Кислотно-основные реакции
Реакции взаимодействия кислот с основаниями являются:
- по теории Аррениуса - реакциями нейтрализации;
- по теории Бренстеда-Лоури - "борьбой" за протон.
Рассмотрим реакцию взаимодействия аммиака с водой:
NH3+H2О ↔ NH4++OH-
Согласно теории Бренстеда-Лоури, в прямой реакции (слева-направо) аммиак выступает в роли основания (поскольку принимает протон), а вода - в роли кислоты (поскольку отдает протон). Однако, в обратной реакции (справа-налево), все происходит с точностью до наоборот - ион аммония является кислотой, а гидроксид-ион - основанием.
Поскольку прямая и обратная реакции протекают одновременно, возникает вопрос, чего будет больше в случае равновесия системы? Если вода будет являться более сильной кислотой, чем ион аммония, то в таком случае, при равновесии кол-во ионов аммония и гидроксильных групп в системе будет больше. В противном же случае, если в роли более сильной кислоты выступит ион аммония, концентрация аммиака будет превосходить (в случае равновесия) концентрацию ионов аммония.
Согласно теории Бернстеда-Лоури, вода вступает в реакцию с основанием с целью образования сопряженной кислотно-основной пары, характерной особенностью которой является наличие иона водорода H+.
В нашем случае, для аммиака (основание) NH3 сопряженной кислотой будет NH4+. Поскольку, в роли кислоты выступает вода H2О, то сопряженным основанием будет OH-. В такой реакции в роли сильного основания будет выступать гидроксид-ион (аммиак будет слабым основанием), по этой причине равновесие системы сместится в левую ее часть, поэтому, в случае равновесия системы гидроксид-ионов будет содержаться меньше.
Нами был рассмотрен случай, когда вода выступала в роли кислоты. А может ли вода выступать в роли основания? Да, конечно, может, например, в реакции взаимодействия с соляной кислотой (соляная кислота, растворяясь в воде, отдает каждой из двух молекул воды по одному своему протону):
HCl+H2O → Cl-+H3O+
Таким образом, взаимодействуя с кислотой вода ведет себя, как основание, а при взаимодействии с основанием - как кислота.
Вещества, которые способны проявлять, как основные, так и кислотные свойства (в зависимости от условий), называются амфотерными.
Более того, две молекулы воды могут вступать в реакцию друг с другом, когда одна из молекул будет отдавать протон, а другая - его получать (равновесная реакция):
H2O+H2O ↔ H3O++OH-
Данная реакция будет характеризоваться константой диссоциации воды (Kw):
Kw=[H3O+][OH-]=1,0·10-14
Для сбалансированного уравнения для чистой воды будет справедливо равенство:
[H3O+]=[OH-]=1,0·10-7
Использование Kw позволяет из [H+] находить [OH-] не только для чистой воды, а для любых водных растворов, в которых концентрации гидроксид-ионов и ионов гидроксония различны, однако, зная одну из концентраций, применив константу диссоциации воды, можно вычислить концентрацию другой составляющей.
Возвращаясь к задаче, решение которой рассмотрено на странице "Слабые кислоты и основания", можно вычислить значение [OH-].
Kw=[H3O+][OH-]=1,0·10-14 [0,4·10-3][OH-]=1,0·10-14 [OH-]=1,0·10-14/0,4·10-3 [OH-]=2,5·10-11
