Se determina el medio neutro de la solución. El valor del pH y su influencia en la calidad del agua potable. Agua. Ambiente neutro, ácido y alcalino. Protolitos fuertes
La hidrólisis es la interacción de sustancias con agua, como resultado de lo cual cambia el medio de la solución.
Los cationes y aniones de electrolitos débiles pueden interactuar con el agua para formar compuestos o iones estables de baja disociación, como resultado de lo cual cambia el medio de la solución. Las fórmulas de agua en las ecuaciones de hidrólisis generalmente se escriben como H-OH. Al reaccionar con el agua, los cationes de las bases débiles le quitan el ion hidroxilo al agua y se forma un exceso de H+ en la solución. La solución se vuelve ácida. Los aniones de ácidos débiles atraen H+ del agua y la reacción del medio se vuelve alcalina.
En química inorgánica, la mayoría de las veces uno tiene que lidiar con la hidrólisis de sales, es decir con la interacción de intercambio de iones de sal con moléculas de agua en el proceso de su disolución. Hay 4 variantes de hidrólisis.
1. La sal está formada por una base fuerte y un ácido fuerte.
Tal sal prácticamente no se somete a hidrólisis. Al mismo tiempo, el equilibrio de la disociación del agua en presencia de iones de sal casi no se altera, por lo tanto, pH = 7, el medio es neutro.
Na + + H 2 O Cl - + H 2 O
2. Si la sal está formada por un catión de una base fuerte y un anión de un ácido débil, entonces se produce la hidrólisis en el anión.
Na2CO3 + HOH \(\leftrightarrow\) NaHCO3 + NaOH
Dado que los iones OH - se acumulan en la solución, el medio es alcalino, pH > 7.
3. Si la sal está formada por un catión de una base débil y un anión de un ácido fuerte, la hidrólisis procede a lo largo del catión.
Cu2+ + HOH \(\leftrightarrow\) CuOH + + H +
СuCl 2 + HOH \(\leftrightarrow\) CuOHCl + HCl
Dado que los iones H+ se acumulan en la solución, el medio es ácido, pH<7.
4. Una sal formada por un catión de una base débil y un anión de un ácido débil sufre hidrólisis tanto en el catión como en el anión.
CH 3 COONH 4 + HOH \(\leftrightarrow\) NH 4 OH + CH 3 COOH
CH 3 COO - + + HOH \(\leftrightarrow\) NH 4 OH + CH 3 COOH
Las soluciones de tales sales tienen un ambiente ligeramente ácido o ligeramente alcalino, es decir el valor de pH es cercano a 7. La reacción del medio depende de la relación de las constantes de disociación de ácido y base. La hidrólisis de las sales formadas por ácidos y bases muy débiles es prácticamente irreversible. Estos son principalmente sulfuros y carbonatos de aluminio, cromo y hierro.
Al 2 S 3 + 3HOH \(\leftrightarrow\) 2Al(OH) 3 + 3H 2 S
Al determinar el medio de una solución salina, se debe tener en cuenta que el medio de la solución está determinado por el componente fuerte. Si la sal está formada por un ácido que es un electrolito fuerte, entonces el medio de la solución es ácido. Si la base es un electrolito fuerte, entonces es alcalino.
Ejemplo. La solución tiene un ambiente alcalino.
1) Pb(NO3)2; 2) Na2CO3; 3) NaCl; 4) NaNO3
1) Pb (NO 3) 2 nitrato de plomo (II). La sal está formada por una base débil y ácido fuerte, significa el medio de solución agrio.
2) Na2CO3 carbonato de sodio. Sal formada base fuerte y un ácido débil, entonces el medio de la solución alcalino.
3) NaCl; 4) Las sales de NaNO 3 están formadas por la base fuerte NaOH y los ácidos fuertes HCl y HNO 3 . El medio de la solución es neutro.
Respuesta correcta 2) Na2CO3
Se sumergió un papel indicador en las soluciones salinas. En las soluciones de NaCl y NaNO 3, no cambió de color, lo que significa que el medio de la solución neutral. En una solución de Pb (NO 3) 2 se volvió roja, el medio de la solución agrio. En una solución de Na 2 CO 3 se volvió azul, el medio de solución alcalino.
Conferencia: Hidrólisis de sal. Ambiente de soluciones acuosas: ácido, neutro, alcalino
Hidrólisis de salSeguimos estudiando los patrones de las reacciones químicas. Al estudiar el tema, aprendió que durante la disociación electrolítica en una solución acuosa, las partículas involucradas en la reacción de las sustancias se disuelven en agua. Esto es hidrólisis. A él están expuestas diversas sustancias inorgánicas y orgánicas, en particular sales. Sin comprender el proceso de hidrólisis de las sales, no podrá explicar los fenómenos que ocurren en los organismos vivos.
La esencia de la hidrólisis de la sal se reduce al proceso de intercambio de la interacción de los iones de sal (cationes y aniones) con las moléculas de agua. Como resultado, se forma un electrolito débil, un compuesto de baja disociación. En una solución acuosa aparece un exceso de iones H+ u OH- libres. Recuerde, la disociación de qué electrolitos forma iones H + y qué OH -. Como habrás adivinado, en el primer caso estamos ante un ácido, lo que significa que el medio acuoso con iones H+ será ácido. En el segundo caso, alcalino. En el agua en sí, el medio es neutro, ya que se disocia ligeramente en iones H + y OH - de la misma concentración.
La naturaleza del medio ambiente se puede determinar utilizando indicadores. La fenolftaleína detecta un ambiente alcalino y colorea la solución de carmesí. El tornasol se vuelve rojo con ácido y azul con álcali. Naranja de metilo - naranja, en un ambiente alcalino se vuelve amarillo, en un ambiente ácido - rosa. El tipo de hidrólisis depende del tipo de sal.
Tipos de sal
Entonces, cualquier sal es una interacción de un ácido y una base, que, como comprenderán, son fuertes y débiles. Fuertes son aquellos cuyo grado de disociación α es cercano al 100%. Debe recordarse que los ácidos sulfuroso (H 2 SO 3 ) y fosfórico (H 3 PO 4) a menudo se denominan ácidos de fuerza media. A la hora de resolver problemas de hidrólisis, estos ácidos deben clasificarse como débiles.
Ácidos:
Fuerte: HCl; HBr; hl; HNO3; HClO4; H2SO4. Sus residuos ácidos no interactúan con el agua.
Débil: IC; H2CO3; H2SiO3; H2S; HNO2; H2SO3; H3PO4; Ácidos orgánicos. Y sus residuos ácidos interactúan con el agua, tomando cationes de hidrógeno H+ de sus moléculas.
Razones:
Fuerte: hidróxidos de metales solubles; Ca(OH)2; Sr(OH)2. Sus cationes metálicos no interactúan con el agua.
Débil: hidróxidos metálicos insolubles; hidróxido de amonio (NH 4 OH). Y los cationes metálicos aquí interactúan con el agua.
Con base en este material, consideretipos de sal :
Sales con una base fuerte y un ácido fuerte. Por ejemplo: Ba (NO 3) 2, KCl, Li 2 SO 4. Características: no interaccionan con el agua, por lo que no sufren hidrólisis. Las soluciones de tales sales tienen un medio de reacción neutro.
Sales con una base fuerte y un ácido débil. Por ejemplo: NaF, K 2 CO 3 , Li 2 S. Características: los residuos ácidos de estas sales interactúan con el agua, se produce la hidrólisis del anión. El medio de las soluciones acuosas es alcalino.
Sales con bases débiles y ácidos fuertes. Por ejemplo: Zn (NO 3) 2, Fe 2 (SO 4) 3, CuSO 4. Características: solo los cationes metálicos interactúan con el agua, se produce la hidrólisis catiónica. El miércoles es amargo.
Sales con una base débil y un ácido débil. Por ejemplo: CH 3 COONН 4, (NH 4) 2 CO 3 , HCOONН 4. Características: tanto los cationes como los aniones de los residuos ácidos interactúan con el agua, la hidrólisis se produce por catión y anión.
Un ejemplo de hidrólisis en el catión y la formación de un ambiente ácido.:
Hidrólisis de cloruro férrico FeCl 2
FeCl2 + H2O ↔ Fe(OH)Cl + HCl(ecuación molecular)
Fe 2+ + 2Cl - + H + + OH - ↔ FeOH + + 2Cl - + H+ (ecuación iónica completa)
Fe 2+ + H 2 O ↔ FeOH + + H + (ecuación iónica abreviada)
Un ejemplo de hidrólisis de aniones y la formación de un entorno alcalino:
Hidrólisis de acetato de sodio CH 3 COONa
CH 3 COONa + H 2 O ↔ CH 3 COOH + NaOH(ecuación molecular)
Na + + CH 3 COO - + H 2 O ↔ Na + + CH 3 COOH + OH- (ecuación iónica completa)
CH 3 COO - + H 2 O ↔ CH 3 COOH + OH -(ecuación iónica abreviada)
Un ejemplo de co-hidrólisis:
- Hidrólisis de sulfuro de aluminio Al 2S 3
Al 2 S 3 + 6H2O ↔ 2Al(OH) 3 ↓+ 3H 2 S
En este caso, vemos una hidrólisis completa, que ocurre si la sal está formada por una base débil insoluble o volátil y un ácido débil insoluble o volátil. En la tabla de solubilidad hay guiones en tales sales. Si durante la reacción de intercambio iónico se forma una sal que no existe en una solución acuosa, entonces es necesario escribir la reacción de esta sal con agua.
Por ejemplo:
2FeCl3 + 3Na2CO3 ↔ Fe2 (CO3)3+ 6NaCl
Fe2 (CO3)3+ 6H 2 O ↔ 2Fe(OH) 3 + 3H 2 O + 3CO 2
Sumamos estas dos ecuaciones, luego lo que se repite en las partes izquierda y derecha, reducimos:
2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O ↔ 6NaCl + 2Fe(OH)3 ↓ + 3CO2
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Recuerda:
Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base que produce sal y agua;
Por agua pura, los químicos entienden agua químicamente pura que no contiene impurezas ni sales disueltas, es decir, agua destilada.
Acidez del ambiente
Para diversos procesos químicos, industriales y biológicos, una característica muy importante es la acidez de las soluciones, que caracteriza el contenido de ácidos o álcalis en las soluciones. Dado que los ácidos y los álcalis son electrolitos, el contenido de iones H + u OH - se utiliza para caracterizar la acidez del medio.
En agua pura y en cualquier solución, junto con partículas de sustancias disueltas, también hay iones H + y OH -. Esto se debe a la disociación del agua misma. Y aunque consideramos que el agua no es un electrolito, sin embargo, puede disociarse: H 2 O ^ H + + OH -. Pero este proceso ocurre en muy pequeña medida: en 1 litro de agua, solo 1 se descompone en iones. 10 -7 moléculas molares.
En soluciones ácidas, como resultado de su disociación, aparecen iones H+ adicionales. En tales soluciones, hay muchos más iones H + que iones OH - formados durante una ligera disociación del agua, por lo que estas soluciones se denominan ácidas (Fig. 11.1, izquierda). Es costumbre decir que en tales soluciones un ambiente ácido. Cuantos más iones H+ contenga la solución, mayor será la acidez del medio.
En soluciones alcalinas, como resultado de la disociación, por el contrario, predominan los iones OH - y los cationes H + están casi ausentes debido a la disociación insignificante del agua. El ambiente de tales soluciones es alcalino (Fig. 11.1, derecha). Cuanto mayor es la concentración de iones OH -, más alcalino es el medio de la solución.
En una solución de sal de mesa, el número de iones H + y OH es el mismo e igual a 1. 10 -7 mol en 1 litro de solución. Tal entorno se llama neutral (Fig. 11.1, centro). De hecho, esto significa que la solución no contiene ni ácido ni álcali. Un ambiente neutro es característico de las soluciones de algunas sales (formadas por álcali y ácido fuerte) y muchas sustancias orgánicas. El agua pura también tiene un ambiente neutral.
Indicador de hidrógeno
Si comparamos el sabor del kéfir y el jugo de limón, podemos decir con seguridad que el jugo de limón es mucho más ácido, es decir, la acidez de estas soluciones es diferente. Ya sabes que el agua pura también contiene iones H+, pero el agua no sabe agria. Esto se debe a la concentración demasiado baja de iones H+. Muchas veces no basta con decir que el ambiente es ácido o alcalino, sino que es necesario caracterizarlo cuantitativamente.
La acidez del ambiente se caracteriza cuantitativamente por el indicador de hidrógeno pH (pronunciado "p-ash"), asociado a la concentración
iones de hidrogeno El valor de pH corresponde a un cierto contenido de cationes de hidrógeno en 1 litro de solución. En agua pura y en soluciones neutras, 1 litro contiene 1. 10 7 mol de iones H +, y el valor de pH es 7. En soluciones ácidas, la concentración de cationes H + es mayor que en agua pura, y menor en soluciones alcalinas. De acuerdo con esto, el valor del pH también cambia: en un ambiente ácido, oscila entre 0 y 7, y en ambientes alcalinos, entre 7 y 14. Por primera vez, el químico danés Peder Sørensen sugirió utilizar el valor del pH.
Es posible que haya notado que el valor del pH está relacionado con la concentración de iones H+. Determinar el pH está directamente relacionado con calcular el logaritmo de un número, que estudiarás en las lecciones de matemáticas en el grado 11. Pero la relación entre el contenido de iones en una solución y el valor de pH se puede rastrear de acuerdo con el siguiente esquema:
El valor de pH de las soluciones acuosas de la mayoría de las sustancias y soluciones naturales está en el rango de 1 a 13 (Fig. 11.2).
Arroz. 11.2. Valor de pH de varias soluciones naturales y artificiales.
Søren Peder Lauritz Sørensen
Químico físico y bioquímico danés, presidente de la Royal Danish Society. Graduado de la Universidad de Copenhague. A los 31 años, se convirtió en profesor en el Instituto Politécnico Danés. Dirigió el prestigioso laboratorio de física y química de la cervecería Carlsberg en Copenhague, donde realizó sus principales descubrimientos científicos. Su principal actividad científica está dedicada a la teoría de las soluciones: introdujo el concepto de índice de hidrógeno (pH), estudió la dependencia de la actividad enzimática de la acidez de las soluciones. Por logros científicos, Sørensen está incluido en la lista de "100 químicos destacados del siglo XX", pero en la historia de la ciencia se mantuvo principalmente como un científico que introdujo los conceptos de "pH" y "pH-metría".
Determinación de la acidez del medio.
Para determinar la acidez de una solución en laboratorios, se usa con mayor frecuencia un indicador universal (Fig. 11.3). Por su color, se puede determinar no solo la presencia de ácido o álcali, sino también el valor de pH de la solución con una precisión de 0,5. Para una medición más precisa del pH, existen dispositivos especiales: medidores de pH (Fig. 11.4). Le permiten determinar el pH de la solución con una precisión de 0.001-0.01.
Usando indicadores o medidores de pH, puede monitorear el progreso de las reacciones químicas. Por ejemplo, si se agrega ácido clorhídrico a una solución de hidróxido de sodio, ocurrirá una reacción de neutralización:
Arroz. 11.3. Un indicador universal determina el valor de pH aproximado
Arroz. 11.4. Para medir el pH de las soluciones, se utilizan dispositivos especiales: medidores de pH: a - laboratorio (estacionario); b - portátil
En este caso, las soluciones de los reactivos y los productos de reacción son incoloras. Sin embargo, si el electrodo de un medidor de pH se coloca en la solución alcalina inicial, entonces la neutralización completa del álcali con ácido puede juzgarse por el valor de pH de la solución resultante.
El uso del indicador de pH
Determinar la acidez de las soluciones es de gran importancia práctica en muchas áreas de la ciencia, la industria y otras áreas de la vida humana.
Los ambientalistas miden regularmente el pH del agua de lluvia, ríos y lagos. Un fuerte aumento en la acidez de las aguas naturales puede ser el resultado de la contaminación atmosférica o la entrada de desechos de empresas industriales en los cuerpos de agua (Fig. 11.5). Tales cambios implican la muerte de plantas, peces y otros habitantes de los cuerpos de agua.
El índice de hidrógeno es muy importante para estudiar y observar los procesos que ocurren en los organismos vivos, ya que en las células tienen lugar numerosas reacciones químicas. En el diagnóstico clínico, se determina el pH del plasma sanguíneo, la orina, el jugo gástrico, etc. (Fig. 11.6). El pH normal de la sangre está entre 7,35 y 7,45. Incluso un pequeño cambio en el pH de la sangre humana causa una enfermedad grave y, a un pH de 7,1 o menos, comienzan cambios irreversibles que pueden conducir a la muerte.
Para la mayoría de las plantas, la acidez del suelo es importante, por lo que los agrónomos analizan los suelos con anticipación y determinan su pH (Fig. 11.7). Si la acidez es demasiado alta para un cultivo en particular, se encala el suelo: se agrega tiza o cal.
En la industria alimentaria, con la ayuda de indicadores ácido-base, se lleva a cabo el control de calidad de los alimentos (Fig. 11.8). Por ejemplo, el pH normal de la leche es 6,8. Una desviación de este valor indica la presencia de impurezas o su acidificación.
Arroz. 11.5. La influencia del nivel de pH del agua en los embalses sobre la actividad vital de las plantas en ellos.
El valor de pH de los productos cosméticos que usamos en la vida diaria es importante. El pH promedio para la piel humana es 5.5. Si la piel entra en contacto con agentes cuya acidez difiere significativamente de este valor, esto conduce al envejecimiento prematuro de la piel, su daño o inflamación. Se notó que las lavanderas que usaban jabón de lavar normal (pH = 8-10) o soda para lavar (Na 2 CO 3 , pH = 12-13) para lavar durante mucho tiempo, la piel de las manos se resecó mucho y se agrietó. Por ello, es muy importante utilizar diversos productos cosméticos (geles, cremas, champús, etc.) con un pH cercano al pH natural de la piel.
EXPERIMENTOS DE LABORATORIO No. 1-3
Equipo: soporte con tubos de ensayo, pipeta.
Reactivos: agua, ácido clorhídrico, NaCl, soluciones de NaOH, vinagre de mesa, indicador universal (solución o papel indicador), productos alimenticios y cosméticos (por ejemplo, limón, champú, pasta de dientes, detergente en polvo, bebidas carbonatadas, jugos, etc.).
Regulaciones de seguridad:
Para experimentos, use pequeñas cantidades de reactivos;
Tenga cuidado de no poner los reactivos en la piel, en los ojos; en caso de contacto con una sustancia corrosiva, lavar con abundante agua.
Determinación de iones de hidrógeno e iones de hidróxido en soluciones. Establecimiento del valor de pH aproximado del agua, soluciones alcalinas y ácidas
1. Vierta 1-2 ml en cinco tubos de ensayo: en el tubo de ensayo No. 1 - agua, No. 2 - ácido clorhídrico, No. 3 - solución de cloruro de sodio, No. 4 - solución de hidróxido de sodio y No. 5 - vinagre de mesa .
2. Agregue 2-3 gotas de solución indicadora universal a cada tubo u omita el papel indicador. Determine el pH de las soluciones comparando el color del indicador con una escala de referencia. Saca conclusiones sobre la presencia de cationes de hidrógeno o iones de hidróxido en cada tubo de ensayo. Escriba las ecuaciones de disociación para estos compuestos.
Pruebas de pH de productos alimenticios y cosméticos.
Pruebe muestras de alimentos y productos cosméticos con un indicador universal. Para estudiar sustancias secas, por ejemplo, detergente en polvo, deben disolverse en una pequeña cantidad de agua (1 espátula de materia seca por 0,5-1 ml de agua). Determinar el pH de las soluciones. Sacar conclusiones sobre la acidez del ambiente en cada uno de los productos estudiados.
Idea clave
preguntas de examen
130. ¿La presencia de qué iones en una solución determina su acidez?
131. ¿Qué iones se encuentran en exceso en las soluciones ácidas? en alcalino?
132. ¿Qué indicador describe cuantitativamente la acidez de las soluciones?
133. ¿Cuál es el valor de pH y el contenido de iones H+ en soluciones: a) neutral; b) ligeramente ácido; c) ligeramente alcalino; d) fuertemente ácido; e) fuertemente alcalino?
Tareas para dominar el material.
134. Una solución acuosa de alguna sustancia tiene un ambiente alcalino. ¿Qué iones hay más en esta solución: H + u OH -?
135. Dos tubos de ensayo contienen soluciones de nitrato ácido y nitrato de potasio. ¿Qué indicadores se pueden usar para determinar qué tubo contiene una solución salina?
136. Tres tubos de ensayo contienen soluciones de hidróxido de bario, ácido de nitrato y nitrato de calcio. ¿Cómo reconocer estas soluciones usando un reactivo?
137. De la lista anterior, escribe por separado las fórmulas de las sustancias cuyas soluciones tienen un ambiente: a) ácido; b) alcalino; c) neutro. NaCl, HCl, NaOH, HNO3, H3PO4, H2SO4, Ba(OH)2, H2S, KNO3.
138. El agua de lluvia tiene pH = 5,6. ¿Qué significa esto? ¿Qué sustancia contenida en el aire, cuando se disuelve en agua, determina tal acidez del ambiente?
139. Qué medio (ácido o alcalino): a) en una solución de champú (pH = 5,5);
b) en la sangre de una persona sana (pH = 7,4); c) en jugo gástrico humano (рН = 1.5); d) en la saliva (pH = 7,0)?
140. La composición del carbón utilizado en las centrales térmicas contiene compuestos de nitrógeno y azufre. La emisión de productos de la combustión del carbón a la atmósfera da lugar a la formación de la llamada lluvia ácida, que contiene pequeñas cantidades de ácidos nitrato o sulfito. ¿Qué valores de pH son típicos para este tipo de agua de lluvia: más de 7 o menos de 7?
141. ¿El pH de una solución de ácido fuerte depende de su concentración? Justifica la respuesta.
142. Se añadió una solución de fenolftaleína a una solución que contenía 1 mol de hidróxido de potasio. ¿Cambiará el color de esta solución si se le agrega ácido clorhídrico con la cantidad de sustancia: a) 0.5 mol; b) 1 mol;
c) 1,5 moles?
143. En tres tubos de ensayo sin inscripciones hay soluciones incoloras de sulfato de sodio, hidróxido de sodio y ácido de sulfato. Para todas las soluciones, se midió el valor de pH: en el primer tubo - 2.3, en el segundo - 12.6, en el tercero - 6.9. ¿Qué tubo contiene qué sustancia?
144. Un estudiante compró agua destilada en una farmacia. El medidor de pH mostró que el valor de pH de esta agua es 6.0. Luego, el estudiante hirvió esta agua durante mucho tiempo, llenó el recipiente hasta el tope con agua caliente y cerró la tapa. Cuando el agua se enfrió a temperatura ambiente, el medidor de pH marcaba 7,0. Después de eso, el estudiante pasó aire a través del agua con un tubo y el medidor de pH nuevamente mostró 6.0. ¿Cómo se pueden explicar los resultados de estas mediciones de pH?
145. ¿Por qué crees que dos botellas de vinagre del mismo fabricante pueden contener soluciones con valores de pH ligeramente diferentes?
Este es material de libro de texto.
La reacción de una solución de sustancias en un disolvente puede ser de tres tipos: neutra, ácida y alcalina. La reacción depende de la concentración de iones de hidrógeno H+ en solución.
El agua pura se disocia en muy pequeña medida en iones H+ e iones hidroxilo OH-.
valor pH
El pH es una forma conveniente y común de expresar la concentración de iones de hidrógeno. Para agua pura, la concentración de H + es igual a la concentración de OH - , y el producto de las concentraciones de H + y OH - , expresado en iones gramo por litro, es un valor constante igual a 1,10 -14
A partir de este producto, puede calcular la concentración de iones de hidrógeno: =√1.10 -14 =10 -7 /g-ion/l/.
Este estado de equilibrio /"neutral"/ se denota generalmente por pH 7/p - el logaritmo negativo de la concentración, H - iones de hidrógeno, 7 - el exponente con el signo opuesto/.
Una solución con un pH superior a 7 es alcalina, contiene menos iones H+ que OH-; una solución con un pH inferior a 7 es ácida, hay más iones H + que OH - .
Los líquidos utilizados en la práctica tienen una concentración de iones de hidrógeno que suele variar dentro del rango de pH de 0 a 1
Indicadores
Los indicadores son sustancias que cambian de color dependiendo de la concentración de iones de hidrógeno en una solución. Con la ayuda de indicadores determinar la reacción del medio ambiente. Los indicadores más famosos son bromobenceno, bromotimol, fenolftaleína, naranja de metilo, etc. Cada uno de los indicadores opera dentro de ciertos rangos de pH. Por ejemplo, el bromotimol cambia de amarillo a pH 6,2 a azul a pH 7,6; indicador rojo neutro - de rojo a pH 6,8 a amarillo a pH 8; bromobenceno - de jari amarillo pH 4.0 a azul a pH 5.6; fenolftaleína: de incolora a pH 8,2 a púrpura a pH 10,0, etc.
Ninguno de los indicadores funciona en toda la escala de pH de 0 a 14. Sin embargo, en la práctica de restauración, no es necesario determinar altas concentraciones de ácidos o álcalis. La mayoría de las veces hay desviaciones de 1 a 1,5 unidades de pH del neutro en ambas direcciones.
Para determinar la reacción del medio ambiente en la práctica de la restauración, se utiliza una mezcla de varios indicadores, seleccionados de tal forma que marque las más mínimas desviaciones de la neutralidad. Esta mezcla se denomina "indicador universal".
El indicador universal es un líquido naranja transparente. Con un ligero cambio en el medio hacia la alcalinidad, la solución indicadora adquiere un tinte verdoso, con un aumento en la alcalinidad - azul. Cuanto mayor es la alcalinidad del líquido de prueba, más intenso se vuelve el color azul.
Con un ligero cambio en el ambiente hacia la acidez, la solución del indicador universal se vuelve rosa, con un aumento de la acidez - rojo /carmín o tono moteado/.
Los cambios en la reacción del medio ambiente en las pinturas ocurren como resultado de su daño por moho; muchas veces hay cambios en las zonas donde se pegan las etiquetas con cola alcalina /caseína, oficina, etc./.
Para el análisis, además del indicador universal, debe tener agua destilada, papel de filtro blanco limpio y una varilla de vidrio.
Progreso del análisis
Se aplica una gota de agua destilada al papel de filtro y se deja en remojo. Se aplica una segunda gota al lado de esta gota y se aplica al área de prueba. Para un mejor contacto, el papel con la segunda gota en la parte superior se frota con un estante de vidrio. Luego, se aplica una gota de indicador universal al papel filtro en las áreas de gotas de agua. La primera gota de agua sirve como control, con cuyo color se compara la gota empapada en la solución del área de prueba. La discrepancia en el color con la caída de control indica un cambio, una desviación del medio de neutral.
NEUTRALIZACIÓN DEL AMBIENTE ALCALINO
El área tratada se humedece con una solución acuosa al 2% de ácido acético o cítrico. Para hacer esto, enrolle una pequeña cantidad de algodón alrededor de las pinzas, humedézcalo en una solución ácida, escúrralo y aplíquelo en el área indicada.
reacción asegúrese de comprobar¡indicador universal!
El proceso se continúa hasta que toda el área se neutraliza por completo.
Después de una semana, se debe repetir la comprobación del entorno.
NEUTRALIZACIÓN DE ÁCIDOS
La zona a tratar se humedece con una solución acuosa al 2% de hidróxido de amonio/amoníaco/. El procedimiento para realizar la neutralización es el mismo que en el caso de un medio alcalino.
La verificación de medios debe repetirse después de una semana.
ADVERTENCIA: El proceso de neutralización requiere mucho cuidado, ya que un tratamiento excesivo puede provocar una acidificación excesiva o una alcalinización excesiva del área tratada. Además, el agua en las soluciones puede provocar el encogimiento del lienzo.
Hidrólisis de sal
El tema "Hidrólisis de sales" es uno de los más difíciles para los estudiantes de 9º grado que estudian química inorgánica. Y parece que su dificultad no radica en la complejidad real del material que se estudia, sino en la forma en que se presenta en los libros de texto. Entonces, F.G. Feldman y GE Rudzitis del párrafo correspondiente tienen muy poco que se pueda entender. En los libros de texto de L.S. Guzey y N.S. Akhmetov, este tema generalmente se excluye, aunque el libro de texto de Akhmetov está destinado a estudiantes en los grados 8 y 9 con un estudio profundo de química.
Usando los libros de texto de estos autores, es poco probable que el estudiante pueda comprender bien la teoría de las soluciones, la esencia de la disociación electrolítica de sustancias en un medio acuoso, correlacionar las reacciones de intercambio iónico con las reacciones de hidrólisis de sales formadas por ácidos y bases de diferentes fortalezas. Además, al final de cada libro de texto hay una tabla de solubilidad, pero en ninguna parte se explica por qué hay guiones en sus celdas individuales, y en los textos de los libros de texto, los estudiantes encuentran las fórmulas de estas sales.
En una breve conferencia para maestros (especialmente para principiantes, es especialmente difícil para ellos responder las preguntas que surgen en los niños), intentaremos llenar este vacío y, a nuestra manera, arrojar luz sobre el problema de compilar ecuaciones para hidrólisis. reacciones y determinando la naturaleza del medio resultante.
La hidrólisis es el proceso de descomposición de sustancias por el agua (la palabra "hidrólisis" en sí misma habla de esto: griego - agua y - descomposición). Diferentes autores, dando una definición de este fenómeno, señalan que esto forma un ácido o sal ácida, base o sal básica(N. E. Kuzmenko); cuando los iones de sal reaccionan con el agua, se forma un electrolito débil(AE Antoshin); como resultado de la interacción de los iones de sal con el agua, el equilibrio de la disociación electrolítica del agua cambia(AA Makarenya); los constituyentes del soluto se combinan con los constituyentes del agua(NL Glinka), etc.
Cada autor, dando una definición de hidrólisis, señala el lado más importante, en su opinión, de este proceso complejo y multifacético. Y cada uno de ellos tiene razón a su manera. Parece que depende del maestro a qué definición dar preferencia, lo que está más cerca de él en su forma de pensar.
Entonces, la hidrólisis es la descomposición de sustancias por el agua. Es causado por la disociación electrolítica de la sal y el agua en iones y la interacción entre ellos. El agua se disocia ligeramente en iones H + y OH - (1 molécula de 550 000), y durante la hidrólisis, uno o ambos de estos iones pueden unirse a los iones formados durante la disociación de la sal en una sustancia volátil o insoluble en agua de baja disociación. .
Sales formadas por bases fuertes (NaOH, KOH, Ba(OH) 2) y ácidos fuertes (H 2 SO 4,
HCl, HNO 3), no sufren hidrólisis, porque los cationes y aniones que los forman no son capaces de unir iones H + y OH - en soluciones (la razón es una alta disociación).
Cuando la sal está formada por una base débil o un ácido débil, o ambos "padres" son débiles, la sal en solución acuosa sufre hidrólisis. En este caso, la reacción del medio depende de la fuerza relativa del ácido y la base. En otras palabras, las soluciones acuosas de dichas sales pueden ser neutras, ácidas o alcalinas, según las constantes de disociación de las nuevas sustancias formadas.
Entonces, durante la disociación del acetato de amonio CH 3 COONH 4, la reacción de la solución será ligeramente alcalina, porque constante de disociación NH 4 OH ( k dis \u003d 6.3 10 -5) es mayor que la constante de disociación de CH 3 COOH
(k dis = 1.75 10 -5). En otra sal de ácido acético - acetato de aluminio (CH 3 COO) 3 Al - la reacción de la solución será ligeramente ácida, porque. k dis (CH 3 COOH) = 1.75 10 -5 más k dis (Al (OH) 3) \u003d 1.2 10 -6.
Las reacciones de hidrólisis en algunos casos son reversibles, mientras que en otros se completan. Cuantitativamente, la hidrólisis se caracteriza por un valor adimensional r, llamado grado de hidrólisis y que muestra qué parte del número total de moléculas de sal en solución sufre hidrólisis:
G = norte/norte 100%,
dónde norte es el número de moléculas hidrolizadas, norte es el número total de moléculas en una solución dada. Por ejemplo, si g \u003d 0.1%, esto significa que de 1000 moléculas de sal, solo una se descompuso con agua:
norte = gramo norte/100 = 0,1 1000/100 = 1.
El grado de hidrólisis depende de la temperatura, la concentración de la solución y la naturaleza del soluto. Entonces, si consideramos la hidrólisis de la sal CH 3 COONa, entonces el grado de su hidrólisis para soluciones de varias concentraciones será el siguiente: para una solución 1M - 0.003%, para 0.1M - 0.01%, para
0,01M - 0,03%, para 0,001M - 0,1% (datos extraídos del libro de G. Remy). Estos valores son consistentes con el principio de Le Chatelier.
Un aumento de la temperatura aumenta la energía cinética de las moléculas, su descomposición en cationes y aniones, y la interacción con los iones de agua (H + y OH -), un electrolito que es débil a temperatura ambiente.
Dada la naturaleza de los reactivos, se puede agregar un ácido a la solución salina para unir iones OH - y un álcali para unir iones H +. También puede agregar otras sales que se hidrolizan en el ion opuesto. En este caso, la hidrólisis de ambas sales se potencia mutuamente.
La hidrólisis se puede debilitar (si es necesario) bajando la temperatura, aumentando la concentración de la solución, introduciendo en ella uno de los productos de hidrólisis: ácidos, si se acumulan iones H + durante la hidrólisis, o álcalis, si se acumulan iones OH.
Todas las reacciones de neutralización son exotérmicas, mientras que las reacciones de hidrólisis son endotérmicas. Por lo tanto, el rendimiento del primero disminuye al aumentar la temperatura, mientras que el rendimiento del segundo aumenta.
Los iones H + y OH - no pueden existir en solución en concentraciones significativas - se combinan en moléculas de agua, desplazando el equilibrio hacia la derecha.
La descomposición de la sal por el agua se explica por la unión de cationes y/o aniones de la sal disociada en moléculas de un electrolito débil por iones de agua (H+ y/o OH-), que siempre están presentes en solución. La formación de un electrolito débil, precipitado, gas o la descomposición completa de una nueva sustancia es equivalente a la eliminación de iones de sal de la solución, lo que, de acuerdo con el principio de Le Chatelier (la acción es igual a la reacción), desplaza el equilibrio disociación de la sal hacia la derecha y, por lo tanto, conduce a la descomposición completa de la sal. Por lo tanto, aparecen guiones en la tabla de solubilidad frente a una serie de compuestos.
Si se forman moléculas electrolíticas débiles debido a cationes de sal, entonces dicen que la hidrólisis procede a lo largo del catión y el medio será ácido, y si se debe a aniones de sal, entonces dicen que la hidrólisis procede a lo largo del anión y el medio será alcalino. . En otras palabras, quien es más fuerte, ácido o base, determina el entorno.
Solo las sales solubles de ácidos y/o bases débiles sufren hidrólisis. El hecho es que si la sal es poco soluble, entonces las concentraciones de sus iones en la solución son insignificantemente pequeñas y no tiene sentido hablar de la hidrólisis de dicha sal.
Elaboración de ecuaciones para las reacciones de hidrólisis de sales.
La hidrólisis de sales de bases y/o ácidos polibásicos débiles se produce por etapas. El número de pasos de hidrólisis es igual a la mayor carga de uno de los iones de sal.
Por ejemplo:
Sin embargo, la hidrólisis en la segunda etapa y especialmente en la tercera es muy débil, ya que
r1 >> r2 >> r3. Por lo tanto, cuando se escriben ecuaciones de hidrólisis, por lo general uno se limita al primer paso. Si la hidrólisis se completa prácticamente en la primera etapa, entonces durante la hidrólisis de sales de bases polibásicas débiles y ácidos fuertes, se forman sales básicas, y durante la hidrólisis de sales de bases fuertes y ácidos polibásicos débiles, se forman sales ácidas.
El número de moléculas de agua involucradas en el proceso de hidrólisis de la sal según el esquema de reacción está determinado por el producto de la valencia del catión y el número de sus átomos en la fórmula de la sal.
(regla del autor).
Por ejemplo:
Na 2 CO 3 2 Na + 1 2 = 2 (H 2 O),
Al 2 (SO 4) 3 2Al 3+ 3 2 = 6 (H 2 O),
Co (CH 3 COO) 2 Co 2+ 2 1 \u003d 2 (H 2 O).
Por lo tanto, al compilar la ecuación de hidrólisis, usamos la siguiente algoritmo(sobre el ejemplo de la hidrólisis de Al 2 (SO 4) 3):
1. Determine de qué sustancias se forma la sal:
2. Suponemos cómo podría ir la hidrólisis:
Al 2 (SO 4) 3 + 6H–OH \u003d 2Al 3+ + 3 + 6H + + 6OH -.
3. Dado que Al (OH) 3 es una base débil y su catión Al 3+ se une a los iones OH del agua, el proceso en realidad es así:
Al 2 (SO 4) 3 + 6H + + 6OH - \u003d 2Al (OH) 2+ + 3 + 6H + + 2OH -.
4. Comparamos las cantidades de iones H + y OH que quedan en la solución y determinamos la reacción del medio:
5. Después de la hidrólisis, se formó una nueva sal: (Al (OH) 2) 2 SO 4, o Al 2 (OH) 4 SO 4, - dihidroxosulfato de aluminio (o tetrahidroxosulfato de dialuminio) - la sal principal. Parcialmente, también se puede formar AlOHSO 4 (hidroxosulfato de aluminio), pero en una cantidad mucho menor, y se puede despreciar.
Otro ejemplo:
2. Na 2 SiO 3 + 2H 2 O \u003d 2Na + + + 2H + + 2OH -.
3. Dado que H 2 SiO 3 es un ácido débil y su ion se une a los iones H + del agua, la reacción real es así:
2Na + + + 2H + + 2OH - \u003d 2Na + + H + H + + 2OH -.
4. H ++ 2OH - \u003d H 2 O + OH - medio alcalino.
5. Na + + H \u003d NаНSiO 3 - hidrosilicato de sodio - sal ácida.
La acidez o alcalinidad del medio se puede determinar fácilmente por la cantidad de iones H+ u OH que quedan en la solución, siempre que se hayan formado nuevas sustancias y existan en la solución en proporciones equivalentes y no se hayan agregado otros reactivos durante la reacción. El medio puede ser ácido o ligeramente ácido (si hay pocos iones H+), alcalino (si hay muchos iones OH) o ligeramente alcalino, y también neutro si los valores de las constantes de disociación de un ácido débil y un ácido débil base están cerca y todos los iones H + y OH que quedan en la solución después de la hidrólisis, se recombinaron para formar H 2 O.
Ya hemos señalado que el grado de hidrólisis de la sal es mayor cuanto más débil es el ácido o la base que forma esta sal. Por lo tanto, es necesario ayudar a los estudiantes a traer la serie de aniones y cationes correspondientes a una disminución en la fuerza de los ácidos y bases de sus constituyentes (según A.V. Metelsky).
| Aniones: F - > > CH 3 COO - > H > HS - > > > > > . |
| Cationes:
Cd 2+ > Mg 2+ > Mn 2+ > Fe 2+ > Co 2+ > Ni 2+ > > Cu 2+ > Pb 2+ > Zn 2+ > Al 2+ > Cr 2+ > Fe 2+. |
Cuanto más a la derecha en estas filas se encuentra el ion, mayor es la hidrólisis de la sal formada por él, es decir su base o ácido es más débil que los de su izquierda. Especialmente fuerte es la hidrólisis de sales formadas simultáneamente por una base débil y un ácido. Pero incluso para ellos, el grado de hidrólisis no suele superar el 1%. Sin embargo, en algunos casos, la hidrólisis de tales sales se desarrolla de manera especialmente fuerte y el grado de hidrólisis alcanza casi el 100%. Tales sales no existen en soluciones acuosas, sino que se almacenan solo en forma seca. En la tabla de solubilidad, hay una raya contra ellos. Ejemplos de tales sales son BaS, Al 2 S 3 , Cr 2 (SO 3) 3 y otras (consulte la tabla de solubilidad del libro de texto).
Dichas sales, que tienen un alto grado de hidrólisis, se hidrolizan completa e irreversiblemente, ya que los productos de su hidrólisis se eliminan de la solución en forma de una sustancia gaseosa (volátil) poco soluble, insoluble, poco disociable o se descomponen por agua en otras sustancias.
Por ejemplo:
Las sales que se descomponen completamente en agua no se pueden obtener por intercambio iónico en soluciones acuosas, porque en lugar de intercambio de iones, la reacción de hidrólisis procede más activamente.
Por ejemplo:
2AlCl 3 + 3Na 2 S Al 2 S 3 + 6NaCl (podría ser así),
2ÀlCl 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 3H 2 S + 6NaCl (así que en realidad lo es).
Las sales como Al 2 S 3 se obtienen en ambientes anhidros sinterizando los componentes en cantidades equivalentes o por otros métodos:
Muchos haluros, por regla general, reaccionan activamente con el agua, formando un hidruro de un elemento y un hidróxido de otro.
Por ejemplo:
СlF + H–OH HClO + HF,
Pl 3 + 3H–OH P(OH) 3 + 3HCl
(según L. Pauling).
Por regla general, en este tipo de reacciones, también llamadas hidrólisis, el elemento más electronegativo se combina con H +, y el menos electronegativo - con OH -. Es fácil ver que las reacciones anteriores proceden de acuerdo con esta regla.
Las sales ácidas de ácidos débiles también sufren hidrólisis. Sin embargo, en este caso, junto con la hidrólisis, se produce la disociación del residuo ácido. Entonces, en una solución de NaHCO 3, la hidrólisis de H ocurre simultáneamente, lo que lleva a la acumulación de iones OH -:
H + H–OH H2CO3 + OH -,
y disociación, aunque leve:
H + H + .
Así, la reacción de una solución salina ácida puede ser alcalina (si la hidrólisis del anión prevalece sobre su disociación) o ácida (en caso contrario). Esto está determinado por la relación de la constante de hidrólisis de la sal ( A hydr) y constantes de disociación ( A dis) del ácido correspondiente. En el ejemplo considerado A anión hidr más A dis ácidos, por lo que la solución de esta sal ácida tiene una reacción alcalina (que es utilizada por quienes padecen acidez estomacal por alta acidez del jugo gástrico, aunque lo hacen en vano). Con la relación inversa de las constantes, por ejemplo en el caso de hidrólisis de NaHSO 3 , la reacción de la solución será ácida.
La hidrólisis de una sal básica, como el clorhidrato de cobre (II), se realiza de la siguiente manera:
Cu(OH)Cl + H–OH Cu(OH)2 + HCl,
o en forma iónica:
CuOH + + Cl - + H + + OH - Cu (OH) 2 + Cl - + H + medio ácido.
La hidrólisis en un sentido amplio es la reacción de descomposición por intercambio entre varias sustancias y agua (G.P. Khomchenko). Esta definición abarca la hidrólisis de todos los compuestos, tanto inorgánicos (sales, hidruros, haluros, calcógenos, etc.) como orgánicos (ésteres, grasas, carbohidratos, proteínas, etc.).
Por ejemplo:
(C6H10O5) norte + norte H–OH norte C6H12O6,
CaC2 + 2H–OH Ca(OH)2 + C2H2,
Cl 2 + H–OH HCl + HClO,
PI 3 + 3H–OH H 3 PO 3 + 3HI.
Como resultado de la hidrólisis de los minerales - aluminosilicatos - se produce la destrucción de las rocas. La hidrólisis de algunas sales - Na 2 CO 3, Na 3 PO 4 - se utiliza para purificar el agua y reducir su dureza.
La industria de hidrólisis en rápido crecimiento produce una serie de productos valiosos a partir de residuos (aserrín de madera, cáscaras de algodón, cáscaras de girasol, paja, tallos de maíz, residuos de remolacha azucarera, etc.): alcohol etílico, levadura forrajera, glucosa, hielo seco, furfural, metanol , lignina y muchas otras sustancias.
La hidrólisis ocurre en el cuerpo de humanos y animales durante la digestión de alimentos (grasas, carbohidratos, proteínas) en un ambiente acuático bajo la acción de enzimas, catalizadores biológicos. Desempeña un papel importante en una serie de transformaciones químicas de sustancias en la naturaleza (ciclo de Krebs, ciclo del ácido tricarboxílico) y en la industria. Por lo tanto, pensamos que se debe prestar mucha más atención al estudio de la hidrólisis en el curso de química escolar.
A continuación se muestra un ejemplo tarjeta de transferencia, ofrecido a los estudiantes para consolidar el material después de estudiar el tema "Hidrólisis de sales" en el noveno grado.
Algoritmo para escribir la ecuación de hidrólisis de Fe 2 (SO 4) 31. Determine qué sal está formada por:
2. Suponemos cómo podría ir la hidrólisis: Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O \u003d 2Fe 3+ + 3 + 6H ++ + 6OH -. 3. Dado que Fe (OH) 3 es una base débil, los cationes Fe 3+ se unirán a los aniones OH del agua y la hidrólisis procederá de la siguiente manera: 2Fe 3+ + 3 + 6H + + 6OH – = 2Fe(OH) 2+ + 3 + 6H + + 2OH – . 4. Determine la reacción del medio ambiente: 6H + + 2OH - \u003d 2H 2 O + 4H + medio ácido. 5. Determinamos la nueva sal por los iones que quedan en la solución: 2Fe (OH) 2+ + = 2 SO 4 - dihidroxosulfato de hierro (III) La hidrólisis procede a través del catión. |
Información Adicional
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El uso de este algoritmo contribuye a la escritura consciente de las ecuaciones de hidrólisis por parte de los estudiantes y, con suficiente entrenamiento, no causa ninguna dificultad.
LITERATURA
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