4. Ионные реакции

Ионные реакции — это химические процессы, которые протекают в растворе или в расплаве между свободными ионами. Для ионных реакций характерно, что они протекают очень быстро (практически моментально), так как в реак­ционной системе вещества содержатся в виде ионов, способных к реакции. В этом их отличие от реакций между молекулами, для осуществления ко­торых необходимо обеспечить разрыв химических связей с последующим образованием новых связей. Поэтому молекулярные реакции протекают зна­чительно медленнее, чем ионные.

Химические реакции, которые сопровождаются изменением степени окис­ления элементов,— это окислительно-восстановительные реакции. Реакции, которые протекают при сохранении степеней окисления элементов, называются обменными. В настоящем разделе рассматриваются обменные реакции, идущие при участии ионов.

Степень протекания обменных реакций с участием ионов в водном рас­творе зависит от того, в какой мере среди продуктов оказываются слабые электролиты, газы или малорастворимые вещества, выпадающие в осадок. В 1803 г. французский химик Бертолле сформулировал правило (правило Бертолле), согласно которому обменные ионные реакции протекают практи­чески до конца, если продуктами реакции являются газы, осадки или не­электролиты.

Реакции с участием электролитов (настоящих и потенциально сильных) записываются в виде системы двух уравнений — молекулярного и ионного. Для составления ионных уравнений необходимо знать уравнения электролитической диссоциации реагентов и продуктов.

Как и в молекулярных уравнениях, в ионных уравнениях слева записы­вают формулы реагентов, а справа — формулы продуктов, указанные в виде отдельных ионов. Формулы слабых потенциальных электролитов, в том числе и воды, а также газообразных и твердых веществ (уходящих из водного раствора в виде газа или осадка) оставляют в молекулярном виде:

Nа₂СО₃ + 2НС1 = 2NаС1 + СO_{2 (г)} + Н₂О

Формулы всех сильных электролитов можно записать в виде сумм со­ставляющих их ионов, тогда химическое уравнение принимает вид:

2Nа⁺ + СО₃^2- + 2Н⁺ + 2Сl^- = 2Nа⁺ + 2С1^- + СО_{2 (г)} + Н₂О

Такая запись представляет собой полное ионное уравнение реакции.

Очевидно, что ионы Na⁺ и С1^- не принимают непосредственного участия в реакции (число этих ионов одинаково слева и справа в уравнении), по­этому часто их формулы просто опускают и составляют сокращенное ионное уравнение реакции:

СО₃^2- + 2Н⁺ = СО_{2 (г)} + Н₂О

Сокращенные ионные уравнения выражают химическую сущность про­текающих реакций между ионами (в данном примере — между карбонат-ионами и катионами водорода). Совокупная запись молекулярного и сокра­щенного ионного уравнения реакции наглядно отображает химизм реакции. Однако отдельно записанные сокращенные ионные уравнения отображают не одну реакцию, а множество подобных реакций. Так, указанное выше со­кращенное ионное уравнение реакции между Nа₂СО₃ и НС1 означает, что так реагируют между собой не только карбонат натрия и хлороводородная кислота, но и любой другой хорошо растворимый (т. е. находящийся в вод* ном растворе) карбонат и любая другая сильная кислота.

Аналогично записываются ионные реакции с образованием осадков:

СаС1₂ + 2NaF = СаF₂ + 2NаС1

Са⁺² + 2F^- = СаF₂