Kısaltılmış iyonik denklemden moleküler olana geçiş. Elektrolit çözeltileri

Elektrolit çözeltilerinde hidratlı iyonlar arasında reaksiyonlar meydana gelir, bu yüzden bunlara denir. iyonik reaksiyonlar. onlara karşı önemli reaksiyon ürünlerindeki kimyasal bağın niteliğine ve gücüne sahiptir. Tipik olarak, elektrolit çözeltilerindeki değişim, daha güçlü bir kimyasal bağa sahip bir bileşiğin oluşmasıyla sonuçlanır. Bu nedenle, baryum klorür tuzları BaCl2 ve potasyum sülfat K2S04 çözeltileri etkileşime girdiğinde, karışım dört tür hidratlanmış iyon Ba2 + (H20)n, Cl - (H20)m, K + ( H 2 O) p, SO 2 -4 (H 2 O)q, aralarında denkleme göre reaksiyon meydana gelecektir:

BaCl 2 +K 2 SO 4 =BaSO 4 +2КCl

Baryum sülfat, Ba2+ ve SO2-4 iyonları arasındaki kimyasal bağın, onları nemlendiren su molekülleriyle olan bağdan daha güçlü olduğu kristallerde çökelti şeklinde çökecektir. K+ ve Cl - iyonları arasındaki bağlantı, hidrasyon enerjilerinin toplamını yalnızca biraz aşıyor, dolayısıyla bu iyonların çarpışması bir çökelti oluşumuna yol açmayacak.

Bu nedenle aşağıdaki sonucu çıkarabiliriz. Bu tür iyonların etkileşimi sırasında değişim reaksiyonları meydana gelir; reaksiyon ürünündeki bağlanma enerjisi, hidrasyon enerjilerinin toplamından çok daha fazladır.

İyon değiştirme reaksiyonları iyonik denklemlerle tanımlanır. Az çözünen, uçucu ve az ayrışan bileşikler moleküler formda yazılmıştır. Elektrolit çözeltilerinin etkileşimi sırasında belirtilen bileşik türlerinden hiçbiri oluşmazsa, bu, pratikte hiçbir reaksiyonun meydana gelmediği anlamına gelir.

Az çözünen bileşiklerin oluşumu

Örneğin, sodyum karbonat ile baryum klorür arasındaki moleküler denklem biçimindeki etkileşim şu şekilde yazılacaktır:

Na2C03 + BaCl2 = BaCO3 + 2NaCl veya şu formda:

2Na + +CO 2- 3 +Ba 2+ +2Сl - = BaCO 3 + 2Na + +2Сl -

Yalnızca Ba 2+ ve CO -2 iyonları reaksiyona girdi, geri kalan iyonların durumu değişmedi, dolayısıyla kısa iyon denklemi şu şekli alacaktır:

CO 2- 3 +Ba 2+ =BaCO 3

Uçucu Maddelerin Oluşumu

Kalsiyum karbonat ve hidroklorik asit etkileşiminin moleküler denklemi aşağıdaki gibi yazılacaktır:

CaCO3 +2HCl=CaCl2 +H2O+C02

Reaksiyon ürünlerinden biri olan karbondioksit C02, reaksiyon küresinden gaz halinde salındı. Genişletilmiş iyonik denklem:

CaCO3 +2H + +2Cl - = Ca2+ +2Cl - +H2O+CO2

Reaksiyonun sonucu aşağıdaki kısa iyonik denklemle açıklanmaktadır:

CaCO3 +2H + =Ca2+ +H2O+CO2

Hafifçe ayrışmış bir bileşiğin oluşumu

Böyle bir reaksiyonun bir örneği, hafifçe ayrışmış bir bileşik olan suyun oluşumuyla sonuçlanan herhangi bir nötrleştirme reaksiyonudur:

NaOH+HCl=NaCl+H20

Na + +OH-+H + +Cl - = Na + +Cl - +H2O

OH-+H+=H20

Kısa iyonik denklemden, sürecin H+ ve OH- iyonlarının etkileşimiyle ifade edildiği anlaşılmaktadır.

Her üç reaksiyon türü de geri dönüşü olmayan bir şekilde tamamlanmaya doğru ilerler.

Örneğin sodyum klorür ve kalsiyum nitrat çözeltilerini birleştirirseniz, iyonik denklemin gösterdiği gibi, hiçbir çökelti, gaz veya düşük ayrışan bileşik oluşmadığından hiçbir reaksiyon meydana gelmez:

Çözünürlük tablosunu kullanarak AgNO 3, KCl, KNO 3'ün çözünür bileşikler olduğunu, AgCl'nin çözünmeyen bir madde olduğunu tespit ederiz.

Bileşiklerin çözünürlüğünü dikkate alarak reaksiyon için iyonik bir denklem oluşturuyoruz:

Kısa bir iyonik denklem, meydana gelen kimyasal dönüşümün özünü ortaya çıkarır. Reaksiyona sadece Ag+ ve Cl- iyonlarının katıldığı görülmektedir. Geri kalan iyonlar değişmeden kaldı.

Örnek 2. Aşağıdakiler arasındaki reaksiyon için moleküler ve iyonik bir denklem oluşturun: a) demir (III) klorür ve potasyum hidroksit; b) potasyum sülfat ve çinko iyodür.

a) FeCl3 ile KOH arasındaki reaksiyonun moleküler denklemini oluşturuyoruz:

Çözünürlük tablosunu kullanarak, elde edilen bileşiklerden yalnızca demir hidroksit Fe(OH)3'ün çözünmez olduğunu tespit ederiz. Reaksiyonun iyonik denklemini oluşturuyoruz:

İyonik denklem, moleküler denklemdeki 3 katsayılarının iyonlara eşit olarak uygulandığını gösterir. Bu Genel kuralİyonik denklemlerin hazırlanması. Reaksiyon denklemini kısa iyonik formda temsil edelim:

Bu denklem reaksiyona sadece Fe3+ ve OH- iyonlarının katıldığını göstermektedir.

b) İkinci reaksiyon için moleküler denklem oluşturalım:

K 2 SO 4 + ZnI 2 = 2KI + ZnS04

Çözünürlük tablosundan, başlangıç ​​ve elde edilen bileşiklerin çözünür olduğu, dolayısıyla reaksiyonun tersinir olduğu ve tamamlanmadığı anlaşılmaktadır. Aslında burada hiçbir çökelti, gaz halindeki bileşik veya hafif ayrışmış bileşik oluşmaz. Reaksiyon için tam bir iyonik denklem oluşturalım:

2K + +SO 2- 4 +Zn 2+ +2I - + 2K + + 2I - +Zn 2+ +SO 2- 4

Örnek 3. İyonik denklemi kullanarak: Cu 2+ +S 2- -= CuS, reaksiyon için bir moleküler denklem oluşturun.

İyonik denklem, denklemin sol tarafında Cu 2+ ve S 2- iyonları içeren bileşik moleküllerinin bulunması gerektiğini gösterir. Bu maddelerin suda çözünür olması gerekmektedir.

Çözünürlük tablosuna göre Cu 2+ katyonu ve S 2- anyonunu içeren iki çözünür bileşik seçeceğiz. Bu bileşikler arasındaki reaksiyon için moleküler bir denklem oluşturalım:

CuSO 4 +Na 2 S CuS+Na 2 SO 4

Herhangi bir kuvvetli asit herhangi bir kuvvetli baz ile nötralize edildiğinde, oluşan her bir mol su için yaklaşık olarak ısı açığa çıkar:

Bu, bu tür reaksiyonların tek bir sürece indirgendiğini göstermektedir. Verilen reaksiyonlardan birini, örneğin ilkini daha ayrıntılı olarak ele alırsak, bu sürecin denklemini elde edeceğiz. Denklemini yazarak yeniden yazalım. güçlü elektrolitler iyonik formda, çözelti halinde iyon formunda mevcut oldukları için ve zayıf olanlar - moleküler formda, çünkü çözelti içinde esas olarak molekül formunda oldukları için (su çok zayıf bir elektrolittir, bkz. § 90):

Ortaya çıkan denklem dikkate alındığında iyonların reaksiyon sırasında değişime uğramadığını görüyoruz. Bu nedenle denklemi yeniden yazacağız ve bu iyonları denklemin her iki tarafından da çıkaracağız. Şunu elde ederiz:

Böylece, herhangi bir güçlü asidin herhangi bir güçlü bazla nötrleştirilmesinin reaksiyonları aynı sürece iner - hidrojen iyonlarından ve hidroksit iyonlarından su moleküllerinin oluşumu. Bu reaksiyonların termal etkilerinin de aynı olması gerektiği açıktır.

Kesin olarak konuşursak, iyonlardan su oluşumunun reaksiyonu tersinirdir ve bu, denklemle ifade edilebilir.

Ancak aşağıda göreceğimiz gibi su çok zayıf bir elektrolittir ve yalnızca ihmal edilebilir düzeyde ayrışır. Başka bir deyişle, su molekülleri ve iyonlar arasındaki denge, güçlü bir şekilde molekül oluşumuna doğru kayar. Bu nedenle pratikte güçlü bir asidin güçlü bir bazla nötrleştirilmesinin reaksiyonu tamamlanmaya doğru ilerler.

Herhangi bir gümüş tuzunun bir çözeltisini hidroklorik asitle veya tuzlarından herhangi birinin bir çözeltisiyle karıştırırken, her zaman karakteristik beyaz peynirli bir gümüş klorür çökeltisi oluşur:

Bu tür reaksiyonlar aynı zamanda tek bir sürece de iner. İyonik-moleküler denklemini elde etmek için, örneğin ilk reaksiyonun denklemini yeniden yazıyoruz, önceki örnekte olduğu gibi güçlü elektrolitleri iyonik formda ve çökeltideki maddeyi moleküler formda yazıyoruz:

Görüldüğü gibi reaksiyon sırasında iyonlar değişime uğramazlar. Bu nedenle onları hariç tutuyoruz ve denklemi yeniden yazıyoruz:

Bu, söz konusu sürecin iyon-moleküler denklemidir.

Burada gümüş klorür çökeltisinin çözeltideki iyonlarla dengede olduğunu, dolayısıyla son denklemde ifade edilen sürecin tersinir olduğunu da aklımızda tutmalıyız:

Ancak gümüş klorürün çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle bu denge çok güçlü bir şekilde sağa doğru kayar. Bu nedenle iyonlardan oluşma reaksiyonunun neredeyse tamamlandığını varsayabiliriz.

Aynı çözelti aşağıdakileri içerdiğinde bir çökeltinin oluşumu her zaman gözlenecektir. önemli konsantrasyon iyonlar ve. Bu nedenle, gümüş iyonlarının yardımıyla çözeltideki iyonların varlığını ve tersine klorür iyonlarının yardımıyla gümüş iyonlarının varlığını tespit etmek mümkündür; Bir iyon, bir iyon üzerinde reaktan olarak görev yapabilir ve bir iyon, bir iyon üzerinde reaktan olarak görev yapabilir.

Gelecekte, elektrolitleri içeren reaksiyonlar için denklem yazmanın iyonik-moleküler biçimini yaygın olarak kullanacağız.

İyon-moleküler denklemler oluşturmak için hangi tuzların suda çözünür, hangilerinin pratikte çözünmez olduğunu bilmeniz gerekir. Genel özellikleri sudaki çözünürlük uçucu tuzlar tabloda verilmektedir. 15.

Tablo 15. En önemli tuzların sudaki çözünürlüğü

İyonik moleküler denklemler elektrolitler arasındaki reaksiyonların özelliklerini anlamaya yardımcı olur. Örnek olarak zayıf asitlerin ve bazların katılımıyla meydana gelen çeşitli reaksiyonları ele alalım.

Daha önce de belirtildiği gibi, herhangi bir güçlü asidin herhangi bir güçlü baz tarafından nötrleştirilmesine aynı termal etki eşlik eder, çünkü bu aynı sürece - hidrojen iyonlarından ve hidroksit iyonlarından su moleküllerinin oluşumuna - iner.

Bununla birlikte, güçlü bir asidin zayıf bir bazla veya zayıf bir asidin güçlü veya zayıf bir bazla nötrleştirilmesi sırasında termal etkiler farklıdır. Bu tür reaksiyonlar için iyon-moleküler denklemler yazalım.

Zayıf bir asidin (asetik asit) güçlü bir bazla (sodyum hidroksit) nötrleştirilmesi:

Burada güçlü elektrolitler sodyum hidroksit ve elde edilen tuzdur, zayıf elektrolitler ise asit ve sudur:

Görüldüğü gibi reaksiyon sırasında yalnızca sodyum iyonları değişime uğramaz. Bu nedenle iyon-moleküler denklem şu şekildedir:

Güçlü bir asidin (azot) zayıf bir bazla (amonyum hidroksit) nötrleştirilmesi:

Burada asiti ve ortaya çıkan tuzu iyon formunda, amonyum hidroksit ve suyu ise molekül formunda yazmalıyız:

İyonlar değişikliğe uğramaz. Bunları atlayarak iyonik-moleküler denklemi elde ederiz:

Zayıf bir asidin (asetik asit) zayıf bir bazla (amonyum hidroksit) nötrleştirilmesi:

Bu reaksiyonda oluşanlar dışındaki tüm maddeler zayıf elektrolitlerdir. Bu nedenle denklemin iyon-moleküler formu şöyle görünür:

Elde edilen iyon-moleküler denklemleri birbiriyle karşılaştırdığımızda hepsinin farklı olduğunu görüyoruz. Dolayısıyla ele alınan reaksiyonların ısılarının da farklı olduğu açıktır.

Daha önce belirtildiği gibi, hidrojen iyonlarının ve hidroksit iyonlarının bir su molekülü oluşturmak üzere birleştiği güçlü asitlerin güçlü bazlarla nötralizasyon reaksiyonları neredeyse tamamlanmak üzeredir. Başlangıç ​​maddelerinden en az birinin zayıf bir elektrolit olduğu ve iyon-moleküler denklemin sadece sağında değil aynı zamanda sol tarafında da zayıf ilişkili madde moleküllerinin mevcut olduğu nötralizasyon reaksiyonları tamamlanmaz. .

Tuzun, kendisini oluşturan asit ve bazla bir arada bulunduğu bir denge durumuna ulaşırlar. Dolayısıyla bu tür reaksiyonların denklemlerini tersinir reaksiyonlar olarak yazmak daha doğrudur.

2.6 İyonik moleküler denklemler

Herhangi bir kuvvetli asit, herhangi bir kuvvetli baz ile nötralize edildiğinde, oluşan her bir mol su için yaklaşık 57,6 kJ ısı açığa çıkar:

HCl + NaOH = NaCl + H20 + 57,53 kJ

HNO3 + KOH = KNO3 + H2O +57,61 kJ

Bu, bu tür reaksiyonların tek bir sürece indirgendiğini göstermektedir. Verilen reaksiyonlardan birini, örneğin ilkini daha ayrıntılı olarak ele alırsak, bu sürecin denklemini elde edeceğiz. Çözeltide iyon formunda mevcut oldukları için güçlü elektrolitleri iyonik formda ve zayıf elektrolitleri moleküler formda yazarak, denklemini yeniden yazalım, çünkü çözeltide esas olarak molekül formunda bulunurlar (su çok zayıf bir elektrolittir):

H + + Cl - + Na + + OH - = Na + + Cl - + H 2 O

Ortaya çıkan denklem göz önüne alındığında reaksiyon sırasında Na + ve Cl - iyonlarının değişime uğramadığını görüyoruz. Bu nedenle denklemi yeniden yazacağız ve bu iyonları denklemin her iki tarafından da çıkaracağız. Şunu elde ederiz:

H + + OH - = H 2 O

Böylece, herhangi bir güçlü asidin herhangi bir güçlü bazla nötrleştirilmesinin reaksiyonları aynı sürece iner - hidrojen iyonlarından ve hidroksit iyonlarından su moleküllerinin oluşumu. Bu reaksiyonların termal etkilerinin de aynı olması gerektiği açıktır.

Kesin olarak konuşursak, iyonlardan su oluşumunun reaksiyonu tersinirdir ve bu, denklemle ifade edilebilir.

H + + OH - ↔ H 2 O

Ancak aşağıda göreceğimiz gibi su çok zayıf bir elektrolittir ve yalnızca ihmal edilebilir düzeyde ayrışır. Başka bir deyişle, su molekülleri ve iyonlar arasındaki denge, güçlü bir şekilde molekül oluşumuna doğru kayar. Bu nedenle pratikte güçlü bir asidin güçlü bir bazla nötrleştirilmesinin reaksiyonu tamamlanmaya doğru ilerler.

Herhangi bir gümüş tuzunun bir çözeltisini hidroklorik asitle veya tuzlarından herhangi birinin bir çözeltisiyle karıştırırken, her zaman karakteristik beyaz peynirli bir gümüş klorür çökeltisi oluşur:

AgNO3 + HC1 = AgCl↓ + HNO3

Ag 2 SO 4 + CuCl 2 = 2AgCl↓ + CuSO 4

Bu tür reaksiyonlar aynı zamanda tek bir sürece de iner. İyonik-moleküler denklemini elde etmek için, örneğin ilk reaksiyonun denklemini yeniden yazıyoruz, önceki örnekte olduğu gibi güçlü elektrolitleri iyonik formda ve çökeltideki maddeyi moleküler formda yazıyoruz:

Ag + + NO 3 - + H + + C1 - = AgCl↓+ H + + NO 3 -

Görüldüğü gibi H+ ve NO 3 - iyonları reaksiyon sırasında değişime uğramamaktadır. Bu nedenle onları hariç tutuyoruz ve denklemi yeniden yazıyoruz:

Ag + + С1 - = AgCl↓

Bu, söz konusu sürecin iyon-moleküler denklemidir.

Burada gümüş klorür çökeltisinin çözeltideki Ag + ve C1 - iyonlarıyla dengede olduğu, böylece son denklemle ifade edilen sürecin tersinir olduğu da akılda tutulmalıdır:

Ag + + C1 - ↔ AgCl↓

Ancak gümüş klorürün çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle bu denge çok güçlü bir şekilde sağa doğru kayar. Bu nedenle iyonlardan AgCl oluşumunun reaksiyonunun neredeyse tamamlandığını varsayabiliriz.

Aynı çözeltide önemli konsantrasyonlarda Ag + ve C1 - iyonları olduğunda, bir AgCl çökeltisinin oluşumu her zaman gözlemlenecektir.Bu nedenle, gümüş iyonlarını kullanarak, bir çözeltide C1 - iyonlarının varlığını tespit edebilir ve bunun tersini kullanarak tespit edebilirsiniz. klorür iyonları - gümüş iyonlarının varlığı; C1 - iyonu, Ag + iyonu için bir reaktif görevi görebilir ve Ag + iyonu, C1 iyonu için bir reaktif görevi görebilir.

Gelecekte, elektrolitleri içeren reaksiyonlar için denklem yazmanın iyonik-moleküler biçimini yaygın olarak kullanacağız.

İyon-moleküler denklemler oluşturmak için hangi tuzların suda çözünür, hangilerinin pratikte çözünmez olduğunu bilmeniz gerekir. En önemli tuzların sudaki çözünürlüğünün genel özellikleri Tablo 2'de verilmiştir.

İyonik moleküler denklemler elektrolitler arasındaki reaksiyonların özelliklerini anlamaya yardımcı olur. Örnek olarak zayıf asitlerin ve bazların katılımıyla meydana gelen çeşitli reaksiyonları ele alalım.

Tablo 2. En önemli tuzların sudaki çözünürlüğü

Daha önce de belirtildiği gibi, herhangi bir güçlü asidin herhangi bir güçlü baz tarafından nötrleştirilmesine aynı termal etki eşlik eder, çünkü bu aynı sürece - hidrojen iyonlarından ve hidroksit iyonlarından su moleküllerinin oluşumuna - iner. Bununla birlikte, güçlü bir asidin zayıf bir bazla veya zayıf bir asidin güçlü veya zayıf bir bazla nötrleştirilmesi sırasında termal etkiler farklıdır. Bu tür reaksiyonlar için iyon-moleküler denklemler yazalım.

Zayıf bir asidin (asetik asit) güçlü bir bazla (sodyum hidroksit) nötrleştirilmesi:

CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H20

Burada güçlü elektrolitler sodyum hidroksit ve elde edilen tuzdur, zayıf elektrolitler ise asit ve sudur:

CH3COOH + Na + + OH - = CH3COO - + Na + + H2O

Görüldüğü gibi reaksiyon sırasında yalnızca sodyum iyonları değişime uğramaz. Bu nedenle iyon-moleküler denklem şu şekildedir:

CH3COOH + OH - = CH3COO - + H2O

Güçlü bir asidin (azot) zayıf bir bazla (amonyum hidroksit) nötrleştirilmesi:

HNO3 + NH4OH = NH4NO3 + H20

Burada asiti ve ortaya çıkan tuzu iyon formunda, amonyum hidroksit ve suyu ise molekül formunda yazmalıyız:

H + + NO3 - + NH4OH = NH4 - + NH3 - + H20

NO 3 - iyonlar değişikliğe uğramaz. Bunları atlayarak iyonik-moleküler denklemi elde ederiz:

H + + NH4OH= NH4 + + H20

Zayıf bir asidin (asetik asit) zayıf bir bazla (amonyum hidroksit) nötrleştirilmesi:

CH3COOH + NH4OH = CH3COONH4 + H20

Bu reaksiyonda oluşan tuz dışındaki tüm maddeler zayıf elektrolitlerdir. Bu nedenle denklemin iyon-moleküler formu şöyle görünür:

CH3COOH + NH4OH = CH3COO - + NH4 + + H2O

Elde edilen iyon-moleküler denklemleri birbiriyle karşılaştırdığımızda hepsinin farklı olduğunu görüyoruz. Dolayısıyla ele alınan reaksiyonların ısılarının da farklı olduğu açıktır.

Hidrojen iyonlarının ve hidroksit iyonlarının bir su molekülü oluşturmak üzere birleştiği güçlü asitlerin güçlü bazlarla nötralizasyon reaksiyonları neredeyse tamamlanmaya devam eder. Başlangıç ​​maddelerinden en az birinin zayıf bir elektrolit olduğu ve zayıf ayrışan madde moleküllerinin iyon-moleküler denklemin sadece sağında değil aynı zamanda sol tarafında da bulunduğu nötralizasyon reaksiyonları tamamlanmaz. . Tuzun, kendisini oluşturan asit ve bazla bir arada bulunduğu bir denge durumuna ulaşırlar. Bu nedenle, bu tür reaksiyonların denklemlerini tersinir reaksiyonlar olarak yazmak daha doğrudur:

CH3COOH + OH - ↔ CH3COO - + H2O

H + + NH4OH↔ NH4 + + H2O

CH3COOH + NH4OH ↔ CH3COO - + NH4 + + H2O

Diğer çözücülerde, dikkate alınan modeller aynı kalır, ancak bunlardan sapmalar da vardır; örneğin, λ-c eğrilerinde sıklıkla bir minimum (anormal elektriksel iletkenlik) gözlemlenir. 2. İyon hareketliliği Elektrolitin elektriksel iletkenliğini iyonların hareket hızıyla ilişkilendirelim. Elektrik alanı. Elektriksel iletkenliği hesaplamak için iyon sayısını saymak yeterlidir...

Yeni malzemelerin sentezini ve içlerindeki iyon taşıma süreçlerini incelerken. Saf hallerinde bu tür desenler, tek kristalli katı elektrolitlerin incelenmesinde en açık şekilde görülebilir. Aynı zamanda, katı elektrolitleri fonksiyonel elemanlar için çalışma ortamı olarak kullanırken, belirli bir tür ve şekildeki malzemelere, örneğin yoğun seramiklere ihtiyaç duyulduğunu dikkate almak gerekir...

17-25 kg/t alüminyum, bu da kumlu alümina sonuçlarıyla karşılaştırıldığında ~ 10-15 kg/t daha yüksektir. Alüminyum üretimi için kullanılan alümina, katotta alüminyumdan daha düşük salınım potansiyeline sahip minimum miktarda demir, silikon ve ağır metal bileşikleri içermelidir, çünkü kolayca indirgenir ve katot alüminyuma dönüştürülürler. Aynı zamanda mevcut olması da istenmeyen bir durumdur...