Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

8.2: Іонізація кислот в розчині

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    18173

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Загалом, кислоти можна розглядати як молекулярні сполуки, що містять принаймні один водень, який ковалентно пов'язаний з більш електронегативним атомом. Як приклад розглянемо з'єднання фтористого водню (HF). Як ми обговорювали в главі 7, електронегативність водню і фтору становлять 2.1 і 4.0 відповідно, а ковалентний зв'язок воднево-фтористий дуже сильно поляризований.

    Через це, коли фторид водню розчиняється у воді, молекули води орієнтуються навколо HF так, що диполі води взаємодіють з високополяризованим зв'язком H—F і стабілізують її. Важливою для цієї стабілізації є водневий зв'язок, яка утворюється між воднем HF і киснем сусідньої води. Цей водневий зв'язок не тільки стабілізує молекулярний диполь HF, але й послаблює ковалентний зв'язок H—F. В результаті цього ослаблення зв'язок H—F розтягується (довжина зв'язку збільшується), а потім повністю розривається. Водень, який був пов'язаний з молекулою води, тепер стає повністю зв'язаним з киснем, утворюючи вид H 3 O + (іон гідронію), а фтор зараз існує як аніон фтору. Це відомо як процес дисоціації кислоти.

    Хімічне рівняння, що описує реакцію дисоціації кислоти ВЧ, наведено в рівнянні 8.2 a. Продукти реакції, аніон фтору і іон гідронію, є протилежно зарядженими іонами, і розумно припустити, що вони будуть притягуватися один до одного. Якщо вони стикаються, також розумно припустити, що процес перенесення водню, який ми описали вище, також може відбуватися в зворотному порядку. Тобто H 3 O + може водню зв'язуватися з іоном фтору і водень може бути перенесений назад, утворюючи HF і воду. Хімічне рівняння, що описує цей процес, показано в Рівнянні 8.2 b. Насправді ці дві реакції відбуваються одночасно (і дуже швидко) у розчині. Коли ми говоримо про набір реакцій вперед і назад, які відбуваються разом на дуже швидкій шкалі часу, ми описуємо набір реакцій як рівновагу і використовуємо спеціальну подвійну стрілку в хімічній реакції, щоб показати це (Рівняння 8.2 c). Рівняння 8.2 c можна сказати, що представляє рівноважну дисоціацію HF у воді.

    ВЧ (ак) + Н 2 О (л) → Н 3 О + (ак) + Ф — (ак) Ек. 8.2а

    ВЧ (ак) + Н 2 О (л) ←Н 3 О + (ак) + Ф — (ак) Ек. 8.2b

    ВЧ (ак) + Н 2 О (л) Н 3 О + (ак) + Ф — (ак) Ек. 8.2c

    Для будь-якої рівноваги може бути записана постійна рівноваги, яка описує, чи будуть продукти або реагенти переважаючими видами в розчині. Ми розглянемо це повністю в главі 10, але відповідно до Закону масової дії постійна рівноваги, K для цієї реакції, просто задається співвідношенням активності продуктів і реагентів. Для спрощення розрахунків діяльність розчинених речовин наближається концентрацією в одиницях молярності. Зверніть увагу, що будь-які тверді або рідкі реагенти або продукти, або розчинники (наприклад, вода) вважаються чистими речовинами, і тому мають активність, яка дорівнює 1. Таким чином, для іонізації ВЧ

    \[K_{a}=\frac{a_{H_3O^+}·a_{OH^-}}{a_{HF}·a_{H_2O}} \approx \frac{[H_{3}O^{+}][F^{-}]}{[HF](1)}=\frac{[H_{3}O^{+}][F^{-}]}{[HF]} \nonumber \]

    Коли ви маєте справу з кислотами, постійна рівноваги, як правило, називається постійною дисоціації кислоти, і пишеться як K a. Чим більше значення K а, тим більше ступінь іонізації і тим вище результуюча концентрація іона гідронію. Оскільки концентрація іона гідронію безпосередньо корелює з кислотністю, кислоти з великим значенням К а називаються сильними кислотами. Ми введемо «слабкі кислоти» в главі 10, але наразі важливо пам'ятати, що сильні кислоти практично на 100% іонізуються в розчині. Це не означає, що зворотна реакція не відбувається, це просто означає, що набагато сприятливіші і що 99,9999999999% кислоти присутній в її іонізованій формі. Оскільки це перевищує кількість значущих цифр, з якими ми зазвичай працюємо, сильні кислоти, як правило, описуються як 100% іонізовані в розчині. У таблиці 8.1 перераховані поширені сильні кислоти, які ми вивчимо в цьому тексті.

    Таблиця 8.1. Загальні сильні кислоти

    Таблиця 8.1 Загальні сильні кислоти
    HCl соляна кислота
    HNO 3 азотна кислота
    Н 2 ТАК 4 сірчана кислота
    HBr бромна кислота
    ПРИВІТ воднева кислота
    ХЛО 4 хлористої кислоти