4.8: Химические реакции в водных растворах

Химические вещества взаимодействуют по-разному. Некоторые химические реакции демонстрируют общие закономерности реактивности. Из-за большого количества химических реакций становится необходимым классифицировать их на основе наблюдаемых закономерностей взаимодействия.

Вода является хорошим растворителем, который может растворить много веществ. По этой причине в воде происходит много химических реакций. Такие реакции называются водной реакцией. Тремя наиболее распространенными типами водных реакций являются осадки, кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные.

Реакции в водных растворах  

Реакция осаждения включает в себя обмен ионами между ионическими соединениями в водном растворе раствор, образуя нерастворимую соль или осадок. В кислотно-щелочной реакции кислота вступает в реакцию с основанием, и они нейтрализуют друг друга, образуя соль и воду. Окислительно-восстановительная реакция включает перенос электронов между реакциями. Считается, что реагент, который теряет электроны, окисляется, а реагент, который получает электроны, восстанавливается.

Уравнения для водных реакций  

При использовании ионов существуют различные способы представления реакций, происходящих в водной среде, каждая из которых имеет различный уровень детализации. Чтобы понять это, давайте рассмотрим пример реакции осаждения. Реакция происходит между водными растворами ионных соединений, такими как BaCl₂ и AgNО₃. В результате реакции водятся Ba(NО₃)₂ и твердый AgCl.  

Это сбалансированное уравнение называется молекулярным уравнением. Молекулярные уравнения предоставляют стехиометрическую информацию для выполнения количественных расчетов, а также помогают определить используемые реагенты и сформированные продукты. Однако молекулярные уравнения не содержат подробностей процесса реакции в раствор; то есть не указывают на различные ионные виды, присутствующие в раствор.  

Ионные соединения, такие как BaCl₂, AgNО₃ и Ba(NО₃)₂, растворимы в воде. Они растворяются, разделяя их на составляющие ионы, и их ионы однородно рассеяны в раствор.  

Поскольку AgCl является нерастворимой солью, она не диссоциирует и остается в раствор как твёрдое вещество. С учетом указанных выше факторов более реалистичное представление реакции будет следующим:  

Это полное ионное уравнение, в котором явно представлены все растворенные ионы.  

Это полное ионное уравнение указывает на два химических вида, которые присутствуют в одинаковой форме с обеих сторон: Ba²⁺  (aq) и NО₃^–  (aq). Они называются ионами зрителя. Присутствие этих ионов необходимо для поддержания нейтральности заряда. Поскольку они не изменяются в процессе ни химически, ни физически, их можно исключить из уравнения.  

Это уравнение можно упростить еще больше, чтобы получить:  

Это чистое ионное уравнение. Это указывает на то, что твердый хлорид серебра может быть произведен из растворенных ионов хлорида и серебра, независимо от источника этих ионов.  

Этот текст адаптирован к OpenStax Химия 2е изд., раздел 4.1: Написание и балансировка химических уравнений.