный заряд меди путем осаждения на электроде положительных ионов Сп" (с переводом их в нейтральные атомы). Одновременно соответствующая часть ионов 2п' переходит по соединительной трубке В из сосуда А в сосуд Б.
Все рассмотренные процессы протекают непрерывно (до растворения всего цинка или полного Разложения соли меди). Таким образом, в гальваническом элементе эа счет химической реакции получается электрический ток.з Случай пары 2п — Сп не является исключением.
Соответственно подбирая условяя в гальваническом элементе, можно получить элек- трический ток при помощи любой Водяной с«ели«н лмоес евр реакции вытеснения. Чем значительнее различие кон- центраций свободных электронов, й тем интенсивнее войдет передача нх лге о«е и ~~ соло «сер одним металлом другому, т.
е. тем l ~Ф л большее напряжение будет да- Ф вать гальванический элемент. Зная е кос гс.гоо ос знак заряда каждой из пластинок и Рвс Ч-Зц Аввлогва волной в эл в- измеРЯЯ напражение тока, моксно ческоя систем. оценить сравнительную активность различных металлов и расположить их по этому признаку в так называемый ряд напряэкений. Последний в основных чертах имеет следующий вид: .. К ... Са ... Мй' ... Еп ...
Ее ... Бп... Н ... Сп... Аа... Ап .. Ниже приводятся важнейшие следствия из ряда напряжений. 1) Каждый металл способен вытеснять из солей все другие, расположенные в ряду напряжениЯ правее него. 2) Все металлы, расположенные левее водорода, могут вытеснять его нз кислот, расположенные правее — не вытесняют.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
