Йонни реакции. Произведение на разтворимост. Хидролиза

Реакциите между киселините, основите и солите са всъщност реакции между йоните, които се получават при електролитната дисоциация на тези електролити във воден разтвор. И в зависимост от природата на реагиращите електролити и природата на получаваните продукти съществуват следните йонни реакции:

Обратими реакции - това са случаите, когато изходните и крайните продукти са много разтворими във вода и са силни електролити. Например процесът между KNO₃ и NaCl; K⁺ + NO₃^- + Na⁺ + Cl^- =K⁺ + Cl^- + Na⁺ + NO₃^-.
Понеже крайните продукти KCl и NANO₃ са много разтворими и силни електролити както изходните KNO₃ и NaCl, видим или пък термичен ефект не е наблюдава.
Утаечни реакции. Ако се вземе системата NaCl-AgNO₃, опитът показва, че в общия разтвор се наблюдава външен ефект - получава се бяла утайка. Двата електролита са много разтворими и са силни. Процесът е Na⁺+Cl^-+Ag⁺+NO₃-=AgCl+Na⁺+NO₃^-. Утайката е AgCl - очевидно неразтворимо вещество, докато NaNO3 е много разтворим силен електролит. Концентрацията на Na⁺ и NO₃^- са същите както преди процеса. Равновесието в общия разтвор се измества в посока на получаването на утайка - реакцията отива до край. И понеже външният ефект се определя от Ag⁺ и Cl^-, можем да напишем Ag⁺+Cl^-=AgCl. Това уравнение, наричано йонно, изразява фактическата страна на процеса. То е по-обхватно от обикновеното химично уравнение преди всичко с това, че "срещнат" ли се Ag⁺ и Cl^- в общ разтвор, независимо от природата на изходните вещества, винаги се получава утайка от AgCl.
Реакции с отделяне на газ. Ако се смесят водни разтвори на HCl и KCN два силни електролита, опитът показва, че се отделя газ със специфична миризма. Йонно изразен процесът е H⁺+Cl^-+K⁺+CN^-=K⁺+Cl^-+HCN.KCl не е газ, а силен електролит, твърд и разтворим във вода. Концентрацията K⁺ и Cl^- остава неизменна през времето на реакцията. Очевидно външният ефект трябва да се отнесе на HCN. това е газ, разтворим във вода, много слаб електролит. За късо време разтворът се насища на HCN и той започва да се отделя из системата. И тук равновесието се изтегля в една посока - отделяне на газ. Реакцията отива до край.
Получаване на слаб електролит. Съществуват два случая: с получаване на вода - неутрализационни процеси с получаване на слаб електролит HgCl₂.Hg(CN)₂ и други.
а) Неутрализационни процеси. Ако се смесят двата силни електролита KOH и HCl, протича процес, при който видим ефект няма, но системата се стопля, което говори, че равнивесието в системата се е извело в дадена посока. Йонно изразена реакция е K⁺+OH^-+H⁺+Cl^-=K⁺Cl^-+H₂O. KCl е силен електролит. Концентрацията на K⁺ и Cl^- остават неизменни. Очевидно топлинният ефект трябва да се отнесе на процеса H⁺+OH^-=HOH. Водата, както се изтъкна, е много слаб електролит и големите концентрации H⁺ и OH^-, внесени с KOH и HCl не могат да стоят в равновесие помежду си. Това са неутрализационните процеси. Като се има предвид, че KOH, NaOH, LiOH, CsOH и други, както и киселините HCl, HNO₃, HBr, HI и други са силни електролити, следва да заключим, че топлинният ефект за грам-мол вода при неутрализацията силна основа силна киселина не ще зависи от тяхната природа. И действително това е така. Неутрализационната топлина за грам-молно количество вода е 13,7 kcal.
б) Получаването на слаб електролит (сол). Интерпретацията е същата както при "неутрализационни процеси" с тази разлика, че процесите тук са обикновено между соли с получаването на слаб електролит (сол). Например процесът 2KCl + Hg(NO₃)₂; йонно 2K⁺+2Cl^-+Hg²⁺2NO₃^-=2K⁺+2Cl^-+HgCl₂. Топлинният ефект се определя от процеса Hg²⁺+2Cl^-=HgCl₂, при който се получава слабият електролит HgCl₂. При процеса 2KCN+Hg(NO₃)₂ топлинният ефект пък се определя от процеса Hg²+2CN-=Hg(CN)₂ , тъй като Hg(CN)₂ е много слаб електролит.

Ако се спрем на малкоразтворимия електролит AgCl (утайка), частта, която е разтворена, се е дисоциирала -AgCl⇔Ag⁺+Cl^-. Равновесната константа за нея за обикновена температура е както следва: K=([Ag⁺][Cl^-])/([AgCl]). ще бъде постоянна величина. Тя се обозначава обикновено с ПР или ПР=[Ag⁺][Cl^-]. Това е произведението на разтворимост, произведение от грам-йонните концентрации за литър на йоните при наситен разтвор на малкоразтворимото вещество. Неговият смисъл е, както и да се изменя концентрацията на йоните на малко разтворимия електролит, в наситения му разтвор, произведението от техните грам-йонни концентрации за дадена температура е постоянна величина и зависи само от температурата.

ПР за обикновена температура на AgCl е 1,73*10^-10, на CuS 4*10^-38 и прочие.

Ако към наситения за обикновена температура разтвор на CaSO₄ с ПР=[Ca²⁺][SO₄^2-] се прибави малко CaCl₂, понеже ПР не зависи от концентрацията на Ca²⁺, ще протече процес на свързване на Ca²⁺ с SO₄^2- при образуване на съответно количество утайка, тоест прибавката на Ca²⁺ намалява при неизменна температура разтворимостта на CaSO₄. Произведението на разтворимост не представлява самата разтворимост.

При хидролиза се разбира взаимодействието на йоните на солта с водата или нейните йони, което се придружава най-често с промяна на реакцията на средата. По същество хидролизата е обратим процес на неутрализацията. Тъй като последната е екзотермичен процес, очевидно хидролизата е ендотермичен процес.

В зависимост от силата на киселината и основата очертават се следните случаи на хидролиза:

Сол от силна киселина и слаба основа. Ако SnCl₂ се разтвори във вода, той реагира с водните молекули SnCl₂+2HOH=Sn(OH)₂+2HCl или йонно изразено Sn²⁺2Cl^-+2H⁺+2OH^-=Sn(OH)₂+2H⁺+2Cl^-. Образуваният Sn(OH)₂ е слаба основа - утайка. В разтвора остава HCl, тоест йоните H⁺ и Cl^-. Водородните йони определят кисела реакция на средата.
Сол от силна основа и слаба киселина. Ако KCN се разтвори във вода, протича йонно изразено процесът K⁺CN^-+H⁺+OH^-=K⁺+OH^-+HCN. Циановодородната киселина е много слаба киселина-електролит. В разтвора остава силният електролит KOH-K⁺ и OH^-. Последните определят основната (алкалната) реакция на средата.
Сол от слаба основа и слаба киселина. Ако се разтвори NH₄CN във вода, той реагира йонно с водата NH₄⁺+CN^-+H⁺+OH^-=NH₄OH+HCN. И двата крайни продукта са слаби електролити. В разтвора не се натрупва нито H⁺, нито OH^-. В случая реакцията на средата е почти неутрална.
Сол на силна киселина и силна основа. Ако се спрем на KCl при взаимодействието му с водата (йоните) й получават се като крайни продукти два силни електролита - киселина и основа HCl и KOH (теоритично погледнато). Тъй като концентрациите на H⁺ и OH^- са еквивалентни както при водата, реакцията на средата е неутрална.

Като следствие от казаното, очевидно е, че взаимодействието между силни киселини и силни основи отива докрай. При останалите случаи поради хидролизата взаимодействието не протича до известно равновесно състояние. Отношението между броя хидролизирани молекули и общия брой разтворени молекули се означава като степен на хидролизата. Тя зависи от концентрацията на разтвора и най-вече от температурата. При увеличение на концентрацията степента на хидролизата намалява при еднакви други условия. При повишение на температурата степента на хидролизата се увеличава в съответствие с принципа на Льо Шателие-Браун.