Электролитическая диссоциация

Дата выдачи 28.03       Дата выполнения 4 апреля

При выполнении работы выполняем требования:

Записываем тему занятия, указываем число.

Указываем фамилию и имя студента.

Выполняем задания, не переписывая их формулировки.

Домашнее задание.

Записать определение электролит и неэлектролит, привести примеры.

Записать определение ион, катион, анион.

Назовите причину проводимости электрического тока растворами.

Записать определение электролитической диссоциации. Записать основные положения теории электролитической диссоциации

Лекция

Электролитическая диссоциация

Понятие электролитов впервые ввел М. Фарадей в первой половине XIX века. Согласно его определению:

Электролитами называют вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток. К ним относят кислоты, соли, основания

Неэлектролиты — называют вещества, растворы или расплавы которых не проводят электрический ток. К ним относятся: кислород, водород, многие органические вещества (сахара, эфиры, бензол и др.). В молекулах этих веществ существуют ковалентные неполярные или малополярные связи.

Опустим в стакан с водой графитовые стержни, присоединенные к источнику тока и связанные цепью с электрической лампой. При включении рубильника никаких видимых изменений не происходит. Это означает, что вода не проводит электрический ток, то есть не является электролитом. Внесем в стакан с водой поваренную соль – хлорид натрия, NaCl. Лампа ярко вспыхивает. Наличие проводимости свидетельствует о появлении в растворе заряженных частиц. Направленное движение частиц наблюдается также в расплавах солей (например, электролиз расплава хлорида натрия позволяет получать металлический натрий, выделяющийся на катоде и газообразный хлор на аноде).

Атомы и группы атомов, несущие электрический заряд, называют ионами. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные ионы - анионами.

Проведя дополнительный опыт, можно убедиться, что сухая поваренная соль не проводит электрический ток. Таким образом, можно сделать вывод, что свободные ионы появляются в расплаве и при растворении соли в воде.

Рассмотрим на атомарном уровне, что происходит с кристаллом поваренной соли при попадании его в воду. Соль – вещество с ионной кристаллической решеткой, в узлах которой расположены катионы натрия и анионы хлора. Они удерживаются друг около друга благодаря силам электростатического притяжения.

Молекула воды представляет собой диполь, так как на атомах водорода локализованы частичные положительные заряды, на на атоме кислорода – отрицательный.

В молекуле воды атомные орбитали кислорода находятся в sp3-гибридизации (то есть имеет форму тетраэдра), причем две недостающие орбитали из четырех образованы двумя парами электронов (электронная конфигурация внешнего уровня кислорода 2s22p4). Поэтому между связями в молекуле воды угол составляет примерно 104 градуса, то есть молекула имеет не линейную, а угловую форму. Благодаря этому молекула воды является диполем, и ее дипольный момент не равен нулю.

Для объяснения свойств водных растворов электролитов С. Аррениус в 1887 году предложил теорию электролитической диссоциации. Эта теория объясняла, почему растворы некоторых веществ проводят электрический ток, но не отвечала на вопрос, почему одни вещества являются электролитами, а другие - нет. Более подробно особенности поведения веществ в растворах описал Д.И. Менделеев, который экспериментально доказал, что при растворении электролитов происходит химическое взаимодействие между молекулами растворенного вещества и молекулами растворителя. Сущность процесса электролитической диссоциации было объяснено на основании природы химической ионной связи.

Согласно теории Д.И. Менделеева, электролитическая диссоциация молекул электролитов протекает в три стадии. Рассмотрим эти стадии на примере поваренной соли NaCl.

1. При попадании в воду, молекулы воды окружают кристаллы поваренной соли, притягиваясь к катионам натрия своими отрицательно заряженными концами, а к анионам хлора - положительно заряженными. Эта стадия называется ассоциация.

2. За счет электростатического взаимодействия, молекулы воды "растаскивают" молекулу электролита, связь между ионами в кристалле ослабевает и разрывается, то есть происходит непосредственно диссоциация (распад) молекул.

3. Диполи воды полностью окружают образовавшиеся при распаде ионы, катионы и анионы, образуя гидратную оболочку. Гидратированные ионы переходят в раствор.

В неводных растворах в качестве диполей может выступать не вода, а другой полярный растворитель, например, этанол. В таком случае ионы окружены молекулами растворителя (образуют сольватную оболочку) и называются сольватированными.

Ионы в водном растворе окружены молекулами воды, то есть имеют гидратную оболочку, и называются гидратированными.

Таким образом, описанный выше процесс можно описать уравнением:

NaCl(aq)→Na(aq)++Cl(aq)−

где Na(aq)+,Cl(aq)− - гидратированные ионы,т.е. ионы, окруженные молекулами воды.

В большинстве случаев этот процесс записывают упрощенно, не указывая гидратированное состояние ионов:

NaCl(aq)→Na++Cl−

Определение

Процесс распада вещества на ионы при растворении в воде или расплавлении называют электролитической диссоциацией.

Электролитическая диссоциация состоит из двух одновременно протекающих обратных процессов: из диссоциации (распад молекул на ионы) и ассоциации (процесс образования молекул из ионов). Поэтому в уравнении электролитической диссоциации всегда ставят знак ↔.

В водных растворах диссоциации подвержены кислоты, сильные основания и растворимые соли:

HCl↔H++Cl–

 

NaOH↔Na++OH−

 

Al2(SO4)3↔2Al3++3SO42–

При диссоциации происходит резкое увеличение числа частиц в растворе – это отличает растворы электролитов от растворов неэлектролитов. Именно поэтому растворы солей замерзают при более низкой температуре, чем растворы неэлектролитов.

Особенно сильно гидратирован ион водорода H+. Он находится в водных растворах в виде иона гидроксония H3O+ или более сложных ионов.