Сильні і слабкі електроліти. Константа і ступінь дисоціації

У цьому розділі йтиметься насамперед про водних розчинах. Неводні розчини, тобто розчини речовин в бензолі, спирті, ефірі, ацетоні і багатьох інших рідинах, відмінних від води, теж важливі, але їх розгляд ми відкладемо до початку вивчення органічної хімії. Поки треба лише не забувати про те, що багато властивостей водних розчинів пов’язані з конкретними властивостями води як розчинника і незастосовні до неводних розчинів.

У § 7.6 першої книги ви вже познайомилися з тим, як і чому відбувається розчинення. Одним з найважливіших факторів розчинності є сили міжмолекулярної взаємодії виникають між частинками розчиненої речовини і молекулами розчинника (згадайте § 3.8 та § 7.4). У ряді випадків дію цих сил призводить до того, що дроблення речовин на найдрібніші частинки в розчині йде далі і розчинення супроводжується дисоціацією молекул на іони. Уявіть, що газоподібний хлористий водень потрапляє у воду і починає взаємодіяти з молекулами розчинника. При цьому молекули HCl зв’язуються з молекулами води силами міжмолекулярної взаємодії. Узагальнено такий процес називається гідратацією, а пов’язані з HCl молекули води – гідратної оболонкою.

У випадку з розчином хлороводню (соляна кислота) подальша гідратація молекул HCl призводить до розриву зв’язку H – Cl і утворення в розчині гідратованих рухливих іонів H + (водн) і Cl – (водн). Іони несуть електричний заряд – позитивний і негативний. Розчин, в якому тепер присутні рухливі іони, стає електропровідним. Тому процес розпаду речовини в розчині на іони називається електролітичної дисоціацією.

Електролітична дисоціація – це повний або частковий розпад розчиненої речовини на іони.

Випробування речовин на електричну проводімостьПосмотріте досвід «Випробування речовин на електричну провідність» з Єдиної колекції цифрових освітніх ресурсів. За ознакою електричної провідності всі розчини можна розділити на дві великі групи: розчини електролітів (проводять електричний струм) та розчини неелектролітів (струм не проводять). Наприклад, чиста вода, а також водні розчини цукру, глюкози, спирту і ряду інших речовин струм практично не проводять (в розчинах відсутні іони), тому ці речовини – неелектролітів.

Навпаки, розчин хлороводню (соляна кислота) – це не просто електроліт, а сильний електроліт: більше 99 % молекул HCl в розчині розпадаються на іони H + і Cl -. Тому зворотну стрілку в рівнянні дисоціації HCl зображують короткою або взагалі не пишуть. Такі ж властивості у розчинів HBr (бромоводородной кислота) і HI (іодоводородной кислота). Теорію електролітичної дисоціації у 80- х роках XIX століття запропонував видатний шведський хімік Сванте Арреніус (1859-1927). Сьогодні нам здається цілком природним, що розчинені речовини можуть розпадатися на іони. Ми знаємо, чому стійкі саме такі, а не інші іони – це знання спирається на сучасні уявлення про будову атомів. Наприклад, елемент Na (електронна оболонка 1s2 2s2 2p6 3s1) може існувати у вигляді стійкого катіона Na +, що має вже електронну оболонку надзвичайно стабільною частки – атома інертного газу неону (1s2 2s2 2p6). На відміну від нейтрального атома неону, заряджена частка Na + добре взаємодіє з молекулами полярного розчинника – води. Аніон Cl – має електронну оболонку інертного газу аргону (… 3s2 3p6). Таким чином, на процес дисоціації впливає не тільки взаємодія іонів з розчинником, але і фактор стійкості самих іонів.

Однак наприкінці XIX століття про будову атомів нічого не було відомо і багато вчених не зрозуміли і не прийняли теорію Арреніуса. Вразливим місцем теорії була і її нездатність пояснити, які саме сили забезпечують поділ міцно пов’язаних в з’єднаннях атомів при розчиненні. Дивно, але одним з найбільш непримиренних противників теорії електролітичної дисоціації був Д. І. Менделєєв, що розвивав хімічну теорію розчинів. Він вважав, що при розчиненні речовин відбувається їх з’єднання з молекулами розчинника, в той час як теорія Арреніуса відводила растворителю лише роль якоїсь пасивної середовища, що не впливає на властивості розчину. Критика теорії електролітичної дисоціації Менделєєвим не могла не викликати різкої негативної реакції у Арреніуса – одну зі своїх статей він назвав «Електролітична дисоціація проти гідратації» (1889 р). Цікаво те, що кожен з опонентів був по- своєму правий: сьогодні ми знаємо, що речовини – електроліти у водних розчинах дисоціюють на гідратовані іони, і саме енергія гідратації витрачається на руйнування зв’язків в речовині при його розчиненні і дисоціації. У 1903 році С. Арреніус була присуджена Нобелівська премія з формулюванням: «у визнання видатних заслуг у розвитку хімії, досягнутих теорією електролітичної дисоціації».

Цікавий і такий питання – чи треба в світлі сучасних уявлень називати електролітичної дисоціацією перехід іонів в розчин при розчиненні іонних кристалів – таких як NaCl ?

Посилання на основну публікацію