Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Сильные и слабые электролиты





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Электрическая проводимость растворов известна с XVIII в., но долгое время никто не предполагал, что в растворах имеются свободные электрически заряженные частицы. Теорию электролитической диссоциации веществ выдвинул и обосновал С. Аррени-

1 Формально Н+ и p+- это одна и та же частица. В химии обозначение р* применяется для протона как изолированной частицы. Протон в растворе, связанный с водой, обозначается Н+.

ус (1887). Большинство современных ему ученых сначала категорически отвергали существование свободных ионов. Интересно, что важнейшим аргументом, доказывающим реальность ионов в растворах, служит не сам факт электрической проводимости, а характер зависимости проводимости от концентрации электролита. Есть два типа электролитов - сильные и слабые (табл. 6.4). У первых удельная электрическая проводимость возрастает приблизительно пропорционально концентрации раствора, а у вторых - пропорционально квадратному корню из концентрации. Это означает смещение равновесия в направлении соединения ионов в молекулы, и именно этим подтверждается реальность ионов.

Диссоциацией называются процессы, приводящие к увеличению числа частиц. Распад молекул на ионы в растворе называется электролитической диссоциацией. Однако ионы образуются не только как продукт диссоциации молекул, но и при растворении в воде веществ с ионными структурами, а также при переносе заряженной частицы от одной молекулы к другой (см. выше). Поэтому в химии используется еще понятиеионизация.

Ионизация - это любой процесс образования свободных ионов.

Независимо от действительного механизма образования ионов в различных растворах процесс принято записывать в виде реакции диссоциации:

задание 6.17. Последняя реакция представляет собой упрощенную запись ионизации серной кислоты в водном растворе. Напишите две последовательные реакции переноса протона от молекул серной кислоты к воде.

Сильные электролиты ионизируются практически полностью. Можно считать (в первом приближении), что в их растворах отсутствует равновесие между

молекулами и ионами и поэтому степень диссоциации a=1 (100%).

Степенью диссоциации (ионизации) а называется отношение числа структурных единиц вещества, образовавших ионы, к общему числу структурных единиц

Степень диссоциации может быть определена также через количество вещества и концентрацию. Делая подстановку N = nNA, получаем

Количество вещества также можно выразить как п = cV. Тогда получаем:

Большинство сильных электролитов - это соли и гидроксиды металлов с ионными кристаллическими структурами. Отсюда понятно, что они и в растворах находятся в виде ионов. Кислоты в индивидуальном состоянии состоят из молекул, и большинство из них

оказываются слабыми электролитами. Много электролитов имеется среди комплексных соединений.

Как электролитическая диссоциация молекул, так и растворение ионных веществ протекает с затратой энергии на увеличение расстояний между электрическими зарядами разного знака. Это процессы эндотермические, возможные только при участии растворителя - среды, окружающей молекулы и ионы растворенных веществ. Из всех растворителей вода в наибольшей мере способствует ионизации. Каждый ион в растворе окружен гидратной (водной) оболочкой. Катионы непосредственно взаимодействуют с отрицательно заряженными атомами кислорода воды, а анионы - с положительно заряженными атомами водорода (рис. 6.6). В растворах сильных электролитов лишь небольшая часть имеющихся ионов соединяется между собой, образуя ионные пары. Серьезным препятствием к соединению катионов и анионов в незаряженные частицы является также уменьшение силы притяжения электрических зарядов в среде растворителя. Вода имеет диэлектрическую постоянную е = 81, и во столько же раз она уменьшает силу притяжения ионов.

Слабые электролиты принципиально отличаются от сильных наличием в растворе равновесия между молекулами и ионами. У них степень диссоциации меньше 1. Наиболее обычные слабые электролиты - кислоты и основания:

Рис. 6.6. Гидратация ионов в растворе: а - катион; б - анион; в - ионная пара

задание 6.18. Напишите для уксусной кислоты вместо условной реакции диссоциации реакцию переноса протона.

Равновесия ионизации слабых электролитов подчиняются закону действующих масс. При уменьшении концентрации электролита степень диссоциации увеличивается, так как равновесие смещается в сторону образования большего числа частиц, в данном случае являющихся ионами. Электролитическая диссоциация подобна газовой реакции, идущей с увеличением числа частиц. При уменьшении давления, а следовательно, и концентрации газа (с = p/(RT)) равновесие такой реакции смещается вправо.

задание 6.19. Как изменяется степень диссоциации слабого электролита при изменении температуры?

Равновесие ионизации смещается при наличии в растворе сильного электролита, один из ионов которого одинаков с ионом слабого электролита.

пример 6.15. Пусть уксусная кислота растворена в воде и в растворах хлороводорода и ацетата натрия, как показано на рис. 6.7. В каком растворе степень диссоциации уксусной кислоты наибольшая при прочих равных условиях?

решение.Сильные электролиты НС1 и CH3COONa дают большое число ионов Н+ и СН3СОО", одинаковых (одноименных) с ионами уксусной кислоты. Поэтому в растворах

Рис. 6.7. Диссоциация уксусной кислоты в присутствии электролитов с одноименными ионами

бив равновесие диссоциации уксусной кислоты смещено влево по сравнению с раствором а. В нем степень диссоциации наибольшая.

Степень диссоциации слабого электролита зависит от концентрации. В этом ее недостаток в качестве характеристики свойств электролита. Величиной, не зависящей от концентрации, является константа диссоциации Кд. Это разновидность константы равновесия, относящаяся к процессам диссоциации и ионизации. Константы диссоциации слабых электролитов находят в справочных таблицах. Рассмотрим диссоциацию одной из слабых кислот - фтороводорода:

Подставляя обозначения равновесных концентраций, написанные под уравнением реакции, получим

Уравнение (6.16) называют законом разведения Оствальда (разведение - обратная величина концентрации). Оно связывает константу диссоциации, выражающую свойства вещества как электролита, с концентрацией и степенью диссоциации. Для упрощения расчетов при степени диссоциации а < 0,1 (Ю'М)) считают, что величиной а в знаменателе можно пренебречь, тогда

Из рассмотрения уравнения (6.16) становится понятным, почему электрическая проводимость слабых электролитов обратно пропорциональна квадратному корню из концентрации: такова зависимость а от с0.

пример 6.16. Рассчитайте степень диссоциации и концентрацию ионов водорода в растворе фтороводорода с концентрацией 0,1 моль/л. Константа диссоциации

решение. Из уравнения диссоциации слабой кислоты (см. выше) следует, что Применяем уравнение (6.17):

Мы знаем, что кислоты бывают одноосновные и многоосновные. Слабые многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. После диссоциации первого иона Н+ образуется анион кислой соли, который тоже диссоциирует, и т. д. На каждой следующей стадии степень диссоциации уменьшается, так как перенос протонов идет сначала от молекул, а потом от анионов с увеличивающимся отрицательным зарядом:

Наибольшее число ионов водорода образуется на первой стадии диссоциации кислоты, а добавочное число Н+, появляющихся на последующих стадиях, можно не учитывать.

задание 6.20. Кислые анионы многоосновных кислот диссоциируют и тоже являются кислотами. Расположите частицы по убыванию их кислотных свойств.

ПРИМЕР 6.17.В каком растворе степень диссоциации больше при прочих равных условиях: а) в растворе фосфорной кислоты; б) в растворе дигидрофосфата калия?

РЕШЕНИЕ.Эти вещества по-разному диссоциируют на первой стадии:

Вторая стадия диссоциации одна и та же:

В растворе фосфорной кислоты ионы водорода, образовавшиеся на первой стадии диссоциации, смещают влево равновесие на второй стадии. Поэтому а2 в растворе однозамещенной соли больше, чем в растворе фосфорной кислоты.

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.