химический каталог




Физическая химия

Автор Б.П.Никольский, Н.А.Смирнова, М.Ю.Панов, Н.В.Лутугина и др.

ном растворителе. Константы диссоциации позволяют построить сравнительную шкалу протондонорных и протонакцепторных свойств кислот и оснований в разных растворителях, а также характеризовать кислотно-основные свойства растворителей. Константы протолитической диссоциации, дающие количественное описание протолитических реакций, играют важную роль в физической химии растворов, в аналитической химии, координационной химии и др.

С помощью констант протолитической диссоциации можно получить наглядную картину распределения кислоты между продуктами ее протолитической диссоциации. На рис. X. 1 показана диаграмма распределения для ализарина С, представляющего собой трехосновную кислоту. На оси ординат отложена доля продукта протолитической диссоциации ализарина *гЮ0,%:

xt = Концентрация продукта/Общая концентрация, (X. 12)

В теории Бренстеда принимается, что результатом протолитической реакции является образование в водных растворах и воде иона Н30+. Его существование с большой достоверностью показано исследованиями методами рентгеноструктурного анализа, протонного магнитного резонанса и ИК-спектроскопии твердых моногидратов сильных минеральных кислот — азотной, хлорной, серной и соляной. Получить свидетельство о существовании иона НзО+ в воде значительно труднее вследствие того, что характеристические свойства НзО+ и НгО сходны. К тому же, ион оксония образует гидраты, что затрудняет его идентификацию. Проявлению характеристических свойств также препятствует очень малая средняя продолжительность жизни Н30+, равная 2- 1(Н3 с.

Однако данные по рефракции и распределению дейтерия между водородсодержащими ионами и водой подтверждают существование ионов Н30+ в воде. В полярных растворителях происходит сольватация его. Определение числа гидратации различными экспериментальными методами дает значение от 2-х до 5-ти. Заслуживает внимания представление о том, что протон преимущественно находится в форме тетрагидрата, который можно рассматривать как гидрат иона оксония Н30(Н20)?, образующийся посредством водородных связей с тремя молекулами воды:

? н\/н

О

н 6

.н/ V н—о-' '-о—н

—+

н

н

Протолитическая теория кислот и оснований — не единственная. Другие теории исходят из более общих определений кислот и оснований. Электронная теория Льюиса рассматривает кислоту как акцептор, а основание — как донор пары электронов

для образования ковалентной связи. Следовательно, свойством, определяющим кислоту, является наличие у молекулы или иона вакантной орбитали, которая может быть занята парой электронов, поставляемой основанием. Ион Н+ обладает свойствами кислоты. Образование координационного соединения является одним из случаев кислотно-основного взаимодействия.

Концепция Льюиса включает протолитическую теорию Брен-стеда, рассматривая ее как частный случай процессов, протекающих с участием иона Н+ и дополняет ее объяснением механизма протолитического взаимодействия.

Определение кислоты, данное Усановичем, как вещества, способного отдавать электроположительные и присоединять электроотрицательные частицы, и соответствующее определение основания позволяет отнести к кислотно-основным многие химические реакции, в том числе окислительно-восстановительные.

X. 1.2. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН

Вода относится к амфотерным (амфипротным) растворителям, молекулы которых могут как присоединять, так и отдавать протоны. В результате протолитического взаимодействия между молекулами воды появляются ионы ОН~ и НзО+:

н20 + н20 ОН' + н3о+. (X. 13)

Ион ОН- играет роль основания, сопряженного с водой как кислотой, а ион Н30+—это кислота, сопряженная с водой как основанием. Протолитической реакции (X. 13) отвечает конн2о

К . _ = ha. >"2

(X. 14)

В чистой воде %20=1. Давление паров воды над разбавленными растворами близко к давлению паров над чистой водой, поэтому: аНю = Рн2о/^н2о *** Следовательно, в чистой воде и в разбавленных водных растворах числитель в уравнении (X. 14) является постоянной величиной; ее обозначают символом Kw и называют ионным произведением воды;

Я.-^он- <Х!8>

Ионное произведение воды измерено с высокой точностью (табл. X. 1).

Данные табл. X. 1 показывают, что повышение температуры увеличивает значение Kw'- при изменении температуры от 0 до 100°С оно возрастает в «300 раз.

Температурную зависимость хорошо передает эмпирическое уравнение для показателя ионного произведения воды:

pKw = 4470,99/Г — 6,0875 + 0.017060Г (X. 16)

(среднее отклонение равно 0,0005, максимальное отклонение составляет 0,0014).

Присутствие в любых водных растворах ионов Н30+ и ОН™ существенно влияет на протекающие в них химические процессы. В основе многих химических реакций в водных растворах лежит переход протона от одних молекул или ионов к другим. Прежде всего — это реакции протолитической диссоциации кислот. К ним относятся также реакции гидролиза, когда взаимодействие воды с солью слабой кислоты и сильного основания придает раствору щелочную реакцию, а с солью сильной кислоты и слабого основания — кислую. Другим примером, где в реакции участвуют ионы Н+ или ОН~, может служить реакция нейтрализации, на которой основано ацидиметрическое и алка-лиметрическое титрования, широко применяющиеся в объемном анализе. Во многих случаях ионы Н+ оказывают каталитическое действие на химические процессы (омыление эфиров, инверсия тростникового сахара и др.).

Чрезвычайно велика роль ионов Н+ в биохимических процессах. Большинство из них протекает в живых организмах при постоянной концентрации Н+. Например, в крови человека концентрация ионов Н+ составляет 0,45* 10~7 М. Это значение сохраняется с большим постоянством, отклонения от него могут свидетельствовать о наличии патологических процессов.

Впервые на исключительную роль ионов Н+ в биологических процессах указал датский химик Серенсен (1909 г.). Существенным моментом в его работе было разграничение понятий:

общая кислотность раствора, т. е. концентрация кислоты в М;

активная кислотность раствора — концентрация ионов Н+, определяемая степенью диссоциации кислоты.

Оба значения совпадают только в разбавленных растворах кислот, полностью диссоциирующих на ионы.

Различие понятий общая и активная кислотности можно пояснить на следующем примере. Растворы 0,1 М СН3СООН и HCI имеют одинаковую общую кислотность. Однако содержание ионов Н+ в этих растворах совершенно различно, так как соляная кислота диссоциирована полностью, а степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 0,01. Следовательно, содержание ионов Н+ в растворе соляной кислоты будет в 100 раз больше, чем в растворе уксусной.

Серенсен предложил характеризовать активную кислотность раствора водородным показателем рН, представляющим отрицав

Щ

тельный логарифм концентрации ионов водорода:

PH^-lgЈH+. (X. 17)

Поскольку в основе термодинамической характеристики про-толитических равновесий лежат не концентрации веществ, а их активности, и э. д. с. гальванического элемента в большей мере отражает изменени

страница 176
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261

Скачать книгу "Физическая химия" (6.95Mb)


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

 

 

Реклама
холодильные установки видео курс
набор для маффинов
кресло alvaro office chair
model/ gwh 302 vv/z ih /rz

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
(08.12.2016)