Общая характеристика анионов и их классификация. Принцип деления на группы, групповые реактивы
Анионы образуются р-элементами и некоторыми d-элементами. Большенство p- и d- элементов имеют переменные степени окисления и способы образовывать анионы, различающиеся по своим окислительно – восстановительным свойствам. Вследствие этого все анионы можно разделить на анионы-окислители, анионы-восстановители и нейтральные анионы, ни проявляющие ни окислительных ни восстановительных свойств. В анионах окислителях кислотообразующий элемент проявляет высшую степень окисления, в анионах-восстановителях – низшую степень окисления. В концентрированной серной кислоте сульфат-анион имеет свойства только окислителя. Некоторые анионы в зависимости от условий проведения реакции проявляют свойства как окислителя, так и восстановителя. При анализе смесей анионов восстановителей с помощью окислителей и наоборот необходимо принимать во внимание значение стандартных потенциалов (Е0) образующихся окислительно-востановительных систем. Например если в растворе содержится несколько анионов восстановителей (Cl-, Br-, I-, S2-), то добавляемый окислитель –подкисленный раствор перманганата калия KMnO4 – будет реагировать в первую очередь с самым сильным анионом восстановителем S2-, окисляя его до свободной серы.
Классификация ионов основывается в большинстве случаев на различиях в растворимости солей бария и серебра соответствующих кислот. При анализе анионов групповые реагенты применяются для обнаружения групп. Понятно что если установлено отсутствие данной группы то нет смысла проводить реакции на отдельные, входящие анионы.
Кислотно-основное равновесие в водных растворах. Автопротолиз воды. Константа автопротолиза воды.
Кислотно-основное равновесие воды.
Вода – слабый электролит. Уравнение диссоциации воды выглядит следующим образом:
Н2О ↔ Н+ + ОН-
Согласно закону действующих масс, константа диссоциации имеет вид:
К = [H+] [OH-]
[H2O]
или К [H2O] = [H+] [OH-],
где [H+] и [OH-] – концентрация ионов, моль/л; [H2O] – концентрация недиссоциированных молекул, моль/л.
Экспериментально установлено, что в 1 л воды при комнатной температуре (22 оС) диссоциирует 10-7 моль молекул и при этом образуется 10-7 моль/л катионов H+ и 10-7 моль/л анионов OH-.
Концентрацию молекул воды считают практически постоянной, так как вода практически полностью находится в виде недиссоциированных молекул H2O, значит левую часть уравнения будем считать величиной постоянной:
К H2O = [H+] [OH-]
К H2O называют ионным произведением воды. При комнатной температуре К H2O = 10-14, отсюда [H+] [OH-] = 10-14 моль/л.
Процесс диссоциации воды является обратимым:
Н2О ↔ Н+ + ОН-
Если к дистиллированной воде добавить немного кислоты, то концентрация ионов [H+] увеличится во много раз. Равновесие сместится влево, в сторону образования молекул воды:
Н2О ↔ Н+ + ОН-
Через некоторое время в системе установится равновесие, концентрации ионов [H+] и [OH-] изменятся, но их произведение будет по-прежнему равно 10-14 моль/л. При добавлении к дистиллированной воде раствора щелочи, увеличится концентрация ионов [OH-], равновесие сместится влево в сторону образования новых молекул воды. При установлении равновесия концентрации ионов [H+] и [OH-] изменятся, но их произведение останется равным 10-14 моль/л. Следовательно, если увеличить концентрацию ионов H+, то концентрация ионов OH- уменьшится во столько же раз, и наоборот.
Автопротолиз воды.
На самом деле диссоциация воды в результате наличия водородных связей, связывающих ее молекулы, происходит следующим образом:
2Н2О ↔ Н3О+ + ОН-
В результате образуются ионы гидроксония и гидроксид-ионы. Вода является амфотерным растворителем, у которого кислотные и основные свойства выражены приблизительно одинаково. У таких веществ диссоциация протекает по типу автопротолиза.
Автопротолизом называют процесс кислотно-основного взаимодействия между двумя молекулами вещества, при котором одна молекула ведёт себя как кислота, а вторая - как основание.
Тогда, константа диссоциации имеет вид:
К = [Н3О +] [OH-]
[H2O]2
Ионное произведение воды К H2O = [Н3О+] [ОН-] = 10-14 моль/л. Константа называется константой автопротолиза воды (устаревшее название – ионное произведение воды).