Метод нейтрализации

С помощью метода нейтрализации определяют кислоты (алкалиметрия) и основания (ацидиметрия). Реакциями нейтрализации в водных растворах являются все реакции между кислотами и основаниями, один из продуктов которых является вода.

В соответствии с протолитической теорией Бренстеда-Лоури кислотой является любое вещество-донор протона , а основанием- акцептор протона. Кислота и получившееся при отдаче протона основание составляют сопряженную пару. Таким образом, реакция нейтрализации согласно протолитической теории представляет собой протолитическое равновесие:

НА + В = ВН⁺ + А^-

кислота 1 основание 2 кислота 2 основание 1

Одним из компонентов протолитической реакции является растворитель. С точки зрения кислотно-основных свойств растворители можно разделить на три группы:

1.Апротонные растворители, не обладающие ни кислотными, ни основными свойствами (например, бензол, гексан, хлороформ).

2.Протофильныерастворители, обладающие только основными свойствами (например, ацетон, диоксан, диэтиловый эфир, пиридин).

3.Амфипротныерастворители, обладающие как кислотными, так и основными свойствами(вода, спирты, карбоновые кислоты, первичные и вторичные амины).

Важнейшая особенность амфипротных растворителей - способность к передаче протона от одной молекулы к другой. Такие процессы называются автопротолизом. Например,

для воды: Н₂О + Н₂О = Н₃О⁺+ ОН^-

для аммиака NH₃+NH₃=NH₄⁺+NH₂^-

для муравьиной кислоты НСООН + НСООН = НСОО^-+ НСООН₂⁺

Характеристикой равновесия автопротолиза служит константа автопротолиза.

Для воды константа автопротолиза обозначается К_w и называется ионным произведением воды:K_w=ан₃о⁺·аон^-= 1,0 · 10^-14(25^оС).

Величина, равная –lgан₃о⁺ обозначается рН.

Если ан₃о⁺=аон^-рН = ½ рК_wсреда нейтральная

ан₃о⁺>аон^-рН < ½ рК_wсреда кислая

ан₃о⁺<аон^-рН = ½ рК_wсреда щелочная

При взаимодействии с амфипротными растворителями растворенные вещества могут проявлять как кислотные, так и основные свойства:

CH₃COO^- + H₂O = OH^- + CH₃COOH

NH₃ + H₂O = NH₄⁺ + OH^-

В неводных растворителях:

NH₃+HCOOH_безв.= NH₄⁺ HCOO^-

NH₄⁺ + CH₃OH_безв. = CH₃OH₂⁺ + NH₃

Простейшей реакцией нейтрализации является взаимодействие сильной кислоты со щелочью в водном растворе:

Н₃О⁺+ ОН^-= 2Н₂О

Реакция между ионами гидроксония и гидроксила сильно смещена вправо в соответствии с малой величиной ионного произведения воды. Таким образом, эта реакция является практически необратимой. Кроме того, реакция переноса протона является очень быстрой.

Поэтому в эквивалентной точке ан₃о⁺=аон^-и рН=7

Если в реакции нейтрализации участвует слабая кислота, например, уксусная кислота (СН₃СООН + ОН^-= СН₃СОО^-+ Н₂О), то реакция нейтрализации заметно обратима. В эквивалентной точке реакция среды отличается от нейтральной и вследствие наличия в равновесной смеси группы ОН^{- ­}рН >7.

В объемном анализе применяется также взаимодействие сильной кислоты и слабого основания. Слабыми основаниями являются аммиак, амины, анионы слабых кислот, входящие в состав солей.

Примеры таких реакций:

NH₃+H₃O⁺=NH₄⁺+H₂O

CO₃^2-+H₃O⁺=HCO₃^-+H₂O

Реакция нейтрализации слабого основания является заметно обратимой, и в момент эквивалентности имеются ионы Н₃О⁺. Следовательно, в точке эквивалентности в этом случае рН <7.

Таким образом, используя метод нейтрализации, можно определять количество кислот, оснований и других веществ, реагирующих с кислотами и основаниями. Используя ионообменники, можно также определять вещества, не реагирующие с кислотами и основаниями (например, NaCl,Na₂SO₄.и др.).