Реакции нейтрализации

В рассмотренных до сих пор протолитических взаимодейст­виях (ионизация слабых электролитов и гидролиз ионов солей) обязательным компонентом являлась вода, молекулы которой, проявляя свойства амфолита, выступали или донором, или ак­цептором протона, обеспечивая протекание указанных взаимо­действий. Теперь рассмотрим непосредственное взаимодействие кислот и оснований между собой, т. е. реакции нейтрализации.

Реакцией нейтрализации называется протолитическое взаимодействие кислоты и основания, в результате которого образуется соль и вода.

В зависимости от силы участвующих кислоты и основания реакция нейтрализации может быть практически необратимой или обратимой в разной степени.

При взаимодействии любой сильной кислоты с любым силь­ным основанием (щелочью) из-за того, что эти реагенты полно­стью диссоциированы на ионы, сущность такой реакции неза­висимо от природы реагентов выражается одним и тем же молекулярно-ионным уравнением:

В процессе нейтрализации сильной кислоты щелочью про­исходит изменение рН системы, соответствующее кривой ней­трализации, приведенной на рис. 8.1. Кривая нейтрализации в этом случае характеризуется большим и резким скачком рН вблизи состояния эквивалентности (Vэкв)- Середина этого скачка соответствует точке эквивалентности, в которой [Н⁺] = [ОН-] = = 1 • 10^-7 моль/л, т. е. рН = 7.

Характерными особенностями реакции нейтрализации силь­ной кислоты щелочью и наоборот являются:

- необратимость;

- экзотермичность ( Н⁰ = -57,6 кДж/моль);

- очень большая скорость, так как взаимодействуют только подвижные ионы Н⁺ и ОН-;

- скачок рН при нейтрализации большой и резкий;

- точка эквивалентности при рН = 7.

Эти особенности реакции нейтрализации между сильными кислотами и основаниями обеспечили широкое использование ее в аналитической практике для количественного определения кислот и оснований в исследуемых объектах.

Наиболее общим случаем реакции нейтрализации является взаимодействие кислот и оснований, различающихся по силе. Рассмотрим нейтрализацию слабой кислоты НА сильным ос­нованием (щелочью):

Поскольку НА и Н₂0 - слабые электролиты, то имеет место протолитическое равновесие из-за конкуренции за протон ме­жду сильными основаниями ОН- и А- и, следовательно, для дан­ной реакции нейтрализации будут характерны следующие осо­бенности:

- обратимость;

- скачок рН при нейтрализации небольшой и менее резкий (рис. 8.2), причем с уменьшением силы кислоты он уменьшает­ся и сглаживается;

- точка эквивалентности находится при рН > 7, так как в системе протекает реакция гидролиза по аниону с образованием анионов ОН-, которых тем больше, чем слабее кислота;

- в состоянии полунейтрализации (1/2 V_ЭKB), когда добавле­но 50 % щелочи и [НА] = [А-], значение рН в системе численно равно значению рК_а данной слабой кислоты.

Последнее положение следует из уравнения: рН = рК_а + lg ([А-]/[НА]), согласно которому при [А^-] = [НА] рН = рК_а (так как lg ([А-]/[НА]) = 0). Это обстоятельство позволяет не только определять величину рК_а слабой кислоты, но и решать обрат­ную задачу: по значению рК_а определять, какая слабая кислота находится в системе.

Реакции нейтрализации различных по силе оснований сильной кислотой (рис. 8.3) характеризуются особенностями равновесных протолитических процессов, аналогичными приведенным выше. Однако нужно понять и запомнить, что для нейтрализации слабых оснований характерны следующие особенности:

- точка эквивалентности находится при рН < 7 из-за проте­кающей параллельно реакции гидролиза по катиону с образо­ванием катионов Н⁺;

- в состоянии полунейтрализации (1/2 V_ЭKB), когда добавлено 50 % кислоты и [В] = [ВН⁺], значение рН в системе численно равно значению рK_а(ВН⁺) сопряженной кислоты данного слабо­го основания.

Таким образом, исследование реакции нейтрализации по­зволяет определять не только содержание кислот и оснований в системе, но и значение рК_а слабых электролитов, включая и белки, а также их изоэлектрические точки.