О силе кислот и оснований судят по значениям констант диссоциации

К_{д(кислоты)} и К_{д(основания)}.

К_{д(кислоты)} = ; К_{д(основания)} = ;

Для водных растворов сильных кислот и оснований в выражения констант диссоциации входят не молярные концентрации, а соответствующие активности.

Чем больше значение К_{д(кислоты)}, тем сильнее кислота. Чем больше К_{д(основания)}, тем сильнее основание.

Обычно на практике приводят не величины К_{д(кислоты)}, К_{д(основания)}, а их логарифмы, взятые с обратным знаком, которые обозначаются рК_{(кислоты)}, рК_{(основания)} соответственно: рК_{(кислоты)} = –lgK_{д(кислоты)}, pK_{(основания)} = – lg K_{д(основания)}.

Чем больше рК_{(кислоты)}, тем слабее кислота; чем меньше рК_{(кислоты)}, тем сильнее кислота.

Чем больше рК_{(основания)}, тем слабее основание; чем меньше рК_{(основания)}, тем сильнее основание.

В настоящее время со всей определенностью можно утверждать, что одно и то же вещество в зависимости от растворителя, в котором оно растворено, может быть отнесено к классу сильных или слабых электролитов.

Многосторонние исследования показали, что некоторые вещества, которые ведут себя как кислоты в среде одного растворителя, в другом проявляют себя как основания.

Сила кислоты или основания зависит от сродства молекул растворенного вещества и растворителя к протону и от прочности связи водорода в их молекулах.

Для примера рассмотрим ионизацию уксусной кислоты в разных протолитических растворителях.

1. В протогенном растворителе (в безводной серной кислоте) СН₃СООН присоединяет протон растворителя, т.е. реагирует как основание:

СН₃СООН + H₂SO₄ ⇄ CH₃COO +

основание1 кислота 2 кислота1 основание 2

2. В амфипротонном растворителе (в воде) СН₃СООН частично ионизирует, т.е. реагирует как слабая кислота:

СН₃СООН + H₂О ⇄ CH₃COO^– + Н₃О⁺

кислота 1 основание 2 основание 1 кислота 2

3. Растворение СН₃СООН в протофильном растворителе (в жидком аммиаке) приводит к полной ионизации уксусной кислоты, т.е. СН₃СООН будет проявлять свойства сильной кислоты:

СН₃СООН + NH₃ ⇄ CH₃COO^– +

кислота 1 основание 2 основание 1 кислота 2

Таким образом, ионизация кислоты или основания представляет собой протолитическую реакцию с растворителем.

Поэтому, кислотная сила растворенного вещества значительно увеличивается в протофильном (сильноосновном) растворителе. Чем сильнее основные свойства растворителя, тем сильнее его влияние на слабые кислоты. Все кислоты становятся одинаково сильными в основных (протофильных) растворителях. Например, в среде жидкого аммиака слабая уксусная кислота становится столь же сильной, как азотная кислота в водном растворе.

Равным образом в протогенных (кислых) растворителях наблюдается сильное влияние растворителя на основания. Чем сильнее кислотные свойства растворителя, тем сильнее его влияние на слабые основания. Все основания становятся одинаково сильными в кислых (протогенных) растворителях. Даже уксусная кислота, характеризующаяся кислыми свойствами в водном растворе, проявляет основные свойства в среде безводной серной кислоты.

Типы протолитических реакций

Протолитические реакции сопровождаются переносом протона.

1. Реакция ионизации

HCl + H₂O ⇄ H₃O⁺ + Cl^–

кислота 1 основание 2 кислота 2 основание 1

2.Реакция нейтрализации.

+ ОН^– ⇄ + Н₂О

кислота1 основание 2 основание1 кислота 2

3. Реакция гидролиза

СН₃СОО^– + Н₂О ⇄ СН₃СООН + ОН^–

основание1 кислота2 кислота 1 основание2

Ионное произведение воды и водородный показатель

Вода — очень слабый электролит и диссоциирует незначительно. Диссоциация Н₂О – это протолитическая реакция:

Н₂О + Н₂О ⇄ Н₃О⁺ + ОН^–

основание 1 кислота 2 кислота1 основание 2

или упрощенно: Н₂О ⇄ Н⁺ + ОН^–

Константа диссоциации воды при 298К, определенная методом электрической проводимости, равна:

К_д(Н₂О) = = 1,8 × 10 ^-16моль/л

Вода присутствует в большом избытке, ее концентрация [Н₂О] может считаться постоянной и составляет 55,6 моль/л (1000 г: 18 г/моль = 55,6 моль). Объединяем две постоянные величины К_д(Н₂О) и [H₂O] в одну, получаем:

=[H⁺][OH^–] = 1,8 × 10^-16 × 55,6 = 10^{- 14}

Величину называют ионным произведением воды. Эта величина постоянная при данной температуре. С ростом температуры ионное произведение воды увеличивается.

Если [H⁺] = [OH^- ] = 10^–7 моль/л, то это нейтральная среда. Если [H⁺] >[OH^-], т.е. [H⁺] >10^-7, то раствор имеет кислую среду. Если [H⁺]<[OH^- ], т.е. [H⁺] <10^{- 7}, то раствор имеет щелочную среду.

Дата добавления: 2015-07-11