Химия и Химики № 4 2012. Плавиковая кислота

Плавиковая кислота, цинк и вода

В прошлом опыте мы выяснили, что 40% фтористоводородная кислота реагирует с цинком гораздо медленнее, чем например, концентрированная соляная кислота. А что будет, если плавиковую кислоту разбавить водой? Ответ, казалось бы, очевиден: уменьшение концентрации реагента приведет к уменьшению скорости реакции: такая кислота будет реагировать с цинком медленнее. Однако не будем спешить с выводами.

В пробирку насыпали гранул цинка и налили 40% плавиковой кислоты. Когда выделение газа стабилизировалось, визуально отметили скорость реакции. После этого добавили к кислоте примерно равный объем воды (разведение 1 : 1). В результате выделение газа значительно усилилось - это было хорошо заметно. Через несколько минут в пробирку добавили еще 2 объема воды (суммарное разведение 1 к 3). Выделение газа при этом замедлилось, однако оно было не менее интенсивным, чем в случае исходной 40% плавиковой кислоты.

Таким образом, разбавление 40% плавиковой кислоты водой ведет к тому, что скорость ее реакции с цинком сначала возрастает, потом снижается. Объясняется это очень просто. Фтористоводородная кислота - кислота средней силы: в водном растворе она диссоциирует лишь частично (этим плавиковая кислота отличается от других галогеноводородных кислот - соляной, бромистоводородной и иодистоводородной).

Для слабых электролитов (равно как и для электролитов средней силы) степень диссоциации возрастает с ростом разведения. В некотором диапазоне концентраций может наблюдаться интересная ситуация: при добавлении воды концентрация введенных в раствор молекул кислоты падает, но концентрация ионов водорода увеличивается - за счет того, что диссоциация кислоты растет быстрее, чем разведение раствора. Таким образом, при постепенном добавлении воды к фтороводородной кислоте, концентрация ионов водорода сначала растет, потом проходит через максимум и начинает уменьшаться. Напомним, что для реакции с цинком необходимы именно ионы водорода, а не недиссоциированные молекулы кислоты.

Честно говоря, описанный результат не был неожиданностью. В книге О. Ольгин Опыты без взрывов описан аналогичный эксперимент с уксусной кислотой и цинком ссылка.

Итак, вы выяснили на опыте: чем выше концентрация и температура, тем быстрее идет реакция. Но некоторые реакции на первый взгляд кажутся исключением из правила. Вот пример.

Налейте в пробирку на высоту 1-2 см уксусной кислоты и бросьте в нее несколько кусочков цинка. Цинк надо предварительно очистить, погрузив его секунд на двадцать в раствор соляной кислоты и промыв водой.

Уксусная кислота слабая, и цинк растворяется в ней очень медленно - пузырьки водорода еле выделяются. Как ускорить реакцию? Нагреть раствор. Правильно. А нельзя ли иначе? Поступим так: понемногу станем добавлять в пробирку чистую воду, каждый раз хорошо перемешивая. Внимательно последите за пузырьками. Удивительное дело: кислота уже разбавлена вдвое, втрое, а реакция вместо того чтобы замедляться, идет все быстрее!

Если вы ставите этот опыт на занятиях кружка, то замените цинк маленьким кусочком магниевой стружки и ничем ее не обрабатывайте. С разбавленной уксусной кислотой магний реагирует еще энергичнее, чем цинк.

Такое "исключение" из правила становится понятным, если его хорошо изучить. Наш опыт с уксусной кислотой объясняется следующим образом. Скорость, с которой цинк или магний взаимодействуют с кислотой, зависит от концентрации ионов водорода в растворе. Эти ионы образуются при растворении в воде любой кислоты. Но когда воды мало, слабая уксусная кислота находится в растворе почти исключительно в виде недиссоциированных молекул. По мере разбавления водой все больше молекул уксусной кислоты распадается на ионы, и реакция идет быстрее. Но если добавить слишком много воды, то реакция вновь замедлится, уже по другой причине: из-за сильного разбавления концентрация ионов водорода опять уменьшится. Быстрее всего реагирует с цинком 15% ная уксусная кислота.

Смотреть Видео (21 Мб, .avi )