Ketika asam kuat dinetralkan oleh basa kuat, untuk setiap mol air yang terbentuk, sejumlah panas dilepaskan:
Hal ini menunjukkan bahwa reaksi tersebut direduksi menjadi satu proses. Kita akan memperoleh persamaan untuk proses ini jika kita mempertimbangkan secara lebih rinci salah satu reaksi yang diberikan, misalnya reaksi pertama. Mari kita tulis ulang persamaannya, tuliskan elektrolit kuat dalam bentuk ionik, karena mereka ada dalam larutan dalam bentuk ion, dan elektrolit lemah dalam bentuk molekul, karena mereka dalam larutan terutama dalam bentuk molekul (air adalah elektrolit yang sangat lemah, lihat § 90):
Dengan memperhatikan persamaan yang dihasilkan, kita melihat bahwa ion-ion tidak mengalami perubahan selama reaksi. Oleh karena itu, kita akan menulis ulang persamaan tersebut lagi, menghilangkan ion-ion ini dari kedua sisi persamaan. Kita mendapatkan:
Jadi, reaksi netralisasi asam kuat dengan basa kuat berlangsung dalam proses yang sama - pembentukan molekul air dari ion hidrogen dan ion hidroksida. Jelas bahwa efek termal dari reaksi-reaksi ini juga harus sama.
Sebenarnya, reaksi pembentukan air dari ion bersifat reversibel, yang dapat dinyatakan dengan persamaan
Namun, seperti yang akan kita lihat di bawah, air adalah elektrolit yang sangat lemah dan hanya terdisosiasi dalam jumlah yang dapat diabaikan. Dengan kata lain, kesetimbangan antara molekul air dan ion sangat bergeser ke arah pembentukan molekul. Oleh karena itu, dalam prakteknya, reaksi netralisasi asam kuat dengan basa kuat berlangsung sampai selesai.
Saat mencampur larutan garam perak apa pun dengan asam hidroklorik atau dengan larutan garamnya, endapan putih seperti keju dari perak klorida selalu terbentuk:
Reaksi seperti itu juga terjadi dalam satu proses. Untuk mendapatkan persamaan ionik-molekulnya, kita menulis ulang, misalnya persamaan reaksi pertama, menuliskan elektrolit kuat, seperti pada contoh sebelumnya, dalam bentuk ionik, dan zat dalam sedimen dalam bentuk molekul:
Seperti dapat dilihat, ion-ion tidak mengalami perubahan selama reaksi. Oleh karena itu, kami mengecualikannya dan menulis ulang persamaannya lagi:
Ini adalah persamaan ion-molekul dari proses yang sedang dipertimbangkan.
Di sini kita juga harus mengingat bahwa endapan perak klorida berada dalam kesetimbangan dengan ion-ion dalam larutan, sehingga proses yang dinyatakan dalam persamaan terakhir bersifat reversibel:
Namun, karena rendahnya kelarutan perak klorida, kesetimbangan ini bergeser sangat kuat ke kanan. Oleh karena itu, kita dapat berasumsi bahwa reaksi pembentukan ion hampir selesai.
Terbentuknya endapan akan selalu terlihat bila terdapat konsentrasi ion dan ion yang signifikan dalam satu larutan. Oleh karena itu, dengan bantuan ion perak, keberadaan ion dalam larutan dapat dideteksi dan, sebaliknya, dengan bantuan ion klorida, keberadaan ion perak dapat dideteksi; Suatu ion dapat berfungsi sebagai reaktan pada suatu ion, dan suatu ion dapat berfungsi sebagai reaktan pada suatu ion.
Di masa depan, kita akan banyak menggunakan bentuk penulisan persamaan ionik-molekul untuk reaksi yang melibatkan elektrolit.
Untuk menyusun persamaan ion-molekul, Anda perlu mengetahui garam mana yang larut dalam air dan mana yang praktis tidak larut. karakteristik umum kelarutan dalam air garam esensial diberikan dalam tabel. 15.
Tabel 15. Kelarutan garam terpenting dalam air
Persamaan ionik-molekul membantu untuk memahami kekhasan reaksi antar elektrolit. Mari kita perhatikan, sebagai contoh, beberapa reaksi yang terjadi dengan partisipasi asam dan basa lemah.
Seperti yang telah disebutkan, netralisasi asam kuat apa pun oleh basa kuat apa pun disertai dengan efek termal yang sama, karena prosesnya sama - pembentukan molekul air dari ion hidrogen dan ion hidroksida.
Namun, ketika menetralkan asam kuat dengan basa lemah, atau asam lemah dengan basa kuat atau lemah, efek termalnya berbeda. Mari kita tulis persamaan ion-molekul untuk reaksi tersebut.
Netralisasi asam lemah (asam asetat) dengan basa kuat (natrium hidroksida):
Di sini, elektrolit kuat adalah natrium hidroksida dan garam yang dihasilkan, dan elektrolit lemah adalah asam dan air:
Seperti dapat dilihat, hanya ion natrium yang tidak mengalami perubahan selama reaksi. Oleh karena itu, persamaan ion-molekul berbentuk:
Netralisasi asam kuat (nitrogen) dengan basa lemah (amonium hidroksida):
Di sini kita harus menulis asam dan garam yang dihasilkan dalam bentuk ion, dan amonium hidroksida dan air dalam bentuk molekul:
Ion-ionnya tidak mengalami perubahan. Dengan menghilangkannya, kita memperoleh persamaan ionik-molekul:
Netralisasi asam lemah (asam asetat) dengan basa lemah (amonium hidroksida):
Dalam reaksi ini, semua zat kecuali yang terbentuk merupakan elektrolit lemah. Oleh karena itu, bentuk persamaan ion-molekulnya terlihat seperti:
Membandingkan persamaan ion-molekul yang diperoleh satu sama lain, kita melihat bahwa semuanya berbeda. Oleh karena itu, jelas bahwa panas dari reaksi yang dipertimbangkan juga berbeda.
Seperti yang telah ditunjukkan, reaksi netralisasi asam kuat dengan basa kuat, di mana ion hidrogen dan ion hidroksida bergabung membentuk molekul air, berlangsung hampir selesai. Reaksi netralisasi, di mana setidaknya salah satu zat awalnya adalah elektrolit lemah dan di mana molekul zat yang terikat lemah terdapat tidak hanya di sebelah kanan, tetapi juga di sisi kiri persamaan ion-molekul, tidak dilanjutkan sampai selesai. .
Mereka mencapai keadaan kesetimbangan di mana garam hidup berdampingan dengan asam dan basa yang membentuknya. Oleh karena itu, persamaan reaksi tersebut lebih tepat dituliskan sebagai reaksi reversibel.
Jika dilarutkan dalam air, tidak semua zat mempunyai kemampuan menghantarkan arus listrik. Senyawa itu, air solusi yang mampu menghantarkan arus listrik disebut elektrolit. Elektrolit menghantarkan arus karena apa yang disebut konduktivitas ionik, yang dimiliki oleh banyak senyawa dengan struktur ionik (garam, asam, basa). Ada zat yang memiliki ikatan sangat polar, tetapi dalam larutan mengalami ionisasi tidak sempurna (misalnya merkuri klorida II) - ini adalah elektrolit lemah. Banyak senyawa organik (karbohidrat, alkohol) yang dilarutkan dalam air tidak terurai menjadi ion, tetapi mempertahankan struktur molekulnya. Zat semacam itu tidak menghantarkan arus listrik dan disebut non-elektrolit.
Berikut beberapa prinsip yang dapat digunakan untuk menentukan apakah suatu senyawa termasuk elektrolit kuat atau lemah:
- Asam . Asam kuat yang paling umum termasuk HCl, HBr, HI, HNO 3, H 2 SO 4, HClO 4. Hampir semua asam lainnya adalah elektrolit lemah.
- Alasan. Basa kuat yang paling umum adalah hidroksida logam alkali dan alkali tanah (tidak termasuk Be). Elektrolit lemah – NH 3.
- Garam. Garam yang paling umum, senyawa ionik, adalah elektrolit kuat. Pengecualian terutama adalah garam logam berat.
Teori disosiasi elektrolitik
Elektrolit, baik kuat maupun lemah dan bahkan sangat encer, tidak patuh hukum Raoult Dan . Memiliki kemampuan menghantarkan listrik maka tekanan uap pelarut dan titik leleh larutan elektrolit akan lebih rendah, dan titik didihnya akan lebih tinggi dibandingkan dengan nilai-nilai serupa pelarut murni. Pada tahun 1887, S. Arrhenius, mempelajari penyimpangan ini, sampai pada penciptaan teori disosiasi elektrolitik.
Disosiasi elektrolitik menunjukkan bahwa molekul elektrolit dalam larutan terurai menjadi ion bermuatan positif dan negatif, yang masing-masing disebut kation dan anion.
Teori tersebut mengemukakan postulat sebagai berikut:
- Dalam larutan, elektrolit terurai menjadi ion, mis. memisahkan. Semakin encer larutan elektrolit, semakin besar derajat disosiasinya.
- Disosiasi adalah fenomena yang dapat dibalik dan seimbang.
- Molekul pelarut berinteraksi sangat lemah (yaitu, larutan mendekati ideal).
Elektrolit yang berbeda memiliki derajat disosiasi yang berbeda, yang tidak hanya bergantung pada sifat elektrolit itu sendiri, tetapi juga sifat pelarut, serta konsentrasi elektrolit dan suhu.
Derajat disosiasi α , menunjukkan berapa banyak molekul N terurai menjadi ion, dibandingkan dengan jumlah total molekul terlarut N:
α = N/N
Dengan tidak adanya disosiasi α = 0, dengan disosiasi lengkap elektrolit α = 1.
Dilihat dari derajat disosiasinya, menurut kekuatannya, elektrolit dibagi menjadi kuat (α > 0,7), kekuatan sedang (0,3 > α > 0,7), lemah (α< 0,3).
Lebih tepatnya, proses disosiasi elektrolit ditandai dengan konstanta disosiasi, tidak bergantung pada konsentrasi larutan. Jika kita bayangkan proses disosiasi elektrolit secara umum:
A a B b ↔ aA — + bB +
K = ab /
Untuk elektrolit lemah konsentrasi setiap ion sama dengan hasil kali α dengan konsentrasi total elektrolit C, sehingga ekspresi konstanta disosiasi dapat diubah:
K = α 2 C/(1-α)
Untuk larutan encer(1-α) =1, maka
K = α2C
Tidak sulit menemukannya dari sini derajat disosiasi
Persamaan ionik-molekul
Perhatikan contoh netralisasi asam kuat dengan basa kuat, misalnya:
HCl + NaOH = NaCl + HOH
Prosesnya disajikan sebagai persamaan molekul. Diketahui bahwa zat awal dan produk reaksi dalam larutan terionisasi sempurna. Oleh karena itu, mari kita nyatakan prosesnya dalam bentuk persamaan ion lengkap:
H + + Cl - + Na + + OH - = Na + + Cl - + HOH
Setelah “kontraksi” ion identik di kiri dan bagian yang tepat kita mendapatkan persamaannya persamaan ionik yang disingkat:
H + + OH - = HOH
Kita melihat bahwa proses netralisasi terjadi pada kombinasi H + dan OH - dan pembentukan air.
Saat menyusun persamaan ionik, harus diingat bahwa hanya elektrolit kuat yang ditulis dalam bentuk ionik. Elektrolit lemah padatan dan gas ditulis dalam bentuk molekulnya.
Proses pengendapan direduksi menjadi interaksi hanya Ag+ dan I - dan pembentukan AgI yang tidak larut dalam air.
Untuk mengetahui apakah suatu zat yang kita minati mampu larut dalam air, kita perlu menggunakan tabel ketidaklarutan.
Mari kita perhatikan jenis reaksi ketiga, yang menghasilkan pembentukan senyawa yang mudah menguap. Ini adalah reaksi yang melibatkan karbonat, sulfit atau sulfida dengan asam. Misalnya,
Saat mencampurkan beberapa larutan senyawa ionik, interaksi di antara keduanya mungkin tidak terjadi, misalnya
Jadi, untuk meringkas, kami mencatat itu transformasi kimia diamati ketika salah satu kondisi berikut terpenuhi:
- Pembentukan non-elektrolit. Air dapat bertindak sebagai non-elektrolit.
- Pembentukan sedimen.
- Pelepasan gas.
- Pembentukan elektrolit lemah misalnya asam asetat.
- Perpindahan satu atau lebih elektron. Hal ini diwujudkan dalam reaksi redoks.
- Pembentukan atau pecahnya satu atau lebih.
Karena elektrolit dalam larutan berbentuk ion, maka reaksi antara larutan garam, basa, dan asam adalah reaksi antar ion, yaitu reaksi antar ion. reaksi ion. Beberapa ion, yang berpartisipasi dalam reaksi, mengarah pada pembentukan zat baru (zat yang berdisosiasi rendah, pengendapan, gas, air), sedangkan ion lain, yang ada dalam larutan, tidak menghasilkan zat baru, tetapi tetap berada dalam larutan. Untuk menunjukkan interaksi ion mana yang mengarah pada pembentukan zat baru, persamaan ion molekuler, lengkap dan singkat dibuat.
DI DALAM persamaan molekul Semua zat disajikan dalam bentuk molekul. Lengkapi persamaan ionik menunjukkan seluruh daftar ion yang ada dalam larutan selama reaksi tertentu. Persamaan ionik singkat hanya terdiri dari ion-ion tersebut, interaksi antara yang mengarah pada pembentukan zat baru (zat yang berdisosiasi rendah, sedimen, gas, air).
Saat kompilasi reaksi ionik Harus diingat bahwa zat sedikit terdisosiasi (elektrolit lemah), sedikit dan sedikit larut (endapan - “ N”, “M”, lihat lampiran tabel 4) dan yang berbentuk gas ditulis dalam bentuk molekul. Elektrolit kuat, hampir terdisosiasi seluruhnya, dalam bentuk ion. Tanda “↓” setelah rumus suatu zat menunjukkan bahwa zat tersebut dikeluarkan dari bola reaksi dalam bentuk endapan, dan tanda “” menunjukkan bahwa zat tersebut dikeluarkan dalam bentuk gas.
Tata cara penyusunan persamaan ionik menggunakan persamaan molekul yang diketahui Mari kita lihat contoh reaksi antara larutan Na 2 CO 3 dan HCl.
1. Persamaan reaksi ditulis dalam bentuk molekul:
Na 2 CO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 CO 3
2. Persamaan ditulis ulang dalam bentuk ionik, dengan zat yang terdisosiasi baik ditulis dalam bentuk ion, dan zat yang terdisosiasi buruk (termasuk air), gas, atau zat yang sedikit larut - dalam bentuk molekul. Koefisien di depan rumus suatu zat dalam persamaan molekul berlaku sama untuk setiap ion yang menyusun zat tersebut, oleh karena itu ia ditempatkan di depan ion dalam persamaan ionik:
2 Na + + CO 3 2- + 2H + + 2Cl -<=>2Na + + 2Cl - + CO 2 + H 2 O
3. Dari kedua ruas persamaan, ion-ion yang terdapat di ruas kiri dan kanan dikecualikan (dikurangi):
2Na++ CO 3 2- + 2H++ 2Cl -<=> 2Na+ + 2Cl -+ CO 2 + H 2 O
4. Persamaan ion ditulis dalam bentuk akhirnya (persamaan ion pendek):
2H + + CO 3 2-<=>CO 2 + H 2 O
Jika selama reaksi, dan/atau sedikit terdisosiasi, dan/atau sedikit larut, dan/atau terbentuk zat gas, dan/atau air, dan senyawa tersebut tidak terdapat pada zat awal, maka reaksi praktis tidak dapat diubah (→) , dan untuk itu dimungkinkan untuk menyusun persamaan ionik molekuler, lengkap dan singkat. Jika zat tersebut terdapat dalam reagen dan produk, maka reaksinya akan bersifat reversibel (<=>):
Persamaan molekul: CaCO3 + 2HCl<=>CaCl 2 + H 2 O + CO 2
Persamaan ionik lengkap: CaCO 3 + 2H + + 2Cl –<=>Ca 2+ + 2Cl – + H 2 O + CO 2