5. Равновесия в растворах электролитов

Сольватация –(упрощенно) – взаимодействие частиц растворенного вещества (молекул, ионов) с частицами растворителя.

Гидратация – (частный случай сольватации) - взаимодействие частиц растворенного вещества (молекул, ионов) с молекулами воды.

Распад вещества на сольватированные ионы под действием молекул растворителя – электролитическая диссоциация. Степень диссоциации α – отношение концентрации продиссоциировавших молекул к общей концентрации молекул.

Сильные электролиты – вещества, которые при растворении практически полностью диссоциируют на ионы. Сильными электролитами являются сильные кислоты (см. табл. 3.1, с. 6), сильные основания (см. с. 7), почти все простые соли. Исключения: ZnCl₂, ZnI₂, CdCl₂, CdI₂, HgCl₂, Hg(CN)₂, Fe(NCS)₃.

Слабые электролиты неполностью диссоциируют на ионы: так, в растворе сильной кислоты имеет место равновесие HCN ⇄ H⁺ + CN^-, константу этого равновесия Kа = [H⁺]·[CN^-]/[HCN] называют константой диссоциации кислоты.

Водородный показатель pH = -lg[H⁺], где [H⁺] – концентрация катионов водорода (протонов), моль/л.[или pH = -lgС_H+, где С_H+- концентрация катионов водорода (протонов)].

В кислой среде pH < 7, в нейтральной pH = 7, в щелочной pH > 7.

Показатель концентрации гидроксид-ионов pOH = -lg[OH^-], где [OH^-] – концентрация анионов OH^-, моль/л.

Гидролиз соли - взаимодействие ионов соли с водой, которое приводит к образованию слабой кислоты или слабого основания. Степень гидролиза h – отношение концентрации соли, подвергшейся гидролизу, к общей концентрации соли в растворе. Реакции гидролиза, как правило, обратимы. Необратимо гидролизуются только те соли, продукты гидролиза которых уходят из раствора в виде нерастворимых или газообразных соединений.

Три типа (случая) гидролиза.

1. Гидролиз по аниону происходит в растворах солей, состоящих из анионов слабых кислот и катионов сильных оснований. Например, 1.1. Цианид калия KCN. Сокращенная ионная форма уравнения реакции гидролиза CN^- + H₂O ⇄ HCN + OH^- (одна ступень гидролиза), среда щелочная, pH > 7.

Константа гидролиза Кг = [HCN]·[OH^-]/[CN^-] (не включает катион соли).

1.2. Сульфид натрия Na₂S – соль слабой двухосновной сероводородной кислоты H₂S, две ступени гидролиза соли: 1. S^2- + H₂O ⇄ HS^- + OH^- 2. HS^- + H₂O ⇄ H₂S^- + OH^- , pH > 7. Гидролиз преимущественно протекает по первой ступени.

2. Гидролиз по катиону происходит в растворах солей, состоящих из анионов сильных кислот и катионов слабых оснований. Например, 2.1. Нитрат аммония NH₄NO₃. Сокращенная ионная форма уравнения реакции гидролиза NH₄⁺+ H₂O ⇄ H⁺ + NH₃·H₂O (одна ступень гидролиза), среда кислая, pH < 7.

2.2. Хлорид железа(III) FeCl₃ – соль слабого трехкислотного основания Fe(OH)₃, три ступени гидролиза соли:1. Fe³⁺ + H₂O ⇄ (FeOH)²⁺ + H⁺ 2. (FeOH)²⁺ + H₂O ⇄ [Fe(OH)₂]⁺ + H⁺ 3. [Fe(OH)₂]⁺ + H₂O ⇄ Fe(OH)₃ + H⁺, среда кислая, pH < 7. Гидролиз преимущественно протекает по первой ступени.

3. Гидролиз по катиону и по аниону одновременно характерен для солей, которые образованы из катионов слабых оснований и анионов слабых кислот. Например, ацетат аммония CH₃COONH₄, карбонат алюминия(III) Al₂(CO₃)₃, сульфид хрома(III) Cr₂S₃. Среда близка к нейтральной.