Вода електроліти електролітична дисоціація іон катіон аніон кислоти солі у воді різновиди

І. Г. Хомченко, А. В. Трифонов, Б. Н. Разуваєв. "Сучасний акваріум і хімія". г. Киев, "Нова хвиля".

Про ВОДІ ТА ІНШИХ електролітів

Ще одна властивість води, що грає важливу роль в гідрохімії акваріума, - електролітична дисоціація, т. Е. Розпад молекул на заряджені частинки звані іонами. При розпаді однієї молекули води утворюється два іона; катіон (позитивно заряджений іон) водню і аніон (негативно заряджений іон) гідроксид:

H 2 O = H + + OH -

Даний процес є оборотним, т. Е. Протікає як в прямому, так і в зворотному напрямках. В результаті цього оборотного процесу встановлюється рівноважний стан. При рівновазі число молекул, що розпадаються на іони, дорівнює числу молекул, що утворюються з іонів.

Речовини, що розпадаються на іони, називаються електролітами. До них відноситься вода. Надалі ми розповімо і про інші електролітах.

Важливо відзначити, що розпаду на іони піддається лише невелика частина молекул води (цей електроліт є слабким на відміну від сильних, у яких практично всі молекули розпадаються на іони). Відомо, що при температурі 22 o С з 556 млн. Молекул води лише одна знаходиться в дисоційованому стані. Однак, з огляду на малі розміри молекул і іонів, можна легко розрахувати, що в одному кубічному міліметрі води міститься близько 60 млрд. Іонів H + і стільки ж іонів ОН -. Це вже значне число. У зв'язку з цим процес дисоціації води має важливе значення в гідрохімічних процесах.

Встановлено, що в воді, а також у водних розчинах різних речовин, твір концентрації іонів водню c (H +) (в моль / л) і концентрації гідроксид-іонів c (ОН -) є величина постійна. Ми будемо позначати цю величину KE і називати іонним твором води:

KE = c (H +) • c (ОН -) (6)

Значення К E залежить від температури. При температурі 22 ° С К E = 10 - 14. При переході від чистої води до водних розчинів (в тому числі і до акваріумний воді) значення До E зберігається. Якщо при розчиненні у воді будь-яких речовин збільшується концентрація іонів водню c (H +), то концентрація гідроксид-іонів c (ОН -) зменшується до такого значення, щоб твір залишалося постійним. Значення постійної До E використовується в різних розрахунках, пов'язаних з властивостями акваріумний води. З такими розрахунками ми познайомимося в інших розділах книги.

Крім води існує велика кількість речовин, що відносяться до електролітів, т. Е. Диссоциирующих на іони у водному розчині. До електролітів належать кислоти (неорганічні і органічні), луги і солі. www.adh.ru

При електролітичноїдисоціації кислот утворюються іони водню і різні аніони (кислотні залишки), наприклад:

Акваріуміст може зустрітися з подвійними солями, наприклад, з алюмокалієвого квасцами (сульфатом калію-алюмінію) KAl (SO 4) 2. при дисоціації яких утворюються катіони двох металів:

Нарешті, треба сказати ще про одну різновиди солей. Це - кристалогідрати, речовини, які утримують воду в твердому стані. Багато Новомосковсктелі напевно знайомі з таким з'єднанням як мідний купорос. Він відноситься до Кристалогідрат: CuSO 4 • 5 H 2 O (точка у формулі означає хімічну сполуку води з сіллю). При розчиненні, вода отщепляется від сульфату міді (II), і він дисоціює на іони як звичайна сіль:

При нагріванні кристалогідратів вода отщепляется від них:

# 8213; нагрівання →

речовина блакитного кольору

речовина білого кольору

Багато речовин (не тільки солі, але і деякі кислоти) частіше зустрічаються у вигляді кристалогідратів. При використанні цих сполук для приготування розчинів багато роблять помилку в розрахунках, не враховуючи воду, що входить до складу речовини. Як треба правильно робити розрахунок, ми покажемо на прикладі.

Приклад. Для приготування розчину потрібно 12 г сульфату міді (II) CuSO 4. Розрахуйте масу кристаллогидрата CuSO 4 • 5 H 2 O. який може замінити необхідний сульфат міді (II).

Рішення. Розраховуємо молярну масу сульфату міді (II):

Молярна м acca дорівнює: M (CuSO 4) = 160 г / моль. Для кристаллогидрата CuSO 4 • 5 H 2 O (кр) отримуємо:

Отже, молярна маса кристалогідрату буде дорівнює: Mr (кр) = 250 г / моль.

Масу необхідного кристаллогидрата можна розрахувати, використовуючи співвідношення:

Таким чином, для приготування розчину замість 12 г CuSO 4 необхідно взяти 18,75 г CuSO 4 • 5 H 2 O. При цьому треба врахувати, що води в якості розчинника треба взяти менше на 18,75 г - 12 г = 6,75 м

При використанні різних електролітів в якості добавок в акваріумну воду (також при виготовленні лікувальних розчинів, добрив та інших розчинів) необхідно знати розчинність речовин у воді. Розчинність можна визначити за довідниками, а в найпростіших випадках зручно користуватися таблицею розчинності солей і підстав у воді (табл. 4).

Аналізуючи табл. 4, слід звернути увагу на речовини, навпроти яких стоїть символ «н» (практично нерозчинні). Не слід розуміти, що ці речовини взагалі не розчиняються у воді. Розглянемо, наприклад, сульфат свинцю PbSO 4. відноситься до групи малорозчинних сполук. Дійсно, якщо ви візьмете досить концентровані розчини добре розчинних солей Pb (NO 3) 2 і Na 2 SO 4 і зіллє разом, то утворюється осад, що складається з сульфату свинцю:

Однак невелика частина PbSO 4 залишається в розчині: в 100 мл води може розчинятися 4,55 мг цієї солі - досить, щоб робити істотний вплив на мешканців акваріума і гідрохімічні процеси в ньому.

Таблиця 4 Розчинність солей і підстав у воді

Примітка: р - розчинна речовина (в 100 г води більше 1 г речовини), м - мало розчинна речовина (в 100 г води розчиняється від 0,1 г до 1 г речовини), н - практично нерозчинний речовина (в 100 г води розчиняється менше 0,1 г речовини). Символ «-» означає, що речовина не існує або розкладається водою.

Розчиняючись в дуже невеликому ступені, малорозчинні (і «практично нерозчинні») речовини швидко утворюють насичений розчин і практично повністю дисоціюють на іони. Для характеристики розчинності таких речовин використовується величина, звана твором розчинності (ПР). яка представляє собою твір концентрацій іонів (в моль / л) в насиченому розчині даної солі. Наприклад, для хлориду свинцю Р b С12 (Р b С12 = Р b 2 + + 2 Cl ~~) твір розчинності запишеться так:

ПР (Р b Cl2) = c (Р b 2+. Нас) • c (Cl ~~. Нас)

де c (Р b 2+. нас) і c (Cl ~~. нас) - концентрації іонів в моль / л в насиченому розчині Р b Cl2.

Виявляється, що при даній температурі твір розчинності малорастворимого електроліту є постійна величина. Значення ПР ряду речовин, відповідні температурних умов акваріума (20-25 ° C), наведені в табл. 5.

Таблиця 5 Твір розчинності і розчинність солей і підстав у воді

Розчинність в мг в 100 г води

Гідроксид міді (II)

Сульфід міді (II)

Гідроксид заліза (II)

Гідроксид заліза (III)

Сульфід заліза (II)

За допомогою твори розчинності вирішується таке питання, як можливість утворення осаду, Наприклад, якщо в розчині створити концентрацію іонів Р b 2+ і Cl~ таку, що буде виконуватися умова c (Р b 2+. Нас.) • c (Cl~, нас.)> ПР (Р b Cl2), то сіль Р b Cl2 буде випадати в осад. Якщо c (Р b 2+. Нас.) • c (Cl~, нас.,) <ПР(Р b Cl2 ), то осадок соли выпадать не будет.

Розглянемо ще один приклад з акваріумний практики. Для гарного росту деяких водних рослин треба створити в акваріумний воді концентрацію іонів заліза 0,2 мг / л, що відповідає молярної концентрації іонів 3,57 • 10~ 7 моль / л. Яким з'єднанням заліза скористатися для цього: сульфатом заліза (II) FeSO 4 або сульфатом заліза (III) Fe 2 (SO 4) 3. Тут треба враховувати можливість утворення в сильно розбавленому розчині гідроксидів Fe (OH) 2 і Fe (ОН) з та випадання їх в осад.

У воді, як ми вже відзначали, справедливо наступне співвідношення (іонний добуток води):

c (H +) • c (ОН~) = 10~ 14.

причому, з рівняння дисоціації води H 2 O = H + + ОН~ слід, що c (H +) = c (ОН~). Отримуємо c (ОН~) = (10~ 14) 1/2 = 10~ 7 моль / л - така концентрація гідроксид-іонів у воді.

Тепер припустимо, що ми внесли в воду FeSO 4 в такій кількості, що концентрація іонів Fe 2+ стала рівною 3,57 • 10~ 7 моль / л (що необхідно для підживлення рослин). Знайдемо твір:

c (Fe 2+) • [c (OH ~)] 2 = 3,57 • 10~ 6 • (10~ 7) 2 = 3,57 • 10~ 20 <ПР [ Fe (ОН)2 ],

отже, гідроксид НЕ буде випадати в осад. Якщо замість FeSO 4 скористатися сульфатом заліза (III) Fe 2 (SO 4) 3. то для Fe (OH) 3 ми отримаємо:

c (Fe 2+) • [c (OH ~)] 3 = 3,57 • 10~ 6 • (10~ 7) 3 = 3,57 • 10~ 27> ПР [Fe (ОН) 3],

т. е. буде випадати в осад гідроксид Fe (OH) 3. і необхідна концентрація іонів заліза в розчині не може бути досягнута. Таким чином, на підставі подання про твір розчинності ми змогли зробити висновок про те, яку сіль заліза краще використовувати для добрива акваріумних рослин.