Урок-лекция с использованием мультимедийной презентации. Основные положения теории электролитической диссоциации

Цели урока:

Образовательные –

сформулировать основные положения теории электролитической диссоциации;
обобщить сведения об ионах;
закрепить умение записывать процесс диссоциации при помощи химических знаков и формул.

Воспитательная – воспитывать желание учиться активно, с интересом, прививать сознательную дисциплинированность, четкость и организованность в работе.

Развивающая – развивать умение учащихся на основе теоретических знаний сравнивать, анализировать, обобщать, логически рассуждать, делать выводы, развивать устную речь.

Методы обучения: объяснение, беседа, сравнение, постановка и решение учебных проблем, химический эксперимент (видеосюжет), самостоятельная индивидуальная работа.

Средства обучения: мультимедийный проектор, компьютер, таблица растворимости кислот, оснований и солей в воде, тренировочные упражнения, учебная литература: «Химия. 8 класс», авторы – О.С. Габриелян – М.: Дрофа, 2008.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Вводная беседа: сообщение темы, разъяснение целей и задач урока.

(2 мин) /слайд 1, 2/

Тема урока сегодня «Основные положения теории электролитической диссоциации». Эта тема является продолжением предыдущего занятия. Поэтому сегодня целью нашего урока будет обобщить сведения об ионах, закрепить умение записывать процесс диссоциации при помощи химических знаков и формул, сформулировать основные положения теории электролитической диссоциации

III. Актуализация пройденного материала: проверка домашнего задания.

Проверим домашнее задание. У вас на столах есть листы с заданиями. Напишите в правом верхнем углу свою фамилию и имя. Приступаем к выполнению задания. На выполнение задания – 5 мин.

Задание 1 /слайд 3/

Проверь свои знания. Допишите определения.

Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называют … (электролиты)
Процесс распада электролита на ионы называют … (электролитическая диссоциация)
Вещества, растворы которых не проводят электрический ток, называют … (неэлектролиты)
Отношение числа частиц, распавшихся на ионы, к общему числу растворенных частиц называют … (степень электролитической диссоциации)

Задание 2 /слайд 4/

Проверь свои знания. Дополните схему.

Задание 3 /слайд 5/

Проверь свои знания. Заполните таблицу.

Задание 4 /слайд 6/

На ответ дается – 3 минуты.

Пользуясь схемой на экране, расскажите о последовательности процессов, происходящих при диссоциации

А) веществ с ионной связью

ориентация молекул – диполей воды около ионов кристалла;
гидратация (взаимодействие) молекул воды с противоположно заряженными ионами поверхностного слоя кристалла;
диссоциация (распад) кристалла электролита на гидратированные ионы.

Б) веществ с ковалентной полярной связью

ориентация молекул воды вокруг полюсов молекулы электролита;
гидратация (взаимодействие) молекул воды с молекулами электролита;
ионизация молекул электролита (превращение ковалентной полярной связи в ионную);
диссоциация (распад) молекул электролита на гидратированные ионы.

IV. Изучение нового материала.

История открытия теории электролитической диссоциации. /слайд 7/

Шведский ученый Сванте Аррениус изучая электропроводность растворов различных веществ, пришел к выводу, что причиной электропроводности является наличие в растворе ионов, которые образуются при растворении электролита в воде. Этот процесс получил название электролитическая диссоциация. В 1887 году Аррениус сформулировал основные положения теории электролитической диссоциации. Рассмотрим основные положения теории электролитической диссоциации (в сокращенном варианте ТЭД). /слайд 8/

Основные положения теории ТЭД

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

Например: NaCl = Na + + Cl -

Ионы – это одна из форм существования химического элемента. Ионы отличаются от атомов числом электронов, т.е. электрическим зарядом. Атомы – нейтральные частицы, ионы имеют заряд (положительный или отрицательный). Эти два обстоятельства и обуславливают различие их свойств.

/слайд 9/

Следовательно, ионы – это положительно или отрицательно заряженные частицы в которые превращаются атомы или группы атомов в результате отдачи или присоединения электронов. Этот процесс превращения можно представить в виде схемы.

Разберем различие свойств атомов и ионов на примере всем известного вещества – поваренной соли. 1 электрон – это очень много для изменения свойств, поэтому свойства ионов совершенно не похожи на свойства атомов, которые их образовали. Металлический натрий – очень реакционно-способное вещество, которое даже хранят под слоем керосина, иначе натрий начнет взаимодействовать с компонентами окружающей среды. Натрий энергично взаимодействует с водой, образуя при этом щелочь и водород, в то время как положительные ионы натрия таких продуктов не образуют. Хлор имеет желто-зеленый цвет и резкий запах, ядовит, а ионы хлора – бесцветны, неядовиты, лишены запаха. Никому не придет в голову использовать в пищу металлический натрий и газообразный хлор, в то время как без хлорида натрия, состоящего из ионов натрия и хлора, невозможно приготовление пищи. Отличаются эти две частицы только одним электроном.

Слово «ион» в переводе с греческого означает «странствующий». В растворах ионы беспорядочно передвигаются («странствуют») в различных направлениях. По составу ионы делят на простые – Cl - , Na + сложные – NH 4 + , SO 4 - .

Основные положения теории ТЭД

2. Причиной диссоциации электролита в водном растворе является его гидратация, т.е. взаимодействие электролита с молекулами воды и разрыв химической связи в нем.

В результате взаимодействия электролита с молекулами воды образуются гидратированные, т.е. связанные с молекулами воды, ионы.

Следовательно, по наличию водной оболочки ионы делят на гидратированные (в растворах и кристаллогидратах) и негидратированные (в безводных солях). Например: кристаллогидраты - глуберова соль, медный купорос; безводные соли – сульфат меди, нитрат натрия. Свойства гидратированных и негидратированных ионов отличаются, как вы смогли убедиться на примере ионов меди.

ИОНЫ (по наличии водной оболочки)

гидратированные
в растворах и кристаллогидратах: CuSO 4 *5H 2 O , Na 2 SO 4 *10H 2 O
негидратированные
в безводных солях: Cu 2+ SO 4 2- , Na + NO 3 -

Основные положения ТЭД

3. Под действием электрического тока положительно заряженные ионы движутся к отрицательному полюсу источника тока – катоду, поэтому их называют катионами, а отрицательно заряженные ионы движутся к положительному полюсу источника тока – аноду, поэтому их называют анионами.

Следовательно, существует еще одна классификация ионов – по знаку их заряда.

ИОНЫ
*катионы (положительно заряженные частицы)
*анионы (отрицательно заряженные частицы)

В растворах электролитов сумма зарядов катионов равна сумме зарядов анионов, вследствие чего эти растворы электронейтральны.

Основные положения ТЭД

Электролитическая диссоциация – процесс обратимый для слабых электролитов. Наряду с процессом диссоциации (распад электролита на ионы) протекает и обратный процесс – ассоциация (соединение ионов). Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости, например:

HNO 2 ↔ H + + NO 2-

/слайд 17/

Основные положения ТЭД

5. Не все электролиты в одинаковой мере диссоциируют на ионы.

Степень диссоциации зависит от природы электролита и его концентрации.

По степени диссоциации электролиты делят на слабые и сильные.

Основные положения ТЭД

6. Химические свойства растворов электролитов определяются свойствами тех ионов, которые они образуют при диссоциации.

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

Попробуем теперь выполнить задание, используя полученную информацию. При выполнении задания, обратите внимание на то, является ли вещество электролитом.

HNO 3
H 2 SiO 3

Основываясь на составленных схемах, попробуйте дать определение кислотам с точки зрения ТЭД.

ДОПИШИТЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Кислоты – это электролиты, которые диссоциируют на катионы … и анионы …

КИСЛОТЫ- это электролиты, которые при диссоциации образуют катионы водорода и анионы кислотного остатка.

Например:

HCl = H + + Cl -
HNO 3 = H + + NO 3 -

Для многоосновных кислот протекает ступенчатая диссоциация. Например, для фосфорной кислоты H3PO4:

1-я ступень – образование дигидрофосфат – ионов:

H 3 PO 4 ↔ H + + H 2 PO 4 -

2-я ступень – образование гидрофосфат – ионов:

H 2 PO 4 - ↔ H + + HPO 4 2-

Cледует учитывать, что диссоциация электролитов по второй ступени происходит намного слабее, чем по первой. Диссоциация по третьей ступени при обычных условиях почти не происходит.

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

Выполним следующее задание, основываясь на основных положениях ТЭД.

Составьте возможные уравнения электролитической диссоциации веществ в водных растворах.

Fe(OH) 2

Назовите класс данных веществ.

Основываясь на составленных схемах, попробуйте дать определение основаниям с точки зрения ТЭД.

ДОПИШИТЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Основания – это электролиты, которые диссоциируют на катионы … и анионы …

ОСНОВАНИЯ- это электролиты, которые при диссоциации образуют катионы металла и гидроксид-анионы.

Например:

NaOH = Na + + OH -
KOH = K + + OH -

Многокислотные основания диссоциируют ступенчато, в основном по первой ступени. Например, гидроксид бария Ba (OH)2:

1-я ступень – образование гидроксо-ионов:

Ba (OH) 2 ↔ OH - + BaOH +

2-я ступень – образование ионов бария:

BaOH+ ↔ Ba 2+ + OH -

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

Выполняем следующее задание.

Составьте возможные уравнения электролитической диссоциации веществ в водных растворах.

KNO 3
BaSO 4

Назовите класс данных веществ.

Основываясь на составленных схемах, попробуйте дать определение солям с точки зрения ТЭД.

ДОПИШИТЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Соли – это электролиты, которые диссоциируют на катионы … и анионы …

СОЛИ- это электролиты, которые при диссоциации образуют катионы металла (или аммония NH 4) и анионы кислотных остатков.

Например:

K 3 PO 4 = 3K + + PO 4 3-
NH 4 Cl = NH 4 + + Cl -

Очевидно, что свойства солей определяются как катионами металла, так и анионами кислотного остатка. Так, соли аммония имеют как общие свойства, обусловленные ионами NH 4 + , так и спецефические, обусловленные различными анионами. Аналогично, общие свойства сульфатов – солей серной кислоты – определяются ионами SO 4 2- , а различные – разными катионами. В отличие от многоосновных кислот и оснований, содержащих несколько гидроксид-ионов, такие соли как K 2 SO 4 , Al 2 (SO 4) 3 и т. д., диссоциируют сразу полностью, а не ступенчато.

А теперь давайте выполним более сложное задание, основываясь на всем изученном на уроке материале.

ПРОВЕРЬ СВОИ ЗНАНИЯ

Пользуясь таблицей растворимости, приведите примеры трех веществ, которые в растворах образуют сульфат-ионы. Запишите уравнения электролитической диссоциации этих веществ.

Например:

H 2 SO 4 ↔ H + + SO 4 -
HSO 4 ↔ H + + SO 4 2-

В заключение урока предлагаю вашему вниманию видеозапись опыта, где показано разложение раствора хлорида меди на ионы, под действием электрического тока.

Открываем дневники и записываем домашнее задание.

§36, положения ТЭД записать в тетрадь, выучить наизусть;
Определения кислот, оснований, солей выучить наизусть;
Задание №5, страница 203 (письменно).

Основные положения теории электролитической диссоциации. Изотонический коэффициент и его связь со степенью диссоциа ции. Ионное равновесие - связь между концентрацией, константой диссоциа ции и степенью диссоциации.

Основные положения ТЭД (основные положения теории электролитической диссоциации сформулированы С.Аррениусом в 1887 г.):

1. молекулы электролитов при растворении в воде или расплавлении распадаются на ионы.

2 .В растворе или расплаве электролитов ионы движутся хаотически. При пропускании через раствор или расплав электрического тока положительно заряженные ионы движутся к отрицательно заряженному электроду (катоду), а отрицательно заряженные ионы движутся к положительно заряженному электроду (аноду).

3 . Ионы отличаются от атомов как по строению, так и по свойствам.

4 .Диссоциация многих электролитов – процесс обратимый. Одновременно идут два противоположных процесса: распад молекул на ионы (ионизация) и соединение ионов в молекулы (моляризация).

Электролиты – это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток.

Электролиты, которые практически полностью диссоциируют на ионы (ионизируются), называют сильными, а электролиты, которые не полностью ионизируются, - слабыми.

Для количественной характеристики полноты диссоциации введено понятие степени диссоциации.

Степень диссоциации (  ) - отношение числа распавшихся на ионы молекул (n) к общему числу растворенных молекул (N): n / N

Степень диссоциации выражают в процентах или долях единицы.

По степени диссоциации электролиты условно подразделяют на:

Сильные – α > 0,3 (30%);

Слабые – α < 0,03 (3%);

Средней силы – (3%) 0,03 < α < 0,3 (30%)

Экспериментально степень диссоциации определяют, измеряя отклонение коллигативных свойств растворов электролитов (обычно температура кипения и замерзания) от теоретических зависимостей: Δt = iK Сm

Изменение температуры замерзания или температуры кипения растворов можно рассчитать после введения коэффициента, учитывающего увеличение концентрации кинетически самостоятельных частиц, вызванное диссоциацией части молекул на ионы. Предложенный Вант-Гоффом эмпирический коэффициент i (изотонический коэффициент) показывает степень отклонения коллигиальных свойств растворов электролитов от растворов нелетучих неэлектролитов . Значение коэффициента i для растворов данного электролита увеличивается по мере его разбавления, стремясь в пределе к целому числу, равному числу ионов, возникающих при диссоциации формульной единицы электролита.

Количественно электролитическую диссоциацию как равновесный обратимый процесс можно охарактеризовать константой диссоциации:Kd = (K+) + (A-) / (KA) Уравнение справедливо для разбавленных растворов слабых электролитов. Чем сильнее диссоциирует электролит, тем болеешь константа Kd. В отличие от степени диссоциации константа Kd зависит только от природы растворителя, электролита и температуры, но не зависит от концентрации раствора. Равновесие можно сместить добавлением сильного электролита, имеющего одноимённый ион.

Между константой Kd и степенью диссоциации α существует связь . Зависимость между степенью диссоциации α , концентрацией С и константой диссоциации К Д электролита выражается законом разведения Оствальда :

где С о – концентрация кислоты до диссоциации, α – степень диссоциации кислоты в растворе.
Для уксусной кислоты К Д = 1,85 ∙ 10 -5 .
Для очень слабого электролита α<<1 , и тогда величиной α в знаменателе можно пренебречь (закон разбавления Оствальда ):
К Д ≈ С о α 2 или

Закон разбавления Оствальда - соотношение, выражающее зависимость эквивалентной электропроводности разбавленного раствора бинарного слабого электролита от концентрации раствора:

Здесь К - константа диссоциации электролита, с - концентрация, λ и λ ∞ - значения эквивалентной электропроводности соответственно при концентрации с и при бесконечном разбавлении. Соотношение является следствием закона действующих масс и равенства

где α - степень диссоциации.

Можно считать, что во всех процессах в растворах электролитов участвуют лишь « активные ионы», т.е. ионы , не принимающие участия в данный момент в межионных взаимодействиях. В связи с этим для оценки концентрированных эффектов вводится величина, называемая активностью (а), - эффективная концентрация, в соответствии с которой электролит участвует в различных процессах.

Активность связана с истинной концентрацией растворённого вещества соотношением :

а = fC, где а – активность электролита, моль/л; С – концентрация электролита, моль/л; f – коэффициент активности (<1) (безразмерный).

Коэффициент активности выражает отклонение раствора концентрацией С от поведения раствора при бесконечном разведении, т.е. в отсутствие межионных взаимодействий.

В разбавленных растворах природа ионов незначительно влияет на значения коэффициента активности, так как межионные взаимодействия определяются только зарядами ионов и их концентрацией.

Количественной характеристикой межионных электростатических взаимодействий является ионная сила раствора.

Ионной силой раствора называют величину, равную полусумме произведения концентраций всех находящихся в растворе ионов на квадрат их заряда:

I = 0,5 ∑ CiZi2 , где Ci– молярная концентрация иона i в растворе; Zi – заряд иона i.

Гетерогенные процессы – это процессы на границе раздела фаз. К гетерогенным относят прежде всего процессы, связанные с образованием и растворением малорастворимых веществ ионного типа. При контакте таких веществ (сильных электролитов) с водой часть ионов переходит в раствор и устанавливается динамическое равновесие между гидратированными ионами электролита в водном растворе и кристаллами твёрдой фазы – гетерогенное равновесие. Раствор, находящийся в равновесии с твёрдой фазой, называют насыщенным.

Термодинамическим условием наступления в системе равновесия является постоянство энергии Гиббса ΔG =0, а кинетическим условием – равенство скоростей процессов растворения и кристаллизации.

Обратимые процессы растворения происходят на границе раздела фаз независимо от количества кристаллического вещества, потому что его концентрация (и активность) в твёрдой фазе остаётся постоянной. Константу гетерогенного равновесия Ks называют константой растворимости.

Чем меньше активность (концентрация) ионов в растворе, тем меньше значение KS и, следовательно, тем меньше растворимость.

Вещества-электролиты при растворении в воде распадаются на заряженные частицы — ионы. Обратное явление — моляризация, или ассоциация. Образование ионов объясняет теория электролитической диссоциации (Аррениус, 1887). На механизм распада химических соединений при расплавлении и растворении влияют особенности типов химических связей, строение и характер растворителя.

Электролиты и непроводники

В растворах и расплавах происходит разрушение кристаллических решеток и молекул — электролитическая диссоциация (ЭД). Распад веществ сопровождается образованием ионов, появлением такого свойства, как электропроводность. Не каждое соединение способно диссоциировать, а только вещества, которые изначально состоят из ионов либо сильно полярных частиц. Присутствием свободных ионов объясняется свойство электролитов проводить ток. Обладают такой способностью основания, соли, многие неорганические и некоторые органические кислоты. Непроводники состоят из малополярных или неполяризованных молекул. Они не распадаются на ионы, являясь неэлектролитами (многие органические соединения). Переносчики зарядов — положительные и отрицательные ионы (катионы и анионы).

Роль С. Аррениуса и других химиков в изучении диссоциации

Теория электролитической диссоциации обоснована в 1887 году ученым из Швеции С. Аррениусом. Но первые обширные исследования свойств растворов были проведены еще русским ученым М. Ломоносовым. Внесли вклад в изучение заряженных частиц, возникающих при растворении веществ, Т. Гротгус и М. Фарадей, Р. Ленц. Аррениус доказал, что электролитами являются многие неорганические и некоторые органические соединения. Шведский ученый объяснил электропроводность растворов распадом вещества на ионы. Теория электролитической диссоциации Аррениуса не придавала значения непосредственному участию молекул воды в этом процессе. Русские ученые Менделеев, Каблуков, Коновалов и другие считали, что происходит сольватация — взаимодействие растворителя и растворенного вещества. Когда идет речь о водных системах, то применяется название «гидратация». Это сложный физико-химический процесс, о чем свидетельствует образование гидратов, тепловые явления, изменение цвета вещества и появление осадка.

Основные положения теории электролитической диссоциации (ТЭД)

Многие ученые работали над уточнением теории С. Аррениуса. Потребовалось ее усовершенствование с учетом современных данных о строении атома, химической связи. Сформулированы основные положения ТЭД, отличающиеся от классических тезисов конца XIX века:

Происходящие явления необходимо учитывать при составлении уравнений: применить специальный знак обратимого процесса, подсчитать отрицательные и положительные заряды: они в сумме должны совпадать.

Механизм ЭД ионных веществ

Современная теория электролитической диссоциации учитывает строение веществ-электролитов и растворителей. При растворении связи между разноименно заряженными частицами в ионных кристаллах разрушаются под воздействием полярных молекул воды. Они буквально «вытягивают» ионы из общей массы в раствор. Распад сопровождается образованием вокруг ионов сольватной (в воде — гидратной) оболочки. Кроме воды, повышенной диэлектрической проницаемостью обладают кетоны, низшие спирты. При диссоциации хлорида натрия на ионы Na + и Cl - регистрируется начальная стадия, которая сопровождается ориентацией диполей воды относительно поверхностных ионов в кристалле. На заключительном этапе гидратированные ионы освобождаются и диффундируют в жидкость.

Механизм ЭД соединений с ковалентной сильнополярной связью

Молекулы растворителя влияют на элементы кристаллического строения неионных веществ. Например, воздействие диполей воды на хлороводородную кислоту приводит к изменению типа связи в молекуле с ковалентной полярной на ионную. Вещество диссоциирует, в раствор поступают гидратированные ионы водорода и хлора. Этот пример доказывает важность тех процессов, которые возникают между частицами растворителя и растворенного соединения. Именно это взаимодействие приводит к образованию ионов электролита.

Теория электролитической диссоциации и основные классы неорганических соединений

В свете основных положений ТЭД кислотой можно назвать электролит, при распаде которого из положительных ионов можно обнаружить только протон Н + . Диссоциация основания сопровождается образованием или освобождением из кристаллической решетки только аниона ОН - и катиона металла. Нормальная соль при растворении дает положительный ион металла и отрицательный — остатка кислоты. Основная соль отличается наличием двух видов анионов: ОН-группы и кислотного остатка. В кислой соли из катионов присутствуют только водород и металл.

Сила электролитов

Для характеристики состояния вещества в растворе используется физическая величина — степень диссоциации (α). Находят ее значение из отношения количества распавшихся молекул к общему их числу в растворе. Глубину диссоциации определяют разные условия. Важны диэлектрические показатели растворителя, структура растворенного соединения. Обычно степень диссоциации понижается с ростом концентрации и увеличивается при повышении температуры. Зачастую степень диссоциации конкретного вещества выражают в долях от единицы.

Классификация электролитов

Теория электролитической диссоциации в конце XIX века не содержала положения о взаимодействии ионов в растворе. Несущественным казалось Аррениусу влияние молекул воды на распределение катионов и анионов. Представления Аррениуса о сильных и слабых электролитах были формальными. Исходя из классических положений, можно получить значение α = 0,75-0,95 для сильных электролитов. В экспериментах доказана необратимость их диссоциации (α →1). Практически полностью распадаются на ионы растворимые соли, серная и соляная кислоты, щелочи. Частично диссоциируют сернистая, азотистая, плавиковая, ортофосфорная кислоты. Слабыми электролитами считаются кремниевая, уксусная, сероводородная и угольная кислоты, гидроксид аммония, нерастворимые основания. Воду также относят к слабым электролитам. Диссоциирует небольшая часть молекул Н 2 О, одновременно происходит моляризация ионов.

Рассмотрим основные положения теории электролитической диссоциации.

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

Ионы находятся в более устойчивых электронных состояниях, чем атомы. Они могут состоять из одного атома – это простые ионы (Na + , Mg 2+ , Аl 3+ и т.д.) – или из нескольких атомов – это сложные ионы (NО 3 - , SO 2- 4 , РО З- 4 и т.д.).

Причиной диссоциации электролита в водном растворе является его гидратация, т.е. взаимодействие электролита с молекулами воды и разрыв химической связи в нем.

Под действием электрического тока положительно заряженные ионы движутся к отрицательному полюсу источника тока – катоду, поэтому их называют катионами, а отрицательно заряженные ионы движутся к положительному полюсу источника тока – аноду, поэтому их называют анионами.

Направленное движение ионов происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами.

4. Электролитическая диссоциация – процесс обратимый для слабых электролитов. Наряду с процессом диссоциации (распад электролита на ионы) протекает и обратный процесс – ассоциация (соединение ионов). Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости, например:

HNO 2 ↔ H + + NO 2-

Механизм электролитической диссоциации.

Электролитическая ионизация обусловлена взаимодействием полярных молекул растворителя с частицами растворенного вещества. Упрощенно, без учета H-связей в воде, этапы электролитической диссоциации представлены на рис. 3.1.

Рисунок 3.1

Этапы электролитической ионизации полярных молекул (а)

и ионных кристаллов (б)

1 - сольватация; 2 - ионизация; 3 - диссоциация.

Подготовительным этапом электролитической диссоциации является сольватация вещества (этап 1). Далее полярные молекулы (например, HCl) поляризуются в силовом поле окружающих их диполей растворителя, и вследствие сильного смещения связывающих электронов связь становится ионной. Происходит ионизация молекулы (этап 2), а затем гетеролитическая диссоциация связи с образованием гидратированных ионов:

HCl (г) + nH 2 O H + (H 2 O) x + Cl - (H 2 O) n-x .

Сольватация вещества наблюдается и при растворении преимущественно ионных кристаллов (например, NaCl) в воде. Взаимодействие с полярными молекулами растворителя способствует ослаблению связей в кристалле и обеспечивает возможность перехода ионов Na и Cl в раствор с образованием гидратированных ионов:

NaCl + nH 2 O Na + (H 2 O) x + Cl - (H 2 O) n-x .

Количество молекул в сольватной оболочке меняется в зависимости от природы иона, температуры и концентрации раствора. Поэтому формулой невозможно точно передать состав сольвата, т.к. он может быть, например, Na + (H 2 O) 6 , Na + (H 2 O) 23 и др.

Основные понятия электролитической диссоциации.

По способности вещества распадаться или не распадаться в расплаве или растворе на ионы различают, соответственно, электролиты и неэлектролиты .

Электролиты - это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток . К электролитам принадлежат большинство солей и гидроксиды.

Неэлектролиты - это сложные вещества, которые не распадаются на ионы и вследствие чего их растворы и расплавы не проводят электрический ток . К неэлектролитам относят большую часть органических соединений, например, бензол, глюкозу, крахмал (важнейшие исключения: органические кислоты и оранические основания).

К сильным электролитам условно относят вещества, кажущаяся степень диссоциации которых в растворе превышает 30% (ά > 0,3). При ά < 3% (ά < 0,03) электролиты считают слабыми, в других случаях о них говорят как об электролитах средней силы.

Силу электролитов количественно характеризуют степенью диссоциации. Степень диссоциации ( ά) - это отношение числа распавшихся на ионы молекул (N дис.) к общему числу молекул растворенного вещества (N общ.) :

Степень диссоциации выражают в долях единицы или в процентах. Поскольку общее число молекул вещества в растворе пропорционально количеству его вещества и его молярной концентрации, то можно записать:

где n дис. и c дис. - соответственно, количество и молярная концентрация растворенного вещества, подвергшегося электролитической диссоциации;

n общ. и c общ. - количество и молярная концентрация вещества в растворе в момент его приготовления.

Электролиты, у которых ά = 1, относят к сильным, у слабых электролитов ά < 1 .

Степень диссоциации обычно определяют по данным измерения электропроводности растворов, которая прямо пропорциональна концентрации свободно движущихся ионов. При этом получают не истинные ά , а кажущиеся значения. Они всегда меньше истинных значений ά , т.к. ионы при движении к электродам сталкиваются и частично уменьшают свою подвижность, особенно при высокой их концентрации в растворе, когда возникает электростатическое притяжение между ионами. Например, истинное значение степени электролитической диссоциации HCl в разбавленном растворе равно 1, в 1 М растворе ά = 0,78 (78%) при 18 0 С, однако, в этом растворе не содержится 22% недиссоциированных молекул HCl, практически все молекулы диссоциированы.

Электролиты, которые в разбавленном водном растворе диссоциируют практически полностью, называют сильными электролитами .

К сильным электролитам в водных растворах принадлежат почти все соли, многие неорганические кислоты (H 2 SO 4 , HNO 3 , HClO 4 , галогеноводородные, кроме HF и др.), гидроксиды s-элементов (исключение - Be(OH) 2 и Mg(OH) 2). Кажущиеся значения a этих электролитов находятся в пределах от 70 до 100%.

Диссоциация сильных электролитов - это практически необратимый процесс :

HCl → H + + Cl - или HCl = H + + Cl -

Электролиты, которые в разбавленном водном растворе диссоциируют частично, называют слабыми. Диссоциация слабых электролитов - обратимый процесс , например:

Степень электролитической диссоциации зависит от:

природы электролита и растворителя;
концентрации раствора;
температуры

и возрастает при увеличении разбавления раствора . Степень диссоциации возрастает при увеличении температуры раствора. Если в растворе слабой кислоты или слабого основания увеличить концентрацию одноименного иона введением соответствующей соли, то наблюдается резкое изменение степени диссоциации слабого электролита. Рассмотрим, например, как изменится ά уксусной кислоты (CH 3 COOH) при введении в раствор ацетата натрия (введение одноименных ионов CH 3 COO -).

Согласно принципу Ле Шателье равновесие процесса диссоциации

сместится влево в результате увеличения концентрации ацетат-ионов CH 3 COO - , образующихся при диссоциации ацетата натрия:

CH 3 COONa → CH 3 COO - + Na + .

Такое смещение равновесия в сторону молизации CH 3 COOH означает уменьшение степени ее диссоциации и приводит к уменьшению концентрации ионов водорода.