толық диссоциация. Электрлік диссоциация теориясы. Электролиттік диссоциациялану дәрежесі
Барлық заттарды ерітіндіде немесе балқыған күйде электр тогын өткізу қабілетіне қарай екі топқа бөлуге болады: электролиттер және бейэлектролиттер.
ЭлектролиттерЕрітінділері немесе балқымалары электр тогын өткізетін заттар заттар деп аталады. Электролиттерге қышқылдар, негіздер және тұздар жатады.
Бейэлектролиттерерітінділері немесе балқымалары электр тогын өткізбейтін заттар деп аталады. Мысалы, көптеген органикалық заттар.
Электролиттердің (екінші текті өткізгіштердің) электр тогын өткізу қабілеті металдардың (бірінші текті өткізгіштердің) электр өткізгіштігінен түбегейлі ерекшеленеді: металдардың электр өткізгіштігі электрондардың қозғалысына, ал электр өткізгіштігінің электролиттер иондардың қозғалысымен байланысты.
Қышқылдардың, негіздердің және тұздардың ерітінділерінде тәжірибеде p, tcrys., tboil, po мәндері табылғандығы анықталды. менбір рет ( мен- изотониялық коэффициент). Сонымен қатар, NaCl ерітіндісіндегі бөлшектердің саны шамамен 2 есе, ал CaCl2 ерітіндісінде - 3 есе өсті.
Электролиттердің әрекетін түсіндіру үшін швед ғалымы С.Аррениус 1887 ж. электролиттік диссоциация теориялары. Теорияның мәні мынада:
- 1. Суда еріген кезде электролиттер зарядталған бөлшектерге (иондарға) – оң зарядталған катиондарға (Na+, K+, Ca2+, H+) және теріс зарядты аниондарға (Cl-, SO42-, CO32-, OH) ыдырайды (диссоциацияланады). -). Иондардың қасиеттері оларды түзген атомдардың қасиеттерінен мүлде басқаша. Еріткішпен химиялық әрекеттесу нәтижесінде бейтарап заттың иондарға ыдырауы деп аталады электролиттік диссоциация.
- 2. Электр тогының әсерінен иондар бағытталған қозғалысқа ие болады: катиондар теріс зарядталған электродқа (катодқа), аниондар оң зарядталған электродқа (анод) қарай жылжиды.
- 3. Диссоциация – қайтымды және тепе-теңдік процесс. Бұл молекулалардың иондарға ыдырауымен (диссоциация) параллельді түрде иондардың молекулаларға (ассоциациялану) қосылу процесі жүреді: КА К+ + А-.
- 4. Ерітіндіде иондар гидратталған күйде болады.
Электролиттік диссоциацияны сандық бағалау үшін тұжырымдама қолданылады электролиттік диссоциациялану дәрежесі() иондарға ыдырайтын молекулалар санының еріген молекулалардың жалпы санына қатынасы. Диссоциациялану дәрежесі анықталады эмпирикалық түрдежәне бөлшек немесе пайыз түрінде көрсетіледі. Электролиттік диссоциациялану дәрежесі еріткіш пен еріген заттың табиғатына, ерітіндінің температурасы мен концентрациясына байланысты:
- 1. Еріткіш неғұрлым полярлы болса, ондағы электролиттің диссоциациялану дәрежесі соғұрлым жоғары болады.
- 2. Иондық және коваленттік полярлық байланыстары бар заттар диссоциацияға ұшырайды.
- 3. Температураның жоғарылауы әлсіз электролиттердің диссоциациясын арттырады.
- 4. Электролит концентрациясының төмендеуімен (сұйылту кезінде) диссоциациялану дәрежесі артады.
Диссоциациялану дәрежесінің шамасына қарай шартты түрде электролиттер (олардың ерітінділерінің концентрациясы 0,1 М) бөлінеді:
Диссоциация кезінде түзілетін иондардың түріне қарай барлық электролиттер қышқылдарға, негіздерге, тұздарға бөлінеді.
қышқылдар- тек Н+ катиондарының және қышқыл қалдығының түзілуімен диссоциацияланатын электролиттер (Cl- - хлорид, NO3- - нитрат, SO42- - сульфат, HCO3 бикарбонат, CO32 карбонат). Мысалы: Hcl H++Cl-, H2SO4 2H++SO42-.
Қышқыл ерітінділерінде сутегі ионының, дәлірек айтқанда гидратталған H3O+ ионының болуы қышқылдардың жалпы қасиеттерін анықтайды (қышқыл дәмі, индикаторларға әсері, сілтілермен әрекеттесуі, сутегінің бөлінуімен металдармен әрекеттесуі және т.б.).
Көп негізді қышқылдарда диссоциация қадамдармен жүреді және әрбір саты өзінің диссоциациялану дәрежесімен сипатталады. Сонымен, фосфор қышқылы үш сатыда диссоциацияланады:
|
I кезең |
H3PO4 H+ + H2PO4- |
|
|
II кезең |
H2PO4- H+ + HPO42- |
|
|
III кезең |
HRO42- H+ + PO43- |
Және 3<2<1, т.е. распад электролита на ионы протекает, в основном, по первой ступени и в растворе ортофосфорной кислоты будут находиться преимущественно ионы Н+ и H2РO4-. Причины этого в том, что ионы водорода значительно сильнее притягиваются к трехзарядному иону РO43- и двухзарядному иону HРO42-, чем к однозарядному H2РO4-. Кроме того, на 2-ой и 3-ей ступенях имеет место смещение равновесия в сторону исходной формы по принципу Ле-Шателье за счет накапливающихся ионов водорода.
Негіздер- анион ретінде тек гидроксид иондарының (ОН-) түзілуімен диссоциацияланатын электролиттер. OH- бөлінгеннен кейін катиондар қалады: Na +, Ca2 +, NH4 +. Мысалы: NaOH Na + + OH-, Ca (OH) 2 Ca2 + + 2 OH-.
Негіздердің жалпы қасиеттері (ұстағанда сабындылығы, индикаторға әсері, қышқылдармен әрекеттесу және т.б.) негіздік ерітінділерде ОН- гидроксо топтарының болуымен анықталады.
Полиқышқылды негіздер үшін сатылы диссоциация тән:
|
I кезең |
Ba(OH)2 Ba(OH)+ + OH- |
|
II кезең |
Ba(OH)+ Ba2+ + OH- |
Амфотерлі гидроксидтердің диссоциациясы негіз ретінде де, қышқыл ретінде де жүреді. Осылайша, мырыш гидроксидінің диссоциациясы келесі бағытта жүруі мүмкін (бұл жағдайда тепе-теңдік Ле Шателье принципі бойынша ортаға байланысты ығысады):
тұз- Бұл металл катиондарына (немесе оны алмастыратын топтарға) және қышқыл қалдығының аниондарына диссоциацияланатын электролиттер.
Орташа тұздар толық диссоциацияланады: CuSO4 Cu2+ + SO42-. Орташа тұздардан айырмашылығы, қышқылдық және негіздік тұздар кезең-кезеңімен диссоциацияланады:
|
I кезең |
NaНСО3 Na+ + НСО3- |
Cu(OH)Cl Cu(OH)+ + Cl- |
|
II кезең |
HCO3- H+ + CO32- |
Cu(OH)+ Cu2+ + OH-, |
оның үстіне екінші сатыдағы тұздардың диссоциациялану дәрежесі өте аз.
Электролит ерітінділеріндегі алмасу реакцияларыиондар арасындағы реакциялар. Электролиттік ерітінділерде алмасу реакцияларының пайда болуының қажетті шарты әлсіз диссоциацияланатын қосылыстардың немесе ерітіндіден тұнба немесе газ түрінде бөлінетін қосылыстардың түзілуі болып табылады.
Реакция теңдеулерін иондық-молекулалық түрде жазғанда әлсіз диссоциацияланатын, газ тәрізді және аз еритін қосылыстар түрінде жазылады. молекулалар, және еритін күшті электролиттер - түрінде иондары.Иондық теңдеулерді жазғанда қышқылдардың, негіздердің және тұздардың судағы ерігіштік кестесін міндетті түрде орындаңыз (Қосымша А).
Мысалдар арқылы иондық теңдеулерді жазу техникасын қарастырыңыз.
1-мысал.Реакция теңдеуін ион-молекулалық түрде жазыңыз:
BaCl2 + K2SO4 = BaSO4 + 2KCl
Шешуі: Тұздар күшті электролиттер және иондарға толығымен дерлік диссоциацияланады. BaSO4 іс жүзінде ерімейтін қосылыс болғандықтан (А қосымшасын қараңыз), барий сульфатының негізгі бөлігі диссоциацияланбаған күйде болады, сондықтан біз бұл затты молекулалар түрінде, ал қалған еритін тұздарды келесі формада жазамыз. иондар формасы:
Ba2+ + 2Cl- + 2K+ + SO42- = BaSO4 + 2K+ + 2Cl-
Алынған толық ион-молекулалық теңдеуден көрініп тұрғандай, K+ және Cl- иондары өзара әрекеттеспейді, сондықтан оларды алып тастасақ, қысқаша ион-молекулалық теңдеу аламыз:
Ba2+ + SO42- = BaSO4,
Көрсеткі алынған заттың тұнбаға түсетінін көрсетеді.
Иондық теңдеулер электролиттер арасындағы ерітінділерде болатын кез келген реакцияларды көрсете алады. Сонымен қатар, кез келген химиялық реакцияның мәні қысқа ион-молекулалық теңдеу арқылы дәл көрсетіледі. Ион-молекулалық теңдеу негізінде молекулалық теңдеуді оңай жазуға болады.
2-мысал.Молекулалық теңдеуді келесі ион-молекулалық теңдеумен сәйкестендіріңіз: 2H+ + S2- = H2S.
Шешуі: Сутегі иондары кез келген күшті қышқылдың диссоциациясы кезінде түзіледі, мысалы, HCl. Қысқа иондық теңдеудегі сутегі иондарына екі хлорид ионын қосу керек. Сульфид иондарына катиондарды (мысалы, 2К+) қосып, еритін, жақсы диссоциацияланатын электролит түзу керек. Содан кейін сол иондарды оң жаққа жазу керек. Сонда толық ион-молекулалық және молекулалық теңдеулер келесідей болады:
- 2H+ + 2Cl- + 2K+ + S2- = H2S + 2K+ + 2Cl-
- 2 HCl + K2S = H2S + 2 KCl-
USE кодификаторының тақырыптары:Су ерітінділеріндегі электролиттердің электролиттік диссоциациясы. Күшті және әлсіз электролиттер.
– Бұл ерітінділері мен балқымалары электр тогын өткізетін заттар.
Электр тогы – электр өрісінің әсерінен зарядталған бөлшектердің реттелген қозғалысы. Осылайша, ерітінділерде немесе электролиттердің балқымаларында зарядталған бөлшектер болады. Электролиттік ерітінділерде, әдетте, электр өткізгіштік иондардың болуына байланысты.
Жүнісзарядталған бөлшектер (атомдар немесе атомдар топтары). Оң зарядталған иондарды бөліңіз катиондар) және теріс зарядталған иондар ( аниондар).
Электролиттік диссоциация - Бұл электролиттің еруі немесе балқуы кезінде оның иондарға ыдырау процесі.
Бөлек заттар - электролиттержәне электролиттер емес. TO электролиттер емескүшті ковалентті полярлы емес байланысы бар заттар (қарапайым заттар), барлық оксидтер (химиялық емессумен әрекеттеседі), органикалық заттардың көпшілігі (полярлы қосылыстар – карбон қышқылдары, олардың тұздары, фенолдардан басқа) альдегидтер, кетондар, көмірсутектер, көмірсулар.
TO электролиттер ковалентті полярлық байланысы бар кейбір заттар мен иондық кристалдық торы бар заттар жатады.
Электролиттік диссоциация процесінің мәні неде?
Пробиркаға бірнеше натрий хлоридінің кристалдарын салып, су қосыңыз. Біраз уақыттан кейін кристалдар ериді. Не болды?
Натрий хлориді – иондық кристалдық торы бар зат. NaCl кристалы Na+ иондарынан тұрадыжәне Cl- . Суда бұл кристал құрылымдық бірліктерге – иондарға ыдырайды. Бұл жағдайда иондық химиялық байланыстар және су молекулалары арасындағы кейбір сутектік байланыстар үзіледі. Суға түсетін Na + және Cl - иондары су молекулаларымен әрекеттеседі. Хлор иондары жағдайында дипольді (полярлы) су молекулаларының хлор анионына электростатикалық тартылуы туралы айтуға болады, ал натрий катиондары жағдайында ол өзінің табиғаты бойынша донор-акцепторға жақындайды (электрондық жұп болған кезде). оттегі атомы натрий ионының бос орбитальдарында орналасады). Су молекулаларымен қоршалған иондар жабылғанылғалдандыратын қабық.
Натрий хлоридінің диссоциациялануы мына теңдеумен сипатталады:
NaCl \u003d Na + + Cl -
Коваленттік полюсті байланысы бар қосылыстар суда еріген кезде полярлы молекуланы қоршап тұрған су молекулалары алдымен ондағы байланысты созып, оның полярлығын жоғарылатады, содан кейін оны гидратталған және ерітіндіде біркелкі таралатын иондарға ыдыратады. Мысалы, тұз қышқылы иондарға келесідей диссоциацияланады: HCl \u003d H + + Cl -.
Балқу кезінде кристалды қыздырғанда иондар кристалдық тордың түйіндерінде интенсивті тербеліс жасай бастайды, нәтижесінде ол ыдырайды, иондардан тұратын балқыма пайда болады.
Электролиттік диссоциация процесі зат молекулаларының диссоциациялану дәрежесімен сипатталады:
Диссоциациялану дәрежесі диссоциацияланған (ыдыраған) молекулалар санының электролит молекулаларының жалпы санына қатынасы болып табылады. Яғни, бастапқы заттың молекулаларының қандай үлесі ерітіндіде немесе балқымада иондарға ыдырайды.
α=N өнім /N ref, мұндағы:
N продис – диссоциацияланған молекулалар саны,
N ref – молекулалардың бастапқы саны.
Диссоциациялану дәрежесі бойынша электролиттер бөлінеді күштіжәне әлсіз.
Күшті электролиттер (α≈1):
1. Барлық еритін тұздар (оның ішінде органикалық қышқылдардың тұздары – калий ацетаты CH 3 COOK, натрий форматы HCOONa және т.б.)
2. Күшті қышқылдар: HCl, HI, HBr, HNO 3 , H 2 SO 4 (бірінші сатыда), HClO 4 және басқалары;
3. Сілтілер: NaOH, KOH, LiOH, RbOH, CsOH; Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 .
Күшті электролиттериондарға толығымен дерлік сулы ерітінділерде ыдырайды, бірақ тек ішінде. Ерітінділерде тіпті күшті электролиттер ішінара ғана ыдырай алады. Анау. күшті электролиттердің диссоциациялану дәрежесі α заттардың қанықпаған ерітінділері үшін шамамен 1-ге тең. Қаныққан немесе концентрлі ерітінділерде күшті электролиттердің диссоциациялану дәрежесі 1-ден аз немесе оған тең болуы мүмкін: α≤1.
Әлсіз электролиттер (α<1):
1. Әлсіз қышқылдар, соның ішінде. органикалық;
2. Ерімейтін негіздер және аммоний гидроксиді NH 4 OH;
3. Ерімейтін және кейбір аз еритін тұздар (ерігіштігіне байланысты).
Бейэлектролиттер:
1. Сумен әрекеттеспейтін оксидтер (сумен әрекеттесетін оксидтер суда еріген кезде химиялық реакцияға түсіп, гидроксидтер түзеді);
2. Қарапайым заттар;
3. Әлсіз полярлы немесе полярсыз байланыстары бар органикалық заттардың көпшілігі (альдегидтер, кетондар, көмірсутектер және т.б.).
Заттар қалай диссоциацияланады? диссоциациялану дәрежесіне қарай күштіжәне әлсізэлектролиттер.
Күшті электролиттер толық диссоциацияланады (қаныққан ерітінділерде), бір қадамда барлық молекулалар қайтымсыз дерлік иондарға ыдырайды. Ерітіндідегі диссоциация кезінде тек тұрақты иондар түзілетінін ескеріңіз. Ең көп таралған иондарды ерігіштік кестесінде табуға болады - кез келген емтихандағы ресми парағы. Күшті электролиттердің диссоциациялану дәрежесі шамамен 1-ге тең. Мысалы, натрий фосфатының диссоциациясы кезінде Na+ және PO 4 3– иондары түзіледі:
Na 3 PO 4 → 3Na + + PO 4 3-
NH 4 Cr(SO 4) 2 → NH 4 + + Cr 3+ + 2SO 4 2–
Диссоциация әлсіз электролиттер : көп негізді қышқылдар және полиқышқылды негіздер кезеңді және қайтымды түрде жүреді. Анау. әлсіз электролиттердің диссоциациясы кезінде бастапқы бөлшектердің өте аз бөлігі ғана иондарға ыдырайды. Мысалы, көмір қышқылы:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -
HCO 3 – ↔ H + + CO 3 2–
Магний гидроксиді де 2 сатыда диссоциацияланады:
Mg (OH) 2 ⇄ Mg (OH) + OH -
Mg(OH) + ⇄ Mg 2+ + OH -
Қышқыл тұздары да диссоциацияланады қадамдық, алдымен иондық байланыстар үзіледі, содан кейін коваленттік полярлық байланыстар. Мысалы, калий сутегі карбонаты және магний гидроксохлориді:
KHCO 3 ⇄ K + + HCO 3 – (α=1)
HCO 3 – ⇄ H + + CO 3 2– (α< 1)
Mg(OH)Cl ⇄ MgOH + + Cl – (α=1)
MgOH + ⇄ Mg 2+ + OH - (α<< 1)
Әлсіз электролиттердің диссоциациялану дәрежесі 1-ден әлдеқайда аз: α<<1.
Электролиттік диссоциация теориясының негізгі ережелері осылайша:
1. Суда еріген кезде электролиттер иондарға диссоциацияланады (ыдырайды).
2. Судағы электролиттердің диссоциациялану себебі оның гидратациясы, т.б. су молекулаларымен әрекеттесу және ондағы химиялық байланыстың үзілуі.
3. Сыртқы электр өрісінің әсерінен оң зарядталған иондар оң зарядталған электродқа – катодқа қарай жылжиды, оларды катиондар деп атайды. Теріс зарядталған электрондар теріс электродқа – анодқа қарай жылжиды. Оларды аниондар деп атайды.
4. Электролиттік диссоциация әлсіз электролиттер үшін қайтымды, ал күшті электролиттер үшін іс жүзінде қайтымсыз болады.
5. Электролиттердің сыртқы жағдайларына, концентрациясына және электролит табиғатына байланысты әртүрлі дәрежеде иондарға диссоциациялануы мүмкін.
6. Иондардың химиялық қасиеттері қарапайым заттардың қасиеттерінен ерекшеленеді. Электролит ерітінділерінің химиялық қасиеттері диссоциация кезінде одан түзілетін иондардың қасиеттерімен анықталады.
Мысалдар.
1. 1 моль тұздың толық диссоциациялануы кезінде ерітіндідегі оң және теріс иондардың жалпы саны 3,4 моль болды. Тұз формуласы - а) K 2 S б) Ba (ClO 3) 2 в) NH 4 NO 3 г) Fe (NO 3) 3
Шешім: алдымен электролиттердің беріктігін анықтаймыз. Мұны ерігіштік кестесінен оңай жасауға болады. Жауаптарда берілген барлық тұздар ериді, яғни. күшті электролиттер. Әрі қарай электролиттік диссоциация теңдеулерін жазамыз және теңдеуді пайдалана отырып, әрбір ерітіндідегі иондардың максималды санын анықтаймыз:
а) K 2 S ⇄ 2K + + S 2– , 1 моль тұздың толық ыдырауымен 3 моль ион түзіледі, 3 мольден астам ион ешқандай жолмен жұмыс істемейді;
б) Ba(ClO 3) 2 ⇄ Ba 2+ + 2ClO 3 -, тағы да 1 моль тұздың ыдырауы кезінде 3 моль ион түзіледі, 3 моль артық ион ешқандай жолмен түзілмейді;
v) NH 4 NO 3 ⇄ NH 4 + + NO 3 -, 1 моль аммоний селитрасының ыдырауы кезінде мүмкіндігінше 2 моль ион түзіледі, 2 моль артық ион ешқандай жолмен түзілмейді;
G) Fe(NO 3) 3 ⇄ Fe 3+ + 3NO 3 -, 1 моль темір (III) нитраты толық ыдырағанда 4 моль ион түзіледі. Сондықтан 1 моль темір нитратының толық ыдырауы кезінде азырақ иондардың түзілуі мүмкін (қаныққан тұз ерітіндісінде толық емес ыдырау мүмкін). Сондықтан бізге 4-нұсқа сәйкес келеді.
Кейбір заттардың сулы ерітінділері электр тогын өткізгіштер болып табылады. Бұл заттар электролиттер ретінде жіктеледі. Электролиттер – қышқылдар, негіздер және тұздар, кейбір заттардың балқымалары.
АНЫҚТАУ
Электр тоғының әсерінен судағы ерітінділер мен балқымалардағы электролиттердің иондарға ыдырау процесі деп аталады. электролиттік диссоциация.
Кейбір заттардың судағы ерітінділері электр тогын өткізбейді. Мұндай заттарды бейэлектролиттер деп атайды. Оларға қант пен спирт сияқты көптеген органикалық қосылыстар жатады.
Электролиттік диссоциация теориясы
Электролиттік диссоциация теориясын швед ғалымы С.Аррениус (1887) тұжырымдаған. С.Аррениус теориясының негізгі ережелері:
- суда еріген кезде электролиттер оң және теріс зарядты иондарға ыдырайды (диссоциацияланады);
- электр тогының әсерінен оң зарядталған иондар катодқа (катиондар), ал теріс зарядталғандар анодқа (аниондар) қарай жылжиды;
— диссоциация – қайтымды процесс
KA ↔ K + + A −
Электролиттік диссоциацияның механизмі иондар мен су дипольдерінің арасындағы ионды-дипольдік әсерлесуден тұрады (1-сурет).
Күріш. 1. Натрий хлориді ерітіндісінің электролиттік диссоциациясы
Иондық байланысы бар заттар оңай диссоциацияланады. Сол сияқты диссоциация полярлық коваленттік байланыстың түріне сәйкес түзілген молекулаларда жүреді (әрекеттесу сипаты диполь-диполь).
Қышқылдардың, негіздердің, тұздардың диссоциациялануы
Қышқылдардың диссоциациялануы кезінде қышқылдардың қасиеттеріне (қышқыл дәм, индикаторлардың әсері, негіздермен әрекеттесу және т. .).
HNO 3 ↔ H + + NO 3 -
Негіздердің диссоциациялануы кезінде әрқашан негіздердің қасиеттеріне жауап беретін сутегі гидроксиді иондары (ОН -) түзіледі (индикаторлардың түсінің өзгеруі, қышқылдармен әрекеттесу және т.б.).
NaOH ↔ Na + + OH -
Тұздар электролиттер болып табылады, олардың диссоциациялануы кезінде металл катиондары (немесе аммоний катионы NH 4+) және қышқыл қалдықтарының аниондары түзіледі.
CaCl 2 ↔ Ca 2+ + 2Cl -
Көп негізді қышқылдар мен негіздер сатылы диссоциацияланады.
H 2 SO 4 ↔ H + + HSO 4 - (I кезең)
HSO 4 − ↔ H + + SO 4 2- (II кезең)
Ca (OH) 2 ↔ + + OH - (I кезең)
+ ↔ Ca 2+ + OH -
Диссоциациялану дәрежесі
Электролиттер арасында әлсіз және күшті ерітінділер бөлінеді. Бұл өлшемді сипаттау үшін диссоциация дәрежесінің түсінігі мен шамасы бар (). Диссоциациялану дәрежесі – иондарға диссоциацияланатын молекулалар санының молекулалардың жалпы санына қатынасы. жиі %-бен көрсетіледі.
Әлсіз электролиттерге децимолярлы ерітіндіде (0,1 моль/л) диссоциациялану дәрежесі 3%-дан аз болатын заттар жатады. Күшті электролиттерге децимолярлы ерітіндіде (0,1 моль/л) диссоциациялану дәрежесі 3%-дан жоғары болатын заттар жатады. Күшті электролиттердің ерітінділерінде диссоциацияланбаған молекулалар болмайды, ал ассоциация (ассоциация) процесі гидратталған иондар мен иондық жұптардың түзілуіне әкеледі.
Диссоциациялану дәрежесіне әсіресе еріткіштің табиғаты, еріген заттың табиғаты, температура әсер етеді (күшті электролиттер үшін температура жоғарылаған сайын диссоциациялану дәрежесі төмендейді, ал әлсіз электролиттер үшін температура диапазонында максимум арқылы өтеді. 60 o C), ерітінділердің концентрациясы, ерітіндіге аттас иондарды енгізу.
Амфотерлік электролиттер
Электролиттер бар, олар диссоциацияланған кезде H + және OH - иондарын түзеді. Мұндай электролиттер амфотерлі деп аталады, мысалы: Be (OH) 2, Zn (OH) 2, Sn (OH) 2, Al (OH) 3, Cr (OH) 3 және т.б.
H + +RO − ↔ ROH ↔ R + + OH −
Иондық реакция теңдеулері
Электролиттердің сулы ерітінділеріндегі реакциялар иондар арасындағы реакциялар – молекулалық, толық иондық және тотықсызданған иондық түрдегі иондық теңдеулерді пайдаланып жазылатын иондық реакциялар. Мысалы:
BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaCl (молекулалық түрі)
Ba 2++ 2 Cl − + 2 На+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ + 2 На + + 2 Cl− (толық иондық түрі)
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ (қысқартылған иондық түрі)
PH мәні
Су әлсіз электролит, сондықтан диссоциация процесі аздап жүреді.
H 2 O ↔ H + + OH -
Массаның әсер ету заңын кез келген тепе-теңдікке қолдануға болады және тепе-теңдік константасының өрнегін жазуға болады:
K = /
Сондықтан судың тепе-теңдік концентрациясы тұрақты шама болып табылады.
K = = КВт
Сулы ерітіндінің қышқылдығы (негіздігі) қарама-қарсы таңбамен алынған сутегі иондарының молярлық концентрациясының ондық логарифмімен ыңғайлы түрде өрнектеледі. Бұл мән рН мәні (рН) деп аталады.
Барлық заттар 2 үлкен топқа бөлінеді: электролиттержәне электролиттер емес.
Электролиттер ерітінділері немесе балқымалары электр тогын өткізетін заттар (металлдарды қоспағанда) деп аталады. Электролиттерге иондық немесе коваленттік полярлық байланыстар арқылы түзілетін қосылыстар жатады. Бұл күрделі заттар: тұздар, негіздер, қышқылдар, металл оксидтері (олар тек балқымаларда электр тогын өткізеді).
Бейэлектролиттер ерітінділері немесе балқымалары электр тогын өткізбейтін заттар деп аталады. Оларға төмен полярлы немесе полюссіз коваленттік байланыстар арқылы түзілетін қарапайым және күрделі заттар жатады.
Ерітінділер мен балқытылған электролиттердің қасиеттерін алғаш рет 19 ғасырдың аяғында швед ғалымы Сванте Аррениус түсіндірді. Ол арнайы жасады электролиттік диссоциация теориясы , оның негізгі ережелері басқа ғалымдармен өңделген және әзірленген, қазіргі уақытта келесідей тұжырымдалған.
1. Ерітінділердегі немесе балқымалардағы электролиттердің молекулалары (немесе формула бірліктері) оң және теріс зарядталған иондарға ыдырайды. Бұл процесс электролиттік диссоциация деп аталады. Оң иондардың зарядтарының жалпы сомасы теріс иондардың зарядтарының қосындысына тең, сондықтан ерітінділер немесе электролиттердің балқымалары тұтастай алғанда электрлік бейтарап болып қалады.Иондар сияқты болуы мүмкін қарапайым тек бір атомнан тұратын (Na +, Cu 2+, Cl -, S 2-), және кешен бірнеше элементтердің атомдарынан тұрады (SO 4 2–, PO 4 3–, NH 4 +, -).
Қарапайым иондар өздерінің физикалық, химиялық және физиологиялық қасиеттері бойынша олар түзілген бейтарап атомдардан айтарлықтай ерекшеленеді. Біріншіден, иондар бейтарап атомдарға қарағанда анағұрлым тұрақты бөлшектер болып табылады және қоршаған ортамен қайтымсыз әрекеттеспей, ерітінділерде немесе балқымаларда шексіз уақыт бойы бола алады.
Бір элементтің атомдары мен иондарының қасиеттерінің бұл айырмашылығы осы бөлшектердің әртүрлі электрондық құрылымымен түсіндіріледі.
Сонымен, s- және p-элементтердің қарапайым иондары бейтарап атомдарға қарағанда тұрақты күйде болады, өйткені олардың сыртқы қабатының толық электрондық конфигурациясы бар, мысалы:
Балқымалардағы электролиттердің иондарға ыдырауы жоғары температура әсерінен, ал ерітінділерде еріткіш молекулаларының әсерінен жүзеге асады.
Иондық қосылыстардың ерекшелігі олардың кристалдық торларының түйіндерінде дайын иондар болады және мұндай заттарды еріту процесінде еріткіштің (судың) дипольдері тек осы иондық торды жоя алады (18-сурет).
Полярлық коваленттік байланыстар арқылы түзілген заттар ерітіндіге жеке молекулалар түрінде түседі, олар H 2 O молекулалары сияқты диполь болып табылады, мысалы:
+ –
Бұл жағдайда Н 2 О дипольдері еріген электролит молекуласының айналасына дұрыс бағдарланып, ондағы коваленттік байланыстың әрі қарай поляризациясын, содан кейін оның соңғы гетеролитикалық үзілуін тудырады (29-сурет).
H – ClH + + Cl
Күріш. 29. Полярлы HCl молекуласының ерітіндісіндегі электролиттік диссоциацияның схемасы
Электролиттік диссоциация процесі заттардың еру процесімен бір мезгілде жүреді, сондықтан ерітінділерде барлық иондар гидратталған күйде болады (H2O молекулаларының қабықшаларымен қоршалған).
Дегенмен, қарапайымдылық үшін химиялық реакция теңдеуінде иондар оларды қоршаған гидратациялық қабықсыз бейнеленген: H +, NO 3 -, K + және т.б.
2. Термиялық қозғалысқа байланысты ерітіндідегі немесе балқымадағы электролит иондары барлық бағытта ретсіз қозғалады. Бірақ егер электродтар ерітіндіге немесе балқымаға түсірілсе және электр тогы берілсе, онда электролиттің оң зарядталған иондары теріс зарядталған электродқа - катодқа қарай жылжи бастайды (сондықтан олар басқаша аталады.катиондар), ал теріс зарядталған иондар - оң зарядталған электродқа - анодқа (сондықтан олар басқаша аталады)аниондар).
Осылайша, электролиттер екінші класты өткізгіштер болып табылады. Олар иондардың бағытталған қозғалысына байланысты электр зарядын алып жүреді. Металдар, керісінше, бірінші текті өткізгіштер, өйткені электрондардың бағытталған қозғалысына байланысты электр тогын өткізеді.
3. Электролиттік диссоциация процесі қайтымды. Молекулалардың иондарға ыдырауымен қатар әрқашан қарама-қарсы процесс жүреді – иондардың молекулаларға қосылуы немесе ассоциациялануы. Сондықтан заттардың электролиттік диссоциациялану реакцияларының теңдеуінде «=» тең белгісінің орнына «қайтымдылық» белгісін қояды, мысалы:
Заттар-электролиттер суда ерігенде зарядталған бөлшектерге – иондарға ыдырайды. Кері құбылыс - моляризация немесе ассоциация. Иондардың түзілуі электролиттік диссоциация теориясымен түсіндіріледі (Аррениус, 1887). Балқу және еріту кезіндегі химиялық қосылыстардың ыдырау механизміне химиялық байланыс түрлерінің сипаттамалары, еріткіштің құрылымы мен табиғаты әсер етеді.
Электролиттер және өткізбейтін заттар
Ерітінділер мен балқымаларда кристалдық торлар мен молекулалардың бұзылуы орын алады - электролиттік диссоциация (ЭД). Заттардың ыдырауы иондардың пайда болуымен, электр өткізгіштік сияқты қасиет пайда болуымен бірге жүреді. Әрбір қосылыс диссоциациялауға қабілетті емес, тек бастапқыда иондардан немесе жоғары полярлы бөлшектерден тұратын заттар. Бос иондардың болуы электролиттердің ток өткізу қасиетін түсіндіреді. Негіздер, тұздар, көптеген бейорганикалық және кейбір органикалық қышқылдар мұндай қабілетке ие. Өткізгіштер төмен полярлы немесе поляризацияланбаған молекулалардан тұрады. Олар электролит емес (көптеген органикалық қосылыстар) бола отырып, иондарға ыдырамайды. Зарядты тасымалдаушылар оң және теріс иондар (катиондар мен аниондар).
С.Аррениус және басқа химиктердің диссоциацияны зерттеудегі рөлі
Электролиттік диссоциация теориясын 1887 жылы швед ғалымы С.Аррениус негіздеді. Бірақ ерітінділердің қасиеттерін алғашқы кең көлемде зерттеуді орыс ғалымы М.Ломоносов жүргізді. Заттардың еруінен пайда болатын зарядталған бөлшектерді зерттеуге үлес қосқан Т.Гротгус пен М.Фарадей, Р.Ленц. Аррениус көптеген бейорганикалық және кейбір органикалық қосылыстардың электролиттер екенін дәлелдеді. Швед ғалымы ерітінділердің электр өткізгіштігін заттардың иондарға ыдырауымен түсіндірді. Аррениустың электролиттік диссоциация теориясы бұл процеске су молекулаларының тікелей қатысуына мән бермеді. Орыс ғалымдары Менделеев, Каблуков, Коновалов және т.б. шешуші – еріткіш пен еріген заттың әрекеттесуі жүреді деп есептеді. Су жүйелеріне келетін болсақ, «гидратация» атауы қолданылады. Бұл гидраттардың түзілуі, жылу құбылыстары, заттың түсінің өзгеруі және тұнбаның пайда болуымен дәлелденетін күрделі физикалық-химиялық процесс.
Электролиттік диссоциация теориясының негізгі ережелері (TED)
С.Аррениус теориясын нақтылау үшін көптеген ғалымдар еңбек етті. Ол атомның құрылымы, химиялық байланыс туралы заманауи мәліметтерді ескере отырып, оны жетілдіруді талап етті. 19 ғасырдың аяғындағы классикалық тезистерден ерекшеленетін TED-тің негізгі ережелері тұжырымдалған:
Теңдеулерді құру кезінде орын алатын құбылыстарды ескеру қажет: қайтымды процестің арнайы белгісін қолдану, теріс және оң зарядтарды санау: олар жалпы алғанда бірдей болуы керек.
Иондық заттардың ЭД механизмі
Электролиттік диссоциацияның қазіргі теориясы заттар-электролиттер мен еріткіштердің құрылымын ескереді. Еріген кезде иондық кристалдардағы қарама-қарсы зарядталған бөлшектер арасындағы байланыстар полярлы су молекулаларының әсерінен жойылады. Олар сөзбе-сөз иондарды жалпы массадан ерітіндіге «тартады». Ыдырау иондардың айналасында сольват (суда – гидрат) қабықшасының түзілуімен қатар жүреді. Судан басқа кетондар мен төменгі спирттерде диэлектрлік өтімділік жоғарылайды. Натрий хлоридінің Na+ және Cl - иондарына диссоциациялануы кезінде кристалдағы беттік иондарға қатысты су дипольдерінің бағдарлануымен бірге жүретін бастапқы кезең тіркеледі. Соңғы кезеңде гидратталған иондар бөлініп, сұйықтыққа таралады.
Ковалентті жоғары полярлы байланысы бар қосылыстардың ЭД механизмі
Еріткіш молекулалары иондық емес заттардың кристалдық құрылымының элементтеріне әсер етеді. Мысалы, су дипольдерінің тұз қышқылына әсері молекуладағы байланыс түрінің коваленттік полюстіден иондық түрге өзгеруіне әкеледі. Зат диссоциацияланады, гидратталған сутегі және хлор иондары ерітіндіге түседі. Бұл мысал еріткіш бөлшектері мен еріген қосылыс арасында жүретін процестердің маңыздылығын дәлелдейді. Дәл осы әрекеттесу электролит иондарының түзілуіне әкеледі.
Электролиттік диссоциация теориясы және бейорганикалық қосылыстардың негізгі кластары
TED негізгі ережелерін ескере отырып, қышқылды электролит деп атауға болады, оның ыдырауы кезінде оң иондардан тек H + протоны анықталуы мүмкін. Негіздің диссоциациялануы кристалдық тордан тек ОН анионының және металл катионының түзілуімен немесе бөлінуімен бірге жүреді. Қалыпты тұз еріген кезде оң металл ионын және теріс қышқыл қалдығын береді. Негізгі тұз екі түрлі аниондардың болуымен ерекшеленеді: ОН тобы және қышқыл қалдығы. Қышқыл тұзда катиондар арасында тек сутегі мен металл болады.
Электролиттердің беріктігі
Ерітіндідегі заттың күйін сипаттау үшін физикалық шама – диссоциациялану дәрежесі (α) қолданылады. Оның мәні ыдыраған молекулалар санының ерітіндідегі жалпы санына қатынасынан табылады. Диссоциацияның тереңдігі әртүрлі жағдайлармен анықталады. Еріткіштің диэлектрлік қасиеттері және еріген қосылыс құрылымы маңызды. Әдетте диссоциация дәрежесі концентрацияның жоғарылауымен төмендейді және температураның жоғарылауымен жоғарылайды. Көбінесе белгілі бір заттың диссоциациялану дәрежесі бірлік бөліктерімен көрсетіледі.
Электролиттердің классификациясы
19 ғасырдың аяғындағы электролиттік диссоциация теориясында ерітіндідегі иондардың әрекеттесуі туралы ережелер болған жоқ. Катиондар мен аниондардың таралуына су молекулаларының әсері Аррениус үшін мардымсыз болып көрінді. Аррениустың күшті және әлсіз электролиттер туралы идеялары формальды болды. Классикалық ережелерге сүйене отырып, күшті электролиттер үшін α = 0,75-0,95 мәнін алуға болады. Тәжірибелер олардың диссоциациялануының қайтымсыздығын дәлелдеді (α → 1). Еритін тұздар, күкірт және тұз қышқылдары, сілтілер толығымен дерлік иондарға ыдырайды. Күкіртті, азотты, фторлы, ортофосфор қышқылдары жартылай диссоциацияланады. Кремний, сірке, күкіртті сутек және көмірқышқылдары, аммоний гидроксиді, ерімейтін негіздер әлсіз электролиттер болып саналады. Су да әлсіз электролит болып саналады. H 2 O молекулаларының аз бөлігі диссоциацияланады, ал иондардың моляризациясы бір мезгілде жүреді.
