Щоб дізнатися, чи буде протікати та чи інша реакція між сильними електролітами у водних розчинах, необхідно крім рівняння реакції в молекулярному вигляді вміти писати це ж рівняння в повному іонному і скороченому іонному вигляді.
Розглянемо можливу реакцію взаємодії водних розчинів KNO3 і NaCl. В молекулярному вигляді рівняння виглядає наступним чином:
Запишемо це ж рівняння реакції в іонному вигляді, враховуючи, що всі його учасники - середні солі, а значить, у воді повністю дисоціюють на іони:
Після скорочення однакових іонів (скоротяться все іони) можна однозначно зробити висновок, що дана реакція в розчинах йти не буде.
Таким чином, основними умовами протікання іонних реакцій є:
1. Освіта в результаті іонної реакції плохорастворімого речовини. Наприклад, якщо в попередню реакцію замінити KNO3 на AgNO3. отримаємо:
AgNO3 + NaCl = AgCl ↓ + NaNO3 - молекулярне рівняння реакції;
оскільки AgCl - не розчиняється у воді, то в іонному вигляді рівняння реакції можна записати в такий спосіб:
Ag + + NO3 - + Na + + Cl - = AgCl ↓ + Na + + NO3 - - повне іонне рівняння.
Після скорочення отримуємо скорочене іонне рівняння реакції:
Ag + + Cl - = AgCl ↓.
2. Освіта слабодіссоціірующего речовини. Наприклад, при взаємодії NaOH і HCl:
NaOH + HCl = NaCl + H2 O.
Так як вода - дуже слабкий електроліт, то вона залишається у вигляді молекул.
Na + + OH - + H + + Cl - = Na + + Cl - + H2 O - повне іонне рівняння.
OH - + H + = H2 O - скорочене іонне рівняння.
З останнього рівняння видно, що будь-яка реакція нейтралізації сильної кислоти сильною основою зводиться до утворення слабкого електроліту - молекул води - шляхом взаємодії іонів водню і гідроксид-іонів.
3. Освіта газоподібних речовин. наприклад:
CO3 2- + 2H + = H2 O + CO2 ↑ - скорочене іонне рівняння.
Хімічно чиста вода володіє хоча і незначною, але вимірної електропровідністю, так як вода в незначній мірі дисоціює на іони. Так при кімнатній температурі лише приблизно одна з 10 8 молекул води знаходиться в диссоциированной формі. Процес електролітичноїдисоціації води можливий завдяки досить високій полярності зв'язків О-Н і наявності між молекулами води системи водневих зв'язків. Рівняння дисоціації води записується так:
де H3 O + - катіон гидроксония водню.
Рівняння дисоціації води можна записати в більш простій формі:
Присутність у воді іонів водню і гідроксиду надають їй специфічні властивості амфоліти, тобто здатність виконувати функції слабкої кислоти і слабкої основи. Константа дисоціації води при температурі 22 0 С:
де [H +] і [OH -] - рівноважні концентрації в г-іон / л відповідно катіонів водню і гідроксо-аніонів, а [H2 O] - рівноважна концентрація води в моль / л. З огляду на, що ступінь дисоціації води надзвичайно мала, рівноважну концентрацію недіссоціірованних молекул води цілком можна прирівняти до загальної кількості води, що полягає в 1 л її:
Тепер вираз (1) можна записати в наступному вигляді:
звідси [H +] [OH -] = (1,8 10 -16) 55,56 = 10 -14 г-іон 2 / л 2.
Твір концентрацій іонів водню і гідроксо-іонів є константою не тільки для води, але і для водних розчинів солей, кислот і лугів. Ця величина називається іонним добутком води або константою води. Отже: КН2О = [H +] [OH -] = 10 -14 г-іон 2 / л 2.
Для нейтральних середовищ [H +] = [OH -] = 10 -7 г-іон / л. У кислих середовищах [H +]> [OH -], а в лужних [H +] <[OH - ]. При этом в любых средах произведение концентраций ионов водорода и гидроксо-ионов при данной температуре остается постоянным и равным 10 -14 г-ион 2 /л 2. Таким образом, пользуясь ионным произведением воды, любую реакцию среды (нейтральную, кислую или щелочную) можно количественно выразить при помощи концентрации водородных ионов.