химический каталог




Не только в воде

Автор Ю.Я.Фиалков

чем, приведем вначале описание совсем незамысловатого эксперимента. В водный раствор серной кислоты было внесено одно вещество, которое прореагировало с кислотой, в результате чего образовалась соль — сульфат. К какому классу следует отнести это вещество? Читатель уверенно ответит, что если это «что-то» прореагировало с кислотой, образуя соль, т. е. прошла реакция нейтрализации, то «его», безусловно, следует отнести к разряду оснований. Не согласиться с этим мнением нельзя. Но дело в том, что в серную кислоту был внесен... металлический цинк: Zn + + H2S04 = ZnS04 + H2.

Не противоречить элементарной логике здесь будет только один вывод: в этой реакции цинк выступает в роли основания и он действительно является им, если реакцию рассматривать с позиции теории кислот и оснований Усановича, согласно которой частица, отщепляющая катион (включая протон), либо присоединяющая анион (включая электрон) есть кислота, а основание— частица, присоединяющая катион (включая протон), либо отдающая анион (включая электрон).

Впервые в рассказе о теориях кислот и оснований появляется электрон. Но ведь переход электрона от одной частицы к другой — это процесс окисления-восстановления?! Причем же здесь кислотно-основное взаимодействие?

В теории Усановича «обычные» процессы кислотно-основного взаимодействия и окислительно-восстановительные реакции рассматривают совокупно, поскольку все они сопровождаются ми

Противопоставление неправомерное. Существуют ведь системы классификации, которые предметы, явления группируют по принципу «или — или», но столь же равноправны и классификационные системы, основанные на принципе «и — и». Так, к примеру, катионы в одной системе классификации могут быть противопоставлены анионам, но по другой системе они как заряженные частицы могут находиться в одной компании и на этот раз противопоставляться им будут уже нейтральные молекулы.

грацией зарядов. А что до того, что носителем заряда в одном из случаев выступает электрон, то, право, в данном случае нет нужды наделять его какой-то исключительностью и изымать из ряда других отрицательных частиц-анионов. И именно в соответствии с этой строгой логикой окислительно-восстановительные процессы теорией Усановича включаются в круг кислотно-основных равновесий.

Можно было бы бросить теории Усановича упрек в том, что ею стирается грань между обычными кислотно-основными реакциями и процессами окисления-восстановления. И, кстати, подобные нарекания нередко адресовались да и адресуются этой теории. Но вряд ли критика такого рода будет справедливой. Потому что системы классификации, предусматривающие, например, деление солей на средние, кислые и основные, либо подразделение аминов на первичные, вторичные и третичные, не исключают систему классификации, предусматривающую деление химических веществ на неорганические и органические. Вот почему по теории Усановича кислотно-основные и окислительно-восстановительные реакции — это «и — и», но не «или — или».

Да, в традиционной системе классификации химических процессов реакцию 2К + СЬ = 2КС1 относят к числу окислительно-восстановительных. В рамках же теории Усановича — это кислотно-основное взаимодействие, в котором молекулярный хлор, присоединяя отрицательную частицу электрон, является кислотой, а калий, поставляющий кислоте отрицательный заряд, выступает в роли основания.

Подобно тому, как в теории протолитического равновесия сопоставлялась сила анионов-оснований, считая, по Усановичу, каждый катион кислотой, можно составить и для этого типа кислот табель о рангах. Так, в ряду катионов щелочных металлов от лития к цезию сила кислот падает, так как с увеличением ионного радиуса уменьшается напряженность электростатического поля, создаваемого ионом, и, следовательно, ослабляется его стремление вступать во взаимодействие. Из двух катионов с одинаковым строением внешней электронной оболочки, например, К+ и Са2+, последний более сильная кислота, чем ион калия, так как благодаря большему заряду иона, он будет обладать большей энергией взаимодействия с одними и теми же кислотами.

Теория ЖМКО

Под этой, быть может, не очень грациозной и не очень удачной аббревиатурой скрывается теория жестких и мягких кислот и оснований, сформулированная в 60-х годах Р. Пирсоном и являющаяся своеобразным развитием теории Усановича. Но прежде чем изложить основные положения этой теории, следует познакомиться с таким важным свойством нейтральных и заряженных частиц, как поляризуемость. Каждый атом, молекула или ион окружены электронным облаком — пространством, в котором движутся по орбиталям электроны. Под влиянием внешнего поля форма этого облака может изменяться. Это свойство называют поляризуемостью. Так вот, у различных частиц способность к поляризуемости неодинакова. Атомы (например, аргона или неона) или ионы (например, фтора или калия), обладающие завершенной электронной оболочкой, которая к тому же недалеко расположена от ядра и поэтому достаточно сильно притягивается к нему, обладают низкой поляризуемостью. Атомы же или ионы с незавершенной электронной оболочкой, либо частицы, у которых внешняя орбиталь далека от ядра, достаточно легко изменяют форму электронного облака и поэтому обладают высокой поляризуемостью.

Теория ЖМКО делит, как это уже следует из названия, все кислоты и основания на жесткие и мягкие. Согласно определениям теории ЖМКО, к жестким основаниям относят доиор-ные частицы (т. е. частицы, которые могут делиться с другими частицами своими электронами либо даже полностью отдавать их), обладающие высокой электроотрицательностью, низкой поляризуемостью и трудно окисляющиеся. Многие анионы могут служить примером жестких оснований: ОН", F-, S04~, СЮГ; жесткими основаниями могут быть и нейтральные молекулы, например NH3, CH3NH2Донорные частицы с низкой электроотрицательностью и высокой поляризуемостью составляют класс мягких оснований. Как правило, эти частицы сравнительно легко окисляются. В качестве примера здесь могут быть названы I~, SCN~, (СНз)зР, СбНб.

Жесткие кислоты, по Пирсону, это акцепторные (т. е. обладающие склонностью к электрону) частицы с низкой поляризуемостью. К ним относят, например, Н + , Li+, Na+, BF3. Наконец, тип мягких кислот составляют акцепторные частицы с высокой поляризуемостью. Это Ag + , GaCl3, Ь и др.

Суть теории ЖМКО состоит в том, что жесткие кислоты преимущественно реагируют с жесткими же основаниями, а мягкие кислоты — с мягкими основаниями. Этот стержневой принцип не свободен от ряда исключений, но тем не менее является достаточно общим, в чем читатель может убедиться, составляя соответствующие сочетания.

Последовательно применяя принцип теории ЖМКО ко всем возможным частицам, можно прийти к заключению, что наиболее жесткая кислота — это позитрон, а наиболее жесткое основание — электрон.

Как видим, знаменитую реакцию аннигиляции е+ -\-е~ ==2hv можно рассматривать, причем логично и обоснованно, как реакцию нейтрализации — вывод, по-моему, не только интересный, но и изящный.

Отступления, лирическое и нелирическое

Начну с нелирического отступления, провозгласив тезис: кислота и основание — понятия не статические, а динамические. Это утверждение означает, что свойство химического соединения выступать в роли кислоты либо основания проявляется только во взаимодействии, в динамике.

В самом деле, индивидуальное химическое соединение, например, вода, не является, да и не может являться ни кислотой, ни основанием. Потому что кислотой вода станет лишь в тот миг, когда ее смешают, скажем, с пиридином (НгО-(-Ру = = НРу++ОН~), но если воду смешать с муравьиной кислотой, то вода становится основанием (НзО + НСООН = НзО+ + + НСОО~). Вспомним, что несколькими страницами ранее было сказано об индивидуальном химическом соединении H2SO4, которое не было и не могло быть ни кислотой, ни основанием. Точно так же не может быть ни кислотой, ни основанием любое другое индивидуальное химическое соединение.

Итак, только химическая динамика, только химическое взаимодействие делает вещество кислотой либо основанием .

Вторым тезисом, который хотелось бы здесь обосновать и который (при желании) может быть определен по ведомству лирических, является утверждение: нет и не может быть плохих либо хороших теорий кислот и оснований, а могут быть лишь правильные и неправильные. Этот тезис необходим хотя бы потому, что химическая литература изобилует примерами нервных (чтобы не сказать жестоких) дискуссий по проблемам теорий кислот и оснований. Большей частью эти дискуссии посвящены сопоставлению различных теорий. При этом в спорах наметился, можно сказать, традиционный шаблон: автор либо поклонник какой-либо концепции обосновывает ее достоинства и укрепляет ее позиции в основном тем, что критикует положения другой теории.

По шаблону, большей частью, и завершаются эти дискуссии: проходит несколько десятилетий и выясняется, что в общем каждый из дискуссантов был... прав. И все же необходимо остановиться на некоторых аргументах препирающихся сторон. Хотя бы для того, чтобы извлечь из этих споров мораль, которая может оказаться полезной и сегодня, причем в дискуссиях, касающихся не только проблем кислот и оснований.

Учтем, что каждая обоснованная теория, каждое научное положение претендуют на описание строго определенного, строго очерченного круга явлений, процессов, событий. И уже хотя бы поэтому никакая теория не может описывать все, никакая система классификации не может охватывать всего.

Учтем и то, что к настоящему периоду развития химии накопилось столько теорий кислот и оснований, что их многообразие уже само нуждается в классификации. В основу этого классифицирования можно положить признаки, на которых базируется каждая из теорий:

по химической природе компонентов системы, в которой протекает кислотно-основное взаимодействие (например, теория ЖМКО);

по природе ионов, образующихся при автоионизации растворителя (классическая теория Аррениуса, теория сольвосистем

и др.);

по продуктам, образующимся в результате кислотно-основного взаимодействия (теория ангидрокислот и ангидроосно

страница 4
< 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
банкетка 800х340х460 бл2
привод vkt 100114c simens купить
звездный мальчик билеты
стул для компьютера для дома 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
(14.12.2017)