Гидросфера

до якого класу хімічних речовин належить вода? Відповідно до наявності іону Н+ — вода є кислотою, водночас іон ОН– зумовлює її належність до лугів. Згідно з теорією Брестеда–Лоура вода є і кислотою і лугом, проявляючи в більшій мірі ту чи ту якість залежно від умов. Така властивість речовин має назву амфотерність (від гр. αμφοτερος — один і другий, обидва). Отже, вода є амфотерною речовиною: вона може виступати як донор протонів, тобто як кислота, або як акцептор протонів — основа. Наприклад, якщо у воді розчиняти хлорид водню, то його молекули повністю дисоціюють, утворюючи сильну кислоту (соляна кислота) НСl → H+ + Cl–. Оскільки молекули Н2О, як показано було вище, являють собою диполі, то іони Н+ (протони), утворені за дисоціації НСl взаємодіятимуть із негативно зарядженим полюсом молекули води з боку кисню, утворюючи позитивно заряджені іони гідроксонію:.

Гідроксоній

Отже, у водних розчинах іон водню існує в гідратованій формі гідроксонію.

Загальне рівняння розчинення хлориду водню у воді записують так:

HCl + H2O H3O+ + Cl–.

У цьому прикладі вода виступає як акцептор протонів, тобто як основа.

Другий приклад відображає умови, які утворюються за розчинення у воді слабкої кислоти, наприклад етанової (оцтової води), яка лише частково дисоціює до певного стану рівноваги:

СН3СООН + Н2О Н3О+ + СН3СОО–

І в цьому разі вода зв’язує протони кислоти, виступаючи як акцептор.

За розчинення в воді сильних основ, наприклад гідроксиду натрію — NаОН, він повністю дисоціює на іони Nа+ і ОН–. Тут вода виступає вже як донор протонів, віддаючи іони Н+ гідроксид-іонам, які утворилися за дисоціації гідроксиду натрію: 

У разі розчинення у воді слабкої основи, наприклад аміаку, відбувається такий самий процес — вода виступає як донор протонів, але на відміну від першого, акцептором протонів стає сам аміак:

Остання реакція має важливе значення в біологічних процесах, кругообігу азоту, в технології виробництва азотних добрив та їх раціонального використання в сільському господарстві.

Відносно наведених вище реакцій самоіонізації води слід зауважити, що за нормальної температури (25°С) частка молекул Н2О, яка перебуває в іонізованому стані, надзвичайно мала: одна на 5 млрд. Однак ця здатність води утворювати іони саме в такій кількості відіграє надзвичайно важливу роль у різноманітних біологічних процесах. Дисоціація води зумовлює гідроліз слабких органічних кислот, лугів і солей. Концентрація іонів водню Н+ і також концентрація ОН– є важливою характеристикою водних розчинів. Звернімо увагу на унікальність іона Н+ — це єдиний природний іон, який не має електронів, отже, це «вільний» протон (нуклід ядра з позитивним зарядом). Жодний інший атом з періодичної системи елементів у хімічних реакціях не утворює протона.

А в чому особливість іона водню — протона? Передовсім протон, порівняно з атомом водню, а тим більше з будь-яким іншим атомом, практично не має об’єму, оскільки радіус протона (10–15 m) у 10 тисяч разів менший за радіус найменшого атома періодичної системи — атома водню. Зрозуміло, що він може безперешкодно «мандрувати» серед інших атомів. Лише

1 2 3 4 5 6 7

Похожие работы