Реакції в розчинах електролітів. Іонні рівняння.

Реакції в розчинах електролітів. Іонні рівняння.

Відповідно до теорії електролітичної дисоціації, реакції в розчинах електролітів відбуваються між іонами.

Реакції між іонами перебігають тільки тоді, коли в результаті їх взаємодії утворюється малорозчинна або летка сполука чи слабкий електроліт.

Запис рівнянь хімічних реакцій в іонному вигляді дозволяє встановити, в яких випадках реакції йдуть тільки в одному напрямі а коли вони є оборотними.

Розберемо декілька типів хімічних реакцій з погляду теорії електролітичної дисоціації і спробуємо встановити закономірності їх оборотності або необоротності.

Оборотні реакції. Якщо змішати розчини натрій хлориду і калій нітрату, то ніяких змін не відбудеться. Натрій хлорид в розчині дисоціює на іони натрію і хлора, а калій нітрат – на іони калія і нітрат-іони. Рівняння реакції, що відбувається між цими речовинами, в молекулярному вигляді буде:

NaCl + KNO₃ >NaNO₃ + KCl.

Речовини, що утворюються, добре розчинні у воді, є сильними елекролітами і тому в розчині знаходяться у вигляді іонів. Значить, в іонному вигляді передбачувана реакція може бути зображена таким чином:

Na⁺ + Cl^- + K⁺ + NO₃^- > Na⁺ + NO₃^-  + K⁺ + Cl^-

Видно, що як в лівій, так і в правій частинах рівняння в розчині знаходяться одні і ті ж іони. Таким чином, реакція фактично не відбувається.

Розглянемо іншу рекцію:

2NaOH + H₂CO₃ >Na₂CO₃ + 2H₂O.

Запишемо її в іонно-молекулярному вигляді (всі речовини, що є сильними електролітами запісуються у вигляді іонів, всі інші – у вигляді молекул):

2Na⁺ + 2OH^- + H₂CO₃ > 2Na⁺ + CO₃^2- +2H₂O

Після скорочення однакових іонів одержуємо:

2OH^- + H₂CO₃ >CO₃^2- + H₂O

Ця реакція є оборотною, оскільки і в лівій, і в правій частинах рівняння є недисоційовані молекули. Таким чином, ця реакція до кінця не протікає.

Необоротні реакції. Серед практично необоротних реакцій можна виділити декілька типів.

1.Реакції подвійного обміну з утворенням малорозчинної речовини.

Розглянемо приклади утворення малорозчинних продуктів реакції. Якщо до розчину барій нітрату додати розчин калій сульфату або іншої солі, яка має в своєму складі сульфат-іон, то випадає білий осад барій сульфату. Замість розчину солі можна додати сульфатну кислоту. Запишемо декілька рівнянь реакцій утворення барій сульфату:

Ba(NO₃)₂ + K₂SO₄ > BaSO₄¯ + 2KNO₃

Ba(NO₃)₂ + Ag₂SO₄ > BaSO₄¯ + 2AgNO₃

Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ > BaSO₄¯ + 2HNO₃

Наведені рівняння свідчать про те, що утворення малорозчинного у воді барій сульфату є результатом взаємодії тільки двох іонів Ba²⁺ і SO₄^2-. Насправді, якщо записати сильні електроліти цих рівнянь у вигляді іонів і скоротити однакові іони, то можна побачити, що фактично реакція відбувається між іонами Ba²⁺ і SO₄^2-, а всі інші іони ніяких змін не зазнали. Наприклад:

Ba²⁺ + 2NO₃^- + 2K⁺ + SO₄^2->BaSO₄¯ + 2K⁺ + 2NO₃^-;

Ba²⁺ + SO₄^2-> BaSO₄¯.

В цьому випадку, коли з іонів виходить недисоційована молекула, замість знаку оборотності ставиться стрілка.

Таким чином, реакції, що відбуваються з утворенням малорозчинних речовин, направлені тільки в одну сторону, тобто протікають практично до кінця.

2.Реакції з утворенням газоподібних речовин.

Прикладом таких реакцій може служити взаємодія  натрій карбонату  з сильною кислотою:

Na₂CO₃ + 2HCl > 2NaCl + H₂O + CO₂­

2Na⁺ + CO₃^2- + 2H⁺ + 2Cl^- > 2Na⁺ + 2Cl^- + H₂O + CO₂­

CO₃^2- + 2H⁺ > H₂O + CO₂­

Якщо цю реакцію проводити у відкритій посудині, то вуглекислий газ газ видаляється з сфери реакції і не може брати участь у зворотному процесі. Тому практично дана реакція йде до кінця.

3.Реакції з утворенням малодисоційованих речовин (вода, оцтова кислота,амоній гідроксид, ціанистоводнева кислотаі тощо).

а) реакції нейтралізації з утворенням води:

HCl + NaOH > NaCl + H₂O

H⁺  + Cl^- + Na⁺ + OH^-  > Na⁺ + Cl^- + H₂O

H⁺  + OH^-  > H₂O

б) реакції з утворенням малодисоційованих основ (наприклад, амоній гідроксиду К_д = 1,8×10^-5)

NH₄Cl + NaOH > NH₄OH + NaCl

NH₄⁺ + Cl^- + Na⁺ + OH^- > NH₄OH + Na⁺ + Cl^-

NH₄⁺ + OH^- > NH₄OH

в) реакції з утворенням малодисоційованої кислоти

2СН₃COONa + H₂SO₄ >Na₂SO₄ + 2CH₃COOH

2CH₃COO^- + Na⁺  + 2H⁺ + SO₄^2-  > 2Na⁺ + SO₄^2- + 2CH₃COOH

CH₃COO^- + H⁺ > CH₃COOH

При утворенні малодисоційованих сполук відбувається об’єднання іонів реагуючих речовин, тому розчини стають слабкими провідниками електричного струму.