химический каталог




Не только в воде

Автор Ю.Я.Фиалков

я (правда, немного пространная). Впрочем, самое главное ее достоинство — возможность распространения положений теории электролитической диссоциации на неводные растворители. Ведь способностью к автоионизации обладает не только вода, но и многие другие растворители . Жидкий аммиак, к примеру, распадается на ионы по уравнению:

2NH3^NH4++NH2~; а жидкая треххлористая сурьма — по уравнению:

2SbCI3 ^ SbCl^+SbClr.

Это позволяет предложить общую формулировку понятий «кислота» и «основание» применительно к неводным растворителям: кислота — соединение, отщепляющее в данном растворителе катион, одноименный с катионом растворителя; основание — соединение, отщепляющее в данном растворителе анион, одноименный с анионом растворителя. Как видим, формулировка и более общая, и более краткая.

Если же воспользоваться терминологией, предложенной выдающимся советским химиком Н. А. Измайловым, о вкладе которого в учение о растворах мы будем говорить в последующих разделах, и называть катион, образующийся при автоионизации растворителя (т. е. НзО+, NH^, SbCl^), ионом лиония, а анион, образующийся при автоиоиизации растворителя (т. е. ОН-, ЫНг~, SbClr), ионом лиата, то появляется еще одна формулировка наших основных понятий, формулировка, краткость которой гармонирует с изяществом: кислота — соединение, отщепляющее в растворе ион лиония, основание — соединение, отщепляющее в растворе ион лиата.

Итак, в каждом из растворителей своя система кислот и оснований, своя сольвосистема, как назвали эту теорию ее основоположники Г. Кэди, Э. Франклин и Э. Элсей, сформулировавшие ее положения еще на заре нашего века.

Попробуем войти в круг представлений теории сольвосистем, взяв в качестве примера уже упоминавшийся растворитель — жидкий аммиак, у которого ион лиония NH^, а ион лиата — NH2~. Таким образом, соединением, которое могло бы в этом растворителе стать кислотой, является любое вещество, молекулы которого содержат в своем составе катион NH^ (например, хлористый аммоний NH4C1). Хлористый аммоний — кислота? С непривычки, конечно, режет слух, но вспомнив о хлористом калии — основании в теории ангидрокислот и ангидрооснований, диссонансом это сочетание мы уже считать не станем.

Аналогично, основанием в жидком аммиаке будет амид калия KNH2, который может отщеплять ион лиата NH2T

Внутренняя гармония теории сольвосистем начинает раскрываться при сопоставлении реакций нейтрализации в привычной воде и каком-либо неводном растворителе, хотя бы в том же жидком аммиаке:

В воде В аммиаке

Запись в молекулярной форме

Н3ОС1 + КОН = KCI+2Н20; NH4CI + KNH2 = КС) + 2NH3.

Запись в ионной форме

Н30+ +ОН- = 2Н20; NH4+ + NHr=2NH3.

Как видим, все получается и строго, и логично: в обоих случаях процесс нейтрализации сводится к взаимодействию ионов лиония и лиата, и в обоих случаях образуется один и тот же продукт нейтрализации — КО, растворенный в «своем» растворителе.

Аналогия между растворами в этих двух растворителях может быть очень далекой. Сопоставим пары реакций без каких-либо комментариев:

Сольволиз (соответственно, гидролиз и аммонолиз)

АШГЗ А1<ОН)Вг2 AI(OH)2Br ±5g АЦОНЬ;

А1ВГЗ -Шйк A'(NH2)Br2 _Jj Al(NH2)2Br A1(NH2),

Вытеснение металлами водорода из растворов кислот Mg + 2H30+ -^Mg2++H2 + 2H20; Mg + 2NH4+-*Mg2+ + H2 + 2NH3.

Реакции амфотерных сольвооксидов (соответственно, гидроксидов и амидов) Zn (ОН)2 + 2КОН K2Zn02 + 2H20; Zn (NH2)2 + 2KNH2 K2Zn (NH2)2 + 2NH3.

Отступление очередное, почти лирическое

Установив аналогию между сольвосистемами воды и аммиака, мы можем с должной критичностью отнестись к описанию 25-го путешествия бесстрашного космопроходца Ийона Тихого (публикация С. Лема). Если вы помните, в этом путешествии мужественный капитан посетил планету Огненную, реки, моря и океаны которой заполнены жидким аммиаком. И жизнь на этой планете построена на органических соединениях в сольво-системе аммиака.

Так вот, И. Тихий рассказал о том, как жители Огненной обсуждали виды на урожай нашатыря (т. е. хлористого аммония). Полагаю, что капитана подвел переводчик. В сольвосистеме аммиака нашатырь соответствует соляной кислоте в водной системе. По-видимому, космопроходец попал на совещание, где речь шла не об урожае, а о выполнении плана производства НС1.

Зато полного доверия заслуживает информация И. Тихого о том, что на Огненной преступников казнят, обливая водой. Согласно теории сольвосистем, соединение, образованное «чужими» для данного растворителя ионами (т. е. не ионами лиата либо лиония), в этом растворителе будет проявлять свойства соли. Стало быть, в сольвосистеме аммиака НгО — соль, подобная, скажем, хлористому калию в водной системе, тому самому хлористому калию, который плавится без малого при 800 °С. Ох, и жестоки законы на планете Огненной!

КОН+НС1=!

Разнообразие различных сольвосистем и, следовательно, кислотно-основных процессов в соответствующих растворителях достаточно наглядно иллюстрирует табл. 1.

Просьба обратить внимание на последнюю строку таблицы, в которой приведены данные по расплавленному КС1, применяемому в качестве растворителя. Ионом лиония для этого растворителя является катион К+ и, следовательно, кислотой — любое соединение, молекула которого содержит в своем составе ион К+, например, КОН. А кислотой для растворителя КС1 будет любое соединение, которое содержит ион лиата, например,

Таблица 1. Сольвосистемы растворителей

Растворитель Катион растворителя (иои лиоиия) Анион растворителя (иои лиата) Кислота Основание Продукт нейтрализации (соль)

h2so4 h3so4~ HSO4- H3S04+CF3HS03- NaHS04 NaCF3S02

СНзСООН СН3СООН2+ СНзСОО" CH3COOH2+HSOr CH3COONa NaHS04

н2о н3о+ он~ h3o+ci- NaOH NaCI

С2Н5ОН С2Н5ОН2+ с2н5о- С2Н5ОН2+СГ NaOC2H5 NaCI

NH3 NH4+ NH4C1 NaNH2 NaCI

S02 so2+ so§- SOCl2 Na2S03 NaCI

Ь 1+ I- IC1 Nal NaCI

SbCU SbCl4+ SbCl6~ SbCUF NaSbCl6 NaF

КС1 К+ ci- KOH HCI H20

HCI. Вот почему реакцию, обычную реакцию нейтрализации между кислотой и основанием, записывают для данного случая в виде:

КОН + HCI = Н20 + КС1.

кислота основа- соль раствоиие ритель

Пример достаточно впечатляющий для подтверждения сразу двух тезисов: и об относительности систем классификации, и о решающей роли растворителя в реакциях кислотно-основного взаимодействия.

Сановный протон

И все же наиболее часто приходится иметь дело с обычными кислотами, проявляющими свои кислотные свойства, благодаря наличию у них подвижного водорода. Именно для описания кислотно-основных процессов, связанных с передачей катиона водорода от кислоты к основанию, была разработана теория протолитинеского равновесия, у истоков которой стоял шведский химик Й. Брёнстед.

Если в предыдущих теориях основным признаком кислотно-основного взаимодействия считалось образование соли, т. е. этот тип взаимодействия классифицировался, обособлялся по продукту реакции, то в основе теории протолитического равновесия лежит поведение веществ, вступающих в реакцию. При этом к кислотам относят любые частицы, отдающие в результате реакции

катион водорода — протон, а к основаниям — любые частицы, принимающие протон. Слово «частица» вместо, казалось бы, более уместных и точных в данном случае слов «молекула» или «соединение» появляется здесь потому, что как кислотами, так и основаниями в рамках теории протолитического равновесия могут быть не только нейтральные молекулы, но и ионы.

СНзСООН + Н20 СНзСОО"

нсю4 + СНзСООН «-? сюг

н2о + NH3 онНзО+ + ро?- HPOJн3о+ + НРО2- Н2РОГ

кислота I + осиованиеII основание I

Бол ее того, теория Брёнстеда сч ит ает, что в резул ьтате кислотно-основного взаимодействия образуются новое основание и новая кислота. При этом вступающая в реакцию кислота I превращается в основание I, а вступающее в реакцию основание II превращается в кислоту II:

+ Н30+;

+ СН3СООН2+;

+ NH4+;

+ Н20;

+ н2о.

+ кислота И

Ряд определений теории Брёнстеда поначалу кажется непривычным. Так, в диковинку считать кислотами либо основаниями ионы. Но если ион Н30+ отдает протон, а ион POij~ его принимает, то зачем обособлять этот процесс от взаимодействия между нейтральными кислотой и основанием, скажем, кислотой СНзСООН и основанием* Н20?

Особенно в новинку то, что любой анион, поскольку он притягивает к себе протон, считается в рамках этой теории основанием. Однако логика, причем логика безупречно строгая, в этом определении есть. Вспомним, что по классической теории электролитической диссоциации кислотно-основное взаимодействие сводится к реакции Н+4-ОН- = Н20 (точнее, Н30+ + + ОН~~ = 2НгО). Анион ОН притягивает катион Н+ главным образом в силу того, что он, анион гидроксила, заряжен отрицательно. Но тогда логично считать кислотно-основным взаимодействие протона с любой другой отрицательной частицей.

Более того, можно без труда расположить анионы-кислоты «по ранжиру». Чем меньше размер аниона, тем при прочих равных условиях (при одинаковом заряде) он более энергично будет притягивать протон и, следовательно, будет более сильным основанием. Вот почему сила анионов-оснований падает в ряду F~> Cl"> Br~> I". И вот почему достаточно объемный анион СЮГ будет заведомо более слабым основанием, чем любой из анионов галогенов.

Кислоты, основания, заряды...

Несколько ранее мы подчеркнули, что в теории протолитического равновесия особенно привлекает изящная логика, согласно которой к основаниям причисляют все анионы, посколькуони являются акцепторами протона. Но еще в 30-х годах известный советский химик М. И. Усанович задался вопросом, почему из всех катионов, какие могут притягиваться к анионам-основаниям, свойства кислоты числятся лишь за протоном? Ведь, помимо протона, любой другой катион, поскольку он заряжен положительно, будет взаимодействовать с анионом и, следовательно, должен считаться кислотой. Если мы признаем справедливость теории Брёнстеда, то следует согласиться и с тем, что справедлив тезис, гласящий: любые катионы являются кислотами.

Но если следовать логике (а в научном исследовании логика — один из самых верных компасов), то... Впро

страница 3
< 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
металлочерепица в астане
линзы edge iii versa scribe
наращивание ногтей обучение недорого в москве
шоу алиса в зазеркалье купить

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
(06.12.2016)