Равновесие в растворах электролитов. Протолитическая теория кислот. Константа основности оснований.
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ – состояние химической системы, при котором возможны реакции, идущие с равными скоростями в противоположных направлениях. При химическом равновесии концентрации реагентов, температура и другие параметры системы не изменяются со временем.
Электролитами называют вещества, проводящие электрический ток за счет движения ионов (а не электронов, как в проводниках-металлах).
Из этого определения видно, что вещества-электролиты должны содержать ионы, которые могут двигаться. Это могут быть твердые, жидкие и даже газообразные вещества (правда, на практике к газам, находящимся в таком состоянии – состоянии плазмы, термин «электролит» обычно не применяют).
Ионной проводимостью в твердом состоянии обладают некоторые оксиды (например, ZrO2, содержащий примесь СаО) при высоких (порядка 1000 °С) температурах (рис.). Примесь оксида кальция создает кислородные вакансии (на рисунке ионы кальция затемнены, а пустыми прямоугольниками обозначены места, в которых отсутствуют ионы кислорода) в кристаллической решетке оксида циркония, по которым и может происходить диффузия этих ионов. Высокая температура обеспечивает их подвижность. Это так называемые твердые электролиты, используемые, например, в топливных элементах.
Электролитами принято называть вещества (главным образом, кислоты, основания и соли), которые при растворении в воде дают подвижные ионы, т.е. растворы которых являются электролитами в буквальном смысле слова. Поэтому обсуждаемые в настоящей главе растворы принято называть растворами электролитов, хотя по существу правильнее было бы называть их «растворы-электролиты».
Способность образовывать ионы является свойством не вещества самого по себе, а пары вещество–растворитель
Протолитическая теория кислот и оснований , предложенная в 1923 г. независимо датским ученым Бренстедом и английским ученым Лоури. Согласно этой теории кислотами являются вещества, молекулы или ионы, отщепляющие при данной реакции протоны. Основаниями являются вещества, молекулы или ионы, присоединяющие протоны. Как те, так и другие получили общее название протолитов.
Реакция отщепления протона изображается уравнением:
кислота « основание + Н+
Кислота и основание такого процесса называется сопряженными. Это кислотно-основная пара. Например, ион H3О+ — кислота , сопряженная основанию H2O, а хлорид-ион Cl- — основание , сопряженное кислоте HCI.
Свободные протоны в растворах самостоятельно не существуют. Они переходят от кислоты к какому-либо основанию . Поэтому в растворе всегда протекают два процесса:
кислота1 « основание1 + Н+
основание2 + Н+ « кислота2
и равновесие между ними изображают уравнением
кислота1 + основание2 « основание1 + кислота2
Таким образом, из кислоты и основания всегда получаются новые сопряженные кислота и основание . Протолитическая теория рассматривает реакцию нейтрализации как переход протона кислоты к основанию .