Теория электролитической диссоциации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теория электролитической диссоциации

В первой половине ХlХ в. Фарадеем введено понятие об электролитах и неэлектролитах.

Электролитами он назвал вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток, а неэлектролитами - вещества, растворы и расплавы которых не проводят электрического тока.

Проводят электрический ток растворы солей, щелочей, кислот.

Не проводят электрический ток растворы сахара, спирта, глюкозы…

Почему же растворы электролитов проводят электрический ток?

Шведский ученый Сванте Аррениус, изучая электропроводность растворов различных веществ, пришел в 1887 г. к выводу, что причиной электропроводности является наличие в растворе ионов, которые образуются при растворении электролитов в воде.

Процесс распада электролитов на ионы при растворении их в воде или расплавлении называется электролитической диссоциацией.

С. Аррениус придерживался физической теории растворов, т.е. рассматривал процесс растворения веществ как простое распределение частиц растворяемого вещества в воде, при этом не учитывал взаимодействия его с водой и считал, что в растворе находятся свободные ионы. ТЭД объяснила многие явления, связанные со свойствами растворов, но не ответила на вопросы, почему одни вещества являются электролитами, а другие - нет, а также, какую роль в образовании ионов играет растворитель.

В отличии от него русские химики И.А. Каблуков и В.А. Кистяковский применили к объяснению ЭД химическую теорию Д.И. Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит химическое взаимодействие растворенного вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы. То есть в растворе находятся не свободные, а гидратированные ионы.

Молекулы воды представляют собой диполи ( два полюса), так как атомы водорода расположены под углом 105⁰, благодаря чему молекула имеет угловую форму:

О

Н105⁰ Н

Как правило, легче всего диссоциируют вещества с ионной кристаллической решеткой, так как они уже состоят из готовых ионов. При их растворении диполи воды ориентируются противоположно заряженными концами вокруг положительных и отрицательных ионов электролита. Между ионами электролита и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В результате связь между ионами ослабевает, и происходит переход ионов из кристалла в раствор (рис.):

Схема ЭД хлорида натрия на гидратированные ионы

Очевидно, что последовательность процессов, происходящих при диссоциации веществ с ионной связью (солей и щелочей), будет такой:

А) ориентация молекул - диполей воды около ионов кристалла;

Б) гидратация (взаимодействие) молекул воды с ионами поверхностного слоя кристалла;

В) диссоциация (распад) кристалла электролита на гидратированные ионы.

Упрощенно процесс можно отразить с помощью уравнения:

NаСl > Nа⁺ + Сl^-.

Аналогично диссоциируют и электролиты, в молекулах которых ковалентная полярная связь (например, молекулы хлороводорода НСl), только в этом случае под влиянием диполей воды происходит увеличение полярности связи, а затем разрыв ее с образованием ионов:

НСl > Н⁺ + Сl^-.

Св. Аррениус для количественной характеристики ЭД ввел понятие степени ЭД, обозначаемой греческой буквой б.

Степень электролитической диссоциации - это отношение числа молекул электролита, распавшихся на ионы, к общему числу растворенных молекул. электролит неэлектролит электролитическая диссоциация кислота

б =

Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях или в процентах. Если б = 0, то вещество совсем не распадается на ионы, оно является неэлектролитом. К неэлектролитам относятся вещества с ковалентными малополярными и неполярными связями, такие, как эфиры, углеводороды, кислород, азот и др

Степень ЭД может иметь значение от 0 до 1 ( в процентах от 0 до 100%).

Если б = 1, или 100%, то электролит полностью распадается на ионы, это сильный электролит. К сильным электролитам относятся все растворимые соли, неорганические кислоты (НNО₃, НСl, НВr, Нl, Н₂SО₄, НСlО₄), щелочи ( LiОН, NаОН, КОН, Са(ОН)₂, Ва(ОН)₂).

Слабые электролиты в водных растворах не полностью диссоциируют на ионы (б < 3%). К слабым электролитам относят органические кислоты, многие неорганические (Н₂S, НF, Н₂СО₃, Н₂SiО₃, НNО₂, Н₂SО₃), основания (за исключением щелочей), NН₄ОН, вода.

Степень ЭД зависит от природы электролита, температуры (с повышением температуры б увеличивается), концентрации электролита в растворе (разбавление раствора всегда усиливает б).

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ:

1) Почему раствор КОН проводит электрический ток, а раствор глюкозы нет ?

2) Является ли соль СаСО₃ электролитом? Почему?

3) Почему при разбавлении раствора электролита степень его диссоциации увеличивается?

4) Докажите, что деление химических связей на ковалентную полярную и ионную условно.

5) Как объяснить электропроводимость водных растворов электролитов?

Основные положения ТЭД

1) При растворении в воде электролиты диссоциируют (распадаются) на положительные и отрицательные ионы.

2) Под действием электрического тока положительно заряженные ионы движутся к отрицательному полюсу источника тока - катоду, и поэтому называются катионами, а отрицательно заряженные ионы движутся к положительному полюсу источника тока - аноду, и поэтому называются анионами.

3) Причиной диссоциации электролитов в водных растворах является его гидратация, то есть взаимодействие электролита с молекулами воды и разрыв химической связи в нем.

4) ЭД - процесс обратимый для слабых электролитов.

5) Химические свойства растворов электролита определяются свойствами тех ионов, которые они образуют при диссоциации.

По характеру образующихся ионов различают три типа электролитов: кислоты, основания и соли.

Кислотами называют электролиты, которые при диссоциации образуют катионы водорода и анионы кислотного остатка:

НСl> Н⁺ + Сl^-

НNО₃ > Н⁺ + NО₃^-

Н₂SО₄ > 2Н⁺ + SО₄^2-

Для фосфорной и других многоосновных кислот протекает ступенчатая диссоциация:

1-ая ступень - образование дигидрофосфат-ионов:

Н₃РО₄ - Н⁺ + Н₂РО₄^-,

2-ая ступень - образование гидрофосфат-ионов:

Н₂РО₄^- - Н⁺ + НРО₄^2-,

3-ая ступень - образование фосфат-ионов:

НРО₄^2- - Н⁺ + РО₄^3-.

Все кислоты объединяет, то что они при диссоциации обязательно образуют катионы водорода. Поэтому общие характерные свойства кислот - кислый вкус, изменение окраски индикаторов и др. - обусловлены именно катионами водорода.

Основаниями называют электролиты, которые при диссоциации образуют катионы металла и анионы гидроксогрупп ОН^- :

NаОН - Nа⁺ + ОН^-,

Са(ОН)₂ - Са²⁺ + 2ОН^-..

Многокислотные основания диссоциируют ступенчато:

1) Са(ОН)₂ > СаОН⁺ + ОН^-,

2) СаОН⁺ - Са²⁺ + ОН^-.

Все общие свойства оснований - мылкость на ощупь, изменение окраски индикаторов и др. - обусловлены общими дл всех оснований гидроксид-ионами ОН^-.

Солями называют электролиты, которые при диссоциации образуют катионы металла (или аммония NН₄⁺) и анионы кислотных остатков:

К₃РО₄ > 3К⁺ + РО₄^3-,

NН₄NО₃ > NН₄⁺ + NО₃^-.

В отличие от многоосновных кислот и многокислотных оснований соли диссоциируют сразу полностью, а не ступенчато.

Упражнения для самостоятельной работы:

1) Сравните по строению и свойствам:

А) Са⁰ и Са²⁺;Б) Н₂⁰ и Н⁺.

2) Запишите уравнения диссоциации следующих электролитов: сульфата железа (lll); карбоната калия; фосфата аммония; нитрата меди (ll); гидроксида бария; фосфорной кислоты. Дайте названия ионов.

3) Какие из перечисленных ниже веществ будут диссоциировать: гидроксид железа (II), гидроксид калия, кремниевая кислота, азотная кислота, оксид серы (IV), сульфид натрия, сульфид железа (II)? Почему? Запишите возможные уравнения диссоциации.

4) В записи уравнений ступенчатой диссоциации серной кислоты для первой ступени используют знак >, а для второй - знак обратимости -. Почему?

5) Пользуясь таблицей растворимости, приведите примеры трех- четырех веществ, которые в растворах образуют сульфат-ион SO₄^2- . запишите уравнения диссоциации этих веществ.

Д/з: ответьте устно на вопросы:

1) Какие вещества относят к электролитам, а какие - к неэлектролитам?

2) Какие из следующих жидкостей проводят электрический ток: этиловый спирт, водный раствор глюкозы, гидроксид натрия, раствор кислорода в воде, карбоната калия, расплав гидроксида калия? Ответ объясните.

3) Что называется ЭД?

4) В чем сущность физической и химической теории растворов?

5) Какие ионы называют гидратированными?

6) Почему одни вещества являются электролитами, а другие нет?

7) Какую роль в образовании ионов играет вода?

8) Что такое степень ЭД? От чего она зависит?

9) Основные положения ТЭД.

10) Дать определение кислот, оснований и солей с точки зрения ТЭД.

Выполните упражнения в рабочих тетрадях письменно:

Составьте уравнения диссоциации веществ в возможных случаях:

NaOH, ZnO, H₂S, Al(OH)₃, BaSiO₃, Cu(NO₃)₂,FePO₄, AlCl₃, CaSO₄, SiO₂, HNO₃, (NH₄)₂CO_3.

Размещено на Allbest.ru