Все мы в процессе взросления проходим через стадию «черно-белого» мышления. Когда мир делится на хорошо-плохо, правильно-неправильно, все или ничего. И какое-то время эта схема работает – помогает «уберечь» подрастающего человека от ошибок, пока он не научится разумно оценивать возможные последствия своих действий. Но эта система слишком проста – в мире есть бесчисленное множество оттенков, и она их не учитывает – и если от нее вовремя не избавиться, взрослого человека ждут трудности.
В изучении химии происходит нечто подобное: вплоть до 11 класса ребятам рассказывают, про химические реакции в таком ключе: они или идут, или нет – и без вариантов. Поэтому у меня, в свое время, порвало шаблон на теме «химическое равновесие»: оказывается, что реакции могут идти лишь частично, а тот факт, что исходные вещества исчезают в них без следа, превращаясь в продукты – лишь полезная абстракция, направленная на то, чтобы не перегружать неокрепшие умы школьников лишними деталями.
Чтобы понять, как обстоят дела на самом деле, поглядим на парочку примеров.
Пример необратимой реакции - взаимодействие нитрата серебра и хлорида натрия:
AgNO₃ + NaCl = NaNO₃ + AgCl↓
Ag⁺ + Cl⁻ = AgCl↓
Сокращенное ионное уравнение подсказывает нам, что хлорид анионы соединяются с ионами серебра, и превращаются в нерастворимый в воде хлорид серебра. Как вы думаете, все ли ионы серебра и хлора провернут такой фокус? В том то и дело, что не все – часть, пускай небольшая, останется плавать в растворе. Получается, эта реакция протекает не полностью. Давайте узнаем, сколько их осталось - количество этих «неправильных» ионов, которые почему-то не захотели соединяться, можно оценить с помощью произведения растворимости:
ПР(AgCl) = [Ag⁺]х[Cl⁻]
Ионы в квадратных скобочках – остаточные концентрации ионов в растворе, после выпадения хлорида серебра в осадок. В справочнике мы можем найти величину ПР для хлорида серебра – она равна 1.78х10⁻¹⁰, и пока не особо понятно, сколько это в граммах серебра в растворе. Давайте переведем эту величину в граммы серебра на литр раствора.
Поскольку ионы серебра и хлора образуются из одного и того же вещества – AgCl, то и получаются они в одинаковом количестве. Значит, [Ag⁺]=[Cl⁻], поэтому и выражение для ПР мы можем переписать так:
ПР(AgCl) = [Ag⁺]х[Ag⁺] = [Ag⁺]²
А значит, концентрация серебра будет равна:
[Ag⁺]=√ПР(AgCl)=1.32х10⁻⁵ моль/л
А теперь переведем моль в граммы – умножим полученное число на молярную массу серебра (107.9 г/моль):
S(Ag⁺) = 107.9х1.32х10⁻⁵ = 0.0014 г/л
Получается, в 1 л такого раствора останется 1,4 мг серебра. Много это или мало? Просто в слив такую «серебряную» воду отправить нельзя – если она попадет в питьевой источник, то можно испортить кому-то здоровье, т.к. предельно допустимое количество этого металла в воде – 0.05 мг на литр, то есть в 30 раз меньше! Поэтому, с точки зрения безопасности, такая реакция идет ого-го как неполностью. А с точки зрения выгоды – в рамках лабораторного опыта можно считать, что серебра там не осталось, т.к. стоимость остаточного серебра в 1 литре воды составит всего 10 копеек (при курсе 68.81 рублей за грамм серебра). А вот в рамках производства, где могут быть в обороте гораздо большие объемы такого раствора, из одной тонны наберется уже 1.5 грамма – этого количества хватит, чтобы сделать простенькое колечко.
Вот такие оттенки этой «серебряной» истории с реакцией, протекающей «до конца».