§ 22. Константы электролитической диссоциации амфотерных гидроокисей

Простейшая схема диссоциации амфотерной гидроокиси, например , может быть представлена следующим образом:

Оба типа диссоциации выражают посредством соответствующих констант диссоциации:

а) для как основания

б) для как кислоты

Как видно из приведенных численных значений констант, подвергается диссоциации по типу кислоты и по типу основания в неодинаковой степени. Основной тип диссоциации у проявляется более отчетливо, чем кислотный.

Согласно этой схеме, в растворе сосуществуют катионы и анионы . При добавлении кислоты происходит нейтрализация ОН" и равновесие сдвигается в сторону образования при прибавлении щелочи происходит нейтрализация и равновесие сдвигается в сторону образования . Таким образом, соотношение между концентрациями обусловливается величиной концентрации или в данном растворе, что схематически можно представить в виде следующих уравнений:

или

Применив закон действия масс к приведенным уравнениям, получим:

откуда

Это означает, что при увеличении резко (прямо пропорционально четвертой степени концентрации ионов гидроксила) возрастает с другой стороны, при увеличении резко (прямо пропорционально четвертой степени концентрации ионов водорода) возрастает .

Однако, как было отмечено выше, приведенная схема диссоциации амфотерной гидроокиси является простейшей формой выражения состояния динамических равновесий в системе

В действительности состояние динамических равновесий в растворах амфотерных гидроокисей значительно сложнее.

Согласно исследованиям Л. П. Адамовича с сотрудниками, процессы, идущие при диссоциации по основному типу, могут быть изображены в виде следующих уравнений:

Вначале от отщепляется моногидроксо-ион , который при снижении вступает во взаимодействие с и образует димер или тример . По мере прибавления кислоты происходит последующая диссоциация димера и тримера.

Таким образом, амфотерные гидроокиси характеризуются несколькими константами диссоциации.

Сравнивая величины констант диссоциации амфотерной гидроокиси, можно судить о том, какие свойства при данном значении у нее преобладают. Например:

Сопоставление приведенных данных показывает, что у одних амфотерных гидроокисей более ясно выражены основные свойства , у других кислотные и, наконец, у третьих кислотные и основные свойства выражены в одинаковой степени .

Использование амфотерности в химическом анализе. Явление амфотерности широко используется в химическом анализе. Например, при анализе смесей катионов, образующих нерастворимые в воде гидроокиси, на катионы действуют избытком едкого натра или едкого кали. При этом в осадок выпадают гидроокиси. Если среди выделившихся в осадок соединений имеются амфотерные гидроокиси, то они растворяются в избытке щелочи. Например, если анализируемая смесь содержит , то при действии избытка получаются осадок и раствор .

Таким образом ионы железа можно отделить от ионов алюминия.

Аналогичным образом амфотерные гидроокиси и др. можно растворить в присутствии других нерастворимых в щелочах гидроокисей , и др.

Константа диссоциации амфотерных гидроокисей по типу возрастает по мере увеличения зарядности образующего их иона (например, ), поэтому для увеличения растворимости нерастворимой в воде гидроокиси, содержащей способный окисляться ион, этот ион окисляют. Например, если дан осадок, представляющий собой смесь , то при действии перекиси водорода или других окислителей в щелочной среде окисляется в с образованием , который легко переходит в раствор.

Некоторые амфотерные гидроокиси, например , растворяются при кипячении с раствором , в то время как другие нерастворимы в нем.

Это свойство амфотерных гидроокисей также используют при анализе. Например, если дана смесь катионов: , то при действии смеси получается:

при кипячении осадка 1 с получается:

при обработке осадка 2 едким натром образуется:

Так, используя свойства амфотерных соединений, можно отделять одни катионы от других.