Ранее я выкладывал таблицу, в которой собрал все кислотно-основные превращения для самых главных классов неорганических веществ. И это был, по сути, конспект – для его понимания нужен контекст. И его вы найдете в этой статье.
На самом деле, я немного слукавил – в таблице были не просто кислотно-основные, но и обменные реакции – более общая штука. Посредством их происходит вся магия реакций в водных растворах.
С чего начинаются реакции обмена? С того, что вещества попадают в воду, и в ней начинается коллективная работа - молекулы воды начинают растаскивать кристаллическую решетку вещества на структурные единицы. Как будто бригада рабочих разбирает здание по кирпичикам. Если у них это получается, то говорят, что вещество растворимо. А если нет - то нерастворимо. Помните такую таблицу - растворимости? Вот она:
Если вещество имеет букву «Р» в ней, то на растворении дело не заканчивается. Слабое место в структуре вещества - самая полярная связь:
- ионная (в солях и сильных основаниях);
- ковалентная полярная (в кислотах).
Их разрывают в растворе молекулы воды - этот процесс называется диссоциация.
После протекания диссоциации, как таковых веществ в растворе нет - имеет место набор ионов, окруженных молекулами воды.
Na₂SO₄ + BaCl₂ → 2Na⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + 2Cl⁻
При столкновении ионов возможно их объединение в новое вещество - в каких случаях это происходит?
1) Два иона объединяются в нерастворимое вещество - такое, что вода не может удержать в растворе их структурные единицы, они слипаются и выпадают в осадок:
Исходно: Na₂SO₄ + BaCl₂ → 2Na⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + 2Cl⁻
Объединились и выпали в осадок: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓
Остались в растворе: 2Na⁺ + 2Cl⁻
2) Два иона объединяются в недиссоциирующее вещество - такое, что вода не может больше поддерживать их ионы в диссоциированном виде, т.к. притяжение между ними слишком сильное (при этом вещество остается в растворе):
Исходно: CH₃COOK + HCl → CH₃COO⁻ + K⁺ + H⁺ + Cl⁻
Объединились и остались в растворе: CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH
Осталось в растворе: K⁺ + Cl⁻ + CH₃COOH
3) Два иона объединяются в вещество, которое немедленно разлагается на нерастворимые в воде продукты (газообразные или твердые):
NH₄⁺ + OH- → NH₃↑ + H₂O
2Ag⁺ + 2OH- → Ag₂O↓ + H₂O
Первая и третья ситуации больше характерны для ионных соединений - солей и слабых оснований, вторая - для веществ с ковалентной связью. Но принцип один - притяжение между ионами становится сильнее, чем способность воды держать их друг от друга подальше.
И таким образом, мы получаем критерии протекания реакций обмена: выпадение осадка, выделение газа или образование малодиссоциирующего соединения. А в общем - уход ионов из водного раствора.
С помощью реакций, в которых происходит образование осадков, можно получать достаточно чистые вещества. Например, по реакции:
Na₂SO₄ + BaCl₂ → 2NaCl + BaSO₄↓
можно получить как сульфат бария, отделив от него раствор фильтрованием и промыв чистой водой:
…так и хлорид натрия с помощью перекристаллизации и дробной кристаллизации - метода постепенного испарения растворителя с отбором небольших фракций кристаллов. Среди последних выбирают подходящей чистоты и используют по назначению.
Привычное для нас дело - бросить ложку соли в воду, перед тем как сварить макароны или суп. Для нас она там просто исчезает. А на самом деле, мы перестаем ее видеть из-за того, что она сперва распадается на структурные единицы - растворяется. А затем и диссоциирует - на ионы, которые меньше длины волны света - потому их не видно.
Спасибо, что дочитали до конца🤗 Хорошего вам дня и до новых встреч😉