Вещества каждого класса неорганических соединений имеют некоторые общие признаки. Для кислот этим признаком являются ионы водорода, входящие в состав их молекул.
Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве положительно заряженных ионов образуются исключительно катионы водорода Н+.
Количество ионов Н+, образующихся при диссоциации, определяет основность кислот. Так, HCl, HNO, CH3COOH – одноосновные кислоты, Н2S, H2SO4, H2CO3 – двухосновные, Н3РО4, Н3AsО4 – трехосновные. Кислоты с большей основностью встречаются редко.
С позиций теории электролитической диссоциации кислотой считается не только нейтральная молекула кислоты, но и отрицательно заряженные ионы, которые могут диссоциировать с образованием катиона Н+.
В рассмотренном примере не только молекула Н3AsО4 является кислотой, но образованные в результате ее диссоциации анионы Н2AsО4– и НAsO42–.
У сильных кислот, которые диссоциируют полностью, кислотные свойства проявляются в большей степени, у слабых – в меньшей. Силу кислоты можно определить по ее константе диссоциации: если Кдисс > 10–2, кислоту считают сильной, если Кдисс < 10–4 – слабой. Кислоты с константами диссоциации в пределах 10–2-10–4 относятся к кислотам средней силы.
Благодаря наличию ионов Н+ все кислоты в водных растворах проявляют общие признаки:
способность реагировать с основаниями, т. е. вступать в реакцию нейтрализации, сущность которой выражается сокращенной схемой: Н+ + ОН– H2O;
взаимодействие с металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений до водорода, с выделением водорода Н2;
кислый вкус;
изменение цвета индикатора (рис. 9.6), например, окрашивание нейтрального лакмуса в красный цвет.
Основания – это электролиты, при диссоциации которых в качестве отрицательно заряженных ионов образуются исключительно гидроксид-анионы ОН–.
Сила оснований характеризуется константой диссоциации: чем выше значение Кдисс, тем сильнее основание. Растворимые в воде основания называются щелочами.
К щелочам относятся гидроксиды щелочных (LiОН, NaОН, KОН, RbОН, CsОН) и щелочно-земельных металлов (Ca(ОН)2, Sr(ОН)2, Ba(ОН)2), а также слабое основание NH4OH.
Количество гидроксильных групп, входящих в состав основания, определяет его кислотность. Так, КОН – однокислотное основание, Fe(OH)2 – двухкислотное и т. п. Многокислотные основания диссоциируют ступенчато, например:
I ступень: Fe(OH)3?Fe(OH)2+ + OH–,
II ступень: Fe(OH)2+?FeOH2+ + OH–,
III ступень: FeOH2+ ?Fe3+ + OH–.
Гидроксильные группы придают основаниям определенные общие свойства:
способность взаимодействовать с кислотами (реакции нейтрализации);
своеобразный «мыльный» вкус;
изменение окраски индикатора (рис. 9.7), например, нейтрального лакмуса – в синий цвет, фенолфталеина – в малиновый.
Особое место среди оснований занимают амфотерные гидроксиды.
Рисунок 9.6 – Изменение окраски некоторых индикаторов в растворах кислот и щелочей
Амфотерные гидроксиды (или амфолиты) – это слабые электролиты, способные проявлять в зависимости от условий свойства кислот или оснований, т. е. диссоциировать с образованием ионов Н+ или ионов ОН–:
хН+ + МеОхх–?Ме(ОН)х?Мех+ + хОН–.
Таким образом, в растворе амфотерного электролита устанавливается сложное равновесие, в котором принимают участие продукты диссоциации как по типу кислоты, так и по типу основания (рис. 9.7).
Рисунок 9.7 – Амфотерные основания
Амфотерными свойствами обладают основания Zn(OH)2, Be(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3, Pb(OH)2, Sn(OH)2 и ряд других. Например, равновесие для гидроксида цинка может быть выражено схемой
При взаимодействии с кислотами Zn(OH)2 ведет себя как основание (т. е. проявляет основные свойства), а со щелочами – как слабая кислота (кислотные свойства), но в обоих случаях в результате взаимодействия образуются соли.
Основные свойства гидроксида цинка можно подтвердить на примере взаимодействия с раствором соляной кислоты:
Zn(OH)2 + 2HCl [Zn(H2O)2] Cl2,
Zn(OH)2 + 2H+ + Cl– [Zn(H2O)2]2+ + 2Cl–,
Zn(OH)2 + 2H+ [Zn(H2O)2]2+,
а кислотные свойства – при взаимодействии с раствором щелочи:
Zn(OH)2 + 2NaOH Na2[Zn(OH)4],
Zn(OH)2 + 2Na + OH– 2Na+ + [Zn(OH)4]2–,
Zn(OH)2 + 2OH– [Zn(OH)4]2–.
Совокупность этих свойств и служит доказательством амфотерного характера основания.
Соли – это электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (или катион аммония NH4+) и анионы кислотных остатков.
Это определение касается только средних солей, в состав которых входят катион металла (или NH4+) и анион кислотного остатка, например:
Na3PO4 3Na+ + PO43–.
В уравнениях электролитической диссоциации средних солей, большая часть которых относится к сильным электролитам и подвергается полной диссоциации, вместо знака обратимости (?) записывают стрелку ().
Кислые соли (продукты неполного замещения ионов Н+ в кислоте на металл) диссоциируют ступенчато, при этом, кроме катионов металла, образуется и ион водорода:
I ступень: KHSO3 K+ + HSO3–,
II ступень: HSO3–?H+ + SO32–.
Основные соли (продукт неполного замещения групп ОН– в основании на кислотный остаток) тоже диссоциируют ступенчато и образовывают не только анионы кислотных остатков, но и гидроксид-анионы:
I ступень: СаОНCl CuOH+ + Cl–,
II ступень: СаОН+?Cа2+ + ОН–.
Пример 9.1. Напишите уравнение диссоциации оснований: гидроксида калия, гидроксида железа (ІІ), составьте выражение константы диссоциации.
Решение. Гидроксид калия – щелочь, является сильным электролитом, поэтому диссоциирует полностью:
KOH K+ + OH–.
КОН принадлежит к сильным электролитам и не подчиняется закону действующих масс, поэтому для него константа диссоциации не записывается.
Гидроксид железа (ІІ) является слабым электролитом, диссоциирующим в две ступени:
Пример 9.2. Составьте уравнения электролитической диссоциации для таких веществ: а) хлороводородной кислоты; б) ортоарсенатной кислоты; в) гидроксида меди (ІІ); г) сульфата железа (ІІІ); д) дигидрофосфата кальция; е) хлорида гидроксомеди (ІІ).
Решение. а) Хлороводородная (соляная) кислота – сильный электролит, поэтому в водных растворах диссоциирует практически полностью:
;
б) ортоарсенатная кислота – слабый электролит, трехосновная кислота, поэтому диссоциация проходит частично, в три ступени, причем ?1>?2>?3. Уравнение диссоциации:
I ступень: ,
II ступень: ,
III ступень: ;
в) гидроксид меди (ІІ) – слабый электролит, диссоциирует частично, по двум ступеням:
I ступень: ,
II ступень:;
г) сульфат железа (ІІІ) – сильный электролит, хорошо растворимая соль, поэтому диссоциирует полностью, в одну стадию:
;
д) дигидрофосфат кальция – кислая соль, которая по первой ступени диссоциирует полностю, как сильный электролит, а по второй и третьей – только частично, как слабый электролит:
I ступень: ,
II ступень: ,
III ступень: ;
е) хлорид гидроксомеди (ІІ) – основная соль, по первой ступени диссоциирует полностью, а по второй – частично:
I ступень: ,
II ступень: .
Ключевые слова и термины
Русский
Украинский
Английский
Французский
Арабский
амфотерный
амфотерний
amphoteric
amphot?re
?????
индикатор
індикатор
indicator
indicateur
????
кислая соль
кисла сіль
acid salt
sel d’acide
??? ?????
кислотность
кислотність
acidity
acidit?
?????
многокислотный
багатокислотний
polyacid
polyacide
????? ?????
многоосновный
багатоосновний
polybasic
polybasique
????? ???????
основная соль
основна сіль
basic salt,
hydroxy salt
sel de base
??? ?????
основность
основність
basicity
basicit?
??????
Запомните!
Многоосновные кислоты и многокислотные основания диссоциируют ступенчато, причем, каждой ступени отвечает своя константа диссоциации.
С позиций теории электролитической диссоциации кислотами являются любые вещества, при диссоциации которых образуются ионы водорода Н+, а основаниями – любые вещества, при диссоциации которых образуются гидроксильные ионы ОН–.
Амфотерные основания относятся к слабым электролитам, которые способны проявлять свойства кислот и оснований.
При диссоциации средних солей образуются катионы металла (или NH4+) и анионы кислотного остатка, при диссоциации кислых солей – катионы металла (или NH4+), ионы водорода Н+ и анионы кислотного остатка (Anz– и HAn(z–1)), при диссоциации основных солей – катионы (Ме(ОН)x(z–х) и Меz+), гидроксильные ионы ОН– и анионы кислотного остатка.
Контрольные вопросы
Дайте определение понятию «кислота» и назовите отличительные признаки кислот.
Дайте определение понятию «основание» и назовите отличительные признаки оснований.
Как с помощью индикатора отличить кислоту от основания?
Охарактеризуйте амфотерные основания.
Какие типы солей вы знаете?
Задания для самостоятельной работы
Выберите правильный ответ (один или несколько):
Какие частицы обязательно присутствуют в водных растворах кислот:
а) слабое основание и сильная кислота; б) сильное основание и слабая кислота; в) слабое основание и слабая кислота; г) сильное основание и сильная кислота?
Какие частицы образуются в растворе в результате диссоциации основной соли Cu(OH)NO3:
а) Cu2+ и NO3–; б) CuNO3+ и OH–; в) CuOH+ и NO3–; г) соль на ионы не распадается?
Какие частицы образуются в растворе в результате диссоциации средней соли К3PO4:
а) К+ и КPO42–; б) К2PO4– и PO43–; в) соль на ионы не распадается; г) К+ и PO43–?
На какие ионы распадается сульфитная (сернистая) кислота при диссоциации по I ступени:
а) H+ и SO32–; б) H+ и НSO3–; в) H+ и HSO4–; г) H+ и SO42–?
Какие частички появляются в растворе вследствии диссоциации кислой соли NaHCO3:
H2O;
;
,
,
;
,
;
;
,
,
;
,
.