химический каталог




Не только в воде

Автор Ю.Я.Фиалков

отного

оксида с водой SO3 + НгО=H2SO4. Основание же — продукт взаимодействия с водой основного оксида Na20+H20 = = 2NaOH. Запомнив это, попытаемся действительно обойтись без воды.

Путем, ведущим к этой цели, будет сопоставление нескольких реакций:

1) смешаем растворы кислоты и щелочи

H2S04 + 2NaOH = Na2S04 + 2H20;

2) внесем оксид натрия в абсолютную серную кислоту

Na20 + H2S04 = Na2S04 + H20;

3) смешаем серный ангидрид и едкий натр

S03 + 2NaOH = Na2S04 + H20;

4) сплавим серный ангидрид и оксид натрия

S03 + Na20 = Na2S04.

Заметить сходство этих четырех реакций труда не составляет: во всех случаях образуется один и тот же продукт — сернокислый натрий. Но если первую из реакций, безусловно, относят к классу кислотно-основных (реакций нейтрализации), то справедливо ли остальным трем отказывать в принадлежности к этому типу? Ведь в последней из этих реакций вода не присутствует ни в явной, ни в скрытой формах. И несмотря на это имеются все основания назвать SO3 кислотой, a Na20 — основанием, хотя бы потому, что при взаимодействии этих соединений образовалась соль — необходимый продукт кислотно-основного взаимодействия.

Итак, подобная терминология не противоречит духу химии. Но она не расходится и с ее буквой. Ведь мы часто называем СО2* углекислотой, а оксиды щелочноземельных металлов (например, СаО) — щелочами, что отражает в известной степени ситуацию примерно полуторавековой давности, когда химики не проводили сколь-нибудь резкой границы между оксидами и отвечающими им щелочами либо кислотами.

Все эти соображения позволили крупнейшему швейцарскому химику А. Вернеру в начале нашего века выдвинуть теорию ангидрокислот и ангидрооснований, которая описывает случаи кислотно-основного взаимодействия, протекающие в отсутствие растворителя. Этимология этих названий (от греческих an + + hydris, т. е. безводный), достаточно выразительна, чтобы ее следовало комментировать.

По теории Вернера единственным классификационным признаком реакций кислотно-основного взаимодействия является образование соли. Поэтому здесь к типу кислот либо оснований нередко относят соединения, которые с позиций «водной» химии выглядят столь же непривычно, как, скажем, выглядела бы очередная экранизация «Золушки» с В. Гафтом в заглавной роли. Действительно,

Ангндрокислота + 'Ангидро-основанне = Соль

S03 + Na20 = Na2S04;

P2S5 + 3K2S = 2K3PS4;

SnCU + 2KC1 = K2SnCI6;

Pt(N02)2 + 2KN02 = K2[Pt(N02)4].

Сочетания для традиционной химии и впрямь неожиданные. Но логичные.

Отступление (нелирическое)

Заметим прежде всего, что все системы классификации ввел человек для своего удобства. Каждое явление, каждый предмет характеризуются бесконечным набором признаков, свойств. Для классифицирования же выбирают лишь ограниченное число признаков. Классификация, согласно которой предметы подразделяют на сладкие, кислые и горькие, никак не противоречит да и не стыкуется с классификацией, которая предусматривает деление тех же предметов на красные, оранжевые и т. д. Поэтому различные системы классификации не должны противопоставляться друг другу.

Если в качестве признака основания выбрать обязательное наличие отщепляющегося иона ОН" (классическая теория), то, разумеется, называть в рамках этой теории КС1 основанием означало бы навлечь на себя справедливый гнев собеседника, находящегося в плену образов теории Аррениуса. Но коль-скоро вы рассматриваете взаимодействие в отсутствие воды, да и любого растворителя и, следовательно, можете обратиться к теории Вернера, согласно которой^ любое вещество, взаимодействующее с ангидрокислотой, есть основание, то причисление КО к этому типу химических соединений выглядит более чем естественным.

«Ониевые соли»

Исторически теория ангидрокислот и ангидрооснований сыграла очень важную роль. Она.показала, что понятия «кислота» и «основание» вовсе не обязательно связывать с водными растворами, да и растворами вообще, и уж наверное не обязательно привязывать их к ионам Н+ и ОН-. Идеи, заложенные в теории Вернера, получили развитие в исследованиях его соотечественника А. Ганча, который сформулировал положения химической теории кислотно-основного взаимодействия. Главным признаком кислотно-основного взаимодействия эта теория также выдвигает солеобразование, но солью считается любой продукт присоединения кислоты к основанию. (NH^bSOiS", сернокислый аммоний, типичную соль и в «водной» химии, можно представить как соединение H2SO4-2NH3. Но ведь существует и продукт присоединения воды к серной кислоте H2S04-2H20, который логично представить по аналогии с аммиачным соединением как (H.HA.H20s=H30+.A-, HA.NH3 = NH4+-A-, НА-СНзОН^СНзОН2+ • А" и т. д.,

бытует в химии и поныне.

Но главное в теории Ганча — это положение об амфотерности как общем свойстве химических соединений, кислотно-основная функция которых зависит от вступающего с ним во взаимодействие партнера, т. е. от растворителя.

Самый привычный амфотерный агент — это, конечно, вода, которая по отношению, например, к НС1 выступает в роли основания: Н20'НС1 = НзО+ -С1~, но зато по отношению к обладающему основными свойствами пиридину C5H5N (будем далее обозначать это соединение символом Ру) проявляет свойства кислоты: Н2О.Ру = НРу+.ОН~.

Сущность теории Ганча наглядно иллюстрируется цепочкой химических реакций, каждый из участников которых выступает по отношению к воде в роли кислоты, как например, уксусная кислота:

СНзС0ОН + Н20 = Н3О+-СНзС00-=Н3О++СНзС00-.

Как видим, ионы в растворе появились при распаде продукта кислотно-основного взаимодействия ацетата гидроксония, образовавшегося при взаимодействии кислоты СН3СООН с.основанием Н2О.

Но если растворить СНзСООН в абсолютной азотной кислоте, то... Обращаю внимание на известную стилистическую несимметричность последней фразы. Одного из партнеров я обозначил словами, другого — химической формулой. А что остается делать, если вещество СНзСООН, образующее с азотной кислотой нитрат ацилония HNO3 + СН3СООН = СН3СООН2+ • •NO3" =CH3COOH2-NOr, на этот раз выступает в роли основания? Называть его «уксусным основанием»?

Однако HN03 по отношению к хлорной кислоте выступает в роли основания, образуя с этим кислотным агентом перхлорат нитрония:

НС104 + HN03 = H2N03+ - СЮ4- = H2N03+ + СЮ4-. Не правда ли впечатляющая цепочка превращений, побуждающих вспомнить молодца, проявляющего свое молодечество против овец...

Отступление (нелирическое)

Приведенные реакции и многие подобные им были изучены самим Ганчем. Однако сколько он ни бился, обнаружить основные свойства у серной и хлорной кислот не смог. Точно также не удалось ему осуществить и химические реакции, в которых едкий натр или едкое кали выступали в роли кислот. Это побудило Ганча выдвинуть тезис об «абсолютных» кислотах и основаниях — соединениях, которые ни при каких условиях не могут стать амфотерными.

Либо Ганч не был знаком с положениями материалистической диалектики, либо не принял их во внимание. Иначе он должен был бы учесть, что к числу абсолютных категорий относится только пространство и время. Но, конечно же, не кислоты и основания.

С «абсолютными» основаниями Ганч допустил очевидный промах, потому что в его времена хорошо был известен способ получения оксидов щелочных металлов путем сплавления металла и едкой щелочи, например, K-fKOH = K2O + 0,5H2. Но если металл вытесняет из какого-либо вещества водород, то это вещество, безусловно, является кислотой.

Что же касается «абсолютных» кислот, то через несколько десятков лет уже после того, как Ганчем были сформулированы основы химической теории кислот и оснований, автору этой книги совместно с В. И. Лигусом удалось установить, что при растворении трифторметансерной кислоты CF3SO3H в безводной серной кислоте протекает реакция CF3S03H-f-H2S04 = H2S04f ? •CFaSOr =H3S04f+CF3SO-r, в которой H2SO4, как видим, выступает в роли основания.

Правы были наши предки, сказав: «Не сотвори себе кумира»...

Сольвосистемы

Теория ангидрокислот и ангидрооснований, а также теория Ганча базировались на совершенно иных предпосылках, чем классическая теория кислотно-основного взаимодействия, сформулированная Аррениусом и Оствальдом. Представления же классической теории были столь просты и наглядны (не случайно именно эти представления и поныне излагаются в школьных и вузовских учебниках), что отказываться от них химикам очень уж не хотелось. Поэтому появилось искушение распространить эти положения на любой растворитель. Для реализации этого намерения имелись достаточно серьезные основания. Речь идет о процессе автоионизации (автопротолизе) растворителя.

Как известно, вода самопроизвольно, впрочем, в очень малой степени подвергается распаду на ионы: Н2О Н+ + ОН~.

Внесем существенное исправление. Приведенное уравнение неточно передает процесс автоионизации воды. Дело в том, что

ю

катион водорода Н+, т. е. протон, не может существовать в растворе в свободном состоянии. Обладая из-за крайне малого радиуса (в 105 раз меньшего, чем радиус иона любого другого химического элемента) электростатическим полем огромной напряженности, он притягивает к себе молекулу воды, образуя катион гидроксония: Н+ + НгО = НзО+ . Поэтому процесс автоионизации воды следует передать уравнением: 2НгО = = НзО+ + ОН~. Вот почему процесс электролитической диссоциации ранее был представлен схемой, которую ввиду ее значимости приведем еще раз: НА + Н20 ^ Н30+ + А~.

Последнее уравнение позволяет предложить интересную формулировку понятий «кислота» и «основание» применительно к водным растворам: кислотой называют химическое соединение, отщепляющее при растворении в воде тот же катион, который образуется при автоионизации воды; основанием называют химическое соединение, отщепляющее при растворении в воде тот же анион, который образуется при автоионизации воды.

Формулировка ясная и, можно сказать, прочна

страница 2
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Скачать книгу "Не только в воде" (4.15Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
телевизор в аренду
металлические стеллажи сварные
нанесение номеров
линзы на 12 месяцев coopervision

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.10.2017)