Stopień dysocjacji, elektrolity i zapisy teorii dysocjacji elektrolitycznej

Artykuł poświęcony jest takim pojęciom jak elektrolity i stopień dysocjacji, a także opis teorii wyjaśniającej mechanizmy przewodzenia prądu elektrycznego roztworami różnych substancji.

Czy wszystkie substancje przewodzą prąd?

Wiele związków rozpuszczonych w wodzie lub stopionych ma zdolność przewodzenia prądu elektrycznego. Na przykład dobrze wiadomo, że wodny roztwór chlorku sodu dobrze przewodzi prąd. Podobna właściwość ma stopiony chlorek sodu. Wszystkie substancje, które przewodzą prąd w roztworach lub stopach są łączone pod nazwą elektrolity. Nieelektrolity to związki, które nie mają zdolności do przewodzenia prądu elektrycznego w roztworach i stopach. Inną definicją elektrolitów jest pozycjonowanie ich jako substancji rozpadających się na jony w roztworach lub w stanie stopionym. Jednak rozwiązania wielu innych związków nie mogą przewodzić elektryczności. Na przykład roztwór cukru, a także większość substancji organicznych. Wizualnie, ruch prądu przez roztwór elektrolitu umożliwia następujące doświadczenie. Do obwód elektryczny dwie elektrody są połączone. Jeśli zostaną one opuszczone do roztworu elektrolitu i zamkną obwód, żarówka zapali się. Odwrotny obraz można zaobserwować za pomocą roztworu nieelektrolitu.

Jakie są te substancje

Elektrolity obejmują klasy substancji takich jak zasady, kwasy i zdecydowana większość soli. Niemal wszystkie są klasyfikowane jako nieelektrolitów. związki organiczne jak również substancje, których cząsteczki mają tylko kowalencyjne wiązania niepolarne. Elektrolity są bardzo często nazywane przewodnikami drugiego rodzaju. Dlaczego? Faktem jest, że same w sobie, nie będąc w stanie stopienia lub rozwiązania, związki te nie mogą działać jako przewodniki prądu elektrycznego. Pokazują swoje właściwości tylko w rozwiązaniach. Wynika to z faktu, że po rozpuszczeniu cząsteczki elektrolitu rozpadają się na jony, które stają się nośnikami, transporterami ładunku elektrycznego. A będąc w składzie cząsteczki, tracą podobne właściwości. To tłumaczy, dlaczego woda destylowana nie prowadzi prądu.

Silne elektrolity

Substancje takie jak elektrolity są podzielone na dwie duże grupy. Są to silne i słabe elektrolity. Jak te substancje różnią się od siebie? Silne elektrolity rozkładają się całkowicie na jony po rozpuszczeniu w wodzie. Na przykład to samo chlorek sodu. Substancje takie obejmują prawie wszystkie sole, zasady metali aktywnych - metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, które znajdują się w pierwszych dwóch grupach układu okresowego DI Mendelejewa, na przykład potasu, sodu, magnezu i większości kwasów nieorganicznych. Na przykład, silne elektrolity to kwas siarkowy, azotowy, chlorowodorowy, bromowodorowy i wiele innych kwasów.

Słabe elektrolity

Jeśli chodzi o związki, które tylko częściowo rozpadają się w jony w roztworze wodnym, nazywa się je słabymi elektrolitami. Warto wspomnieć, że za takie substancje uważa się przeważającą większość kwasów organicznych (kwas octowy, cytrynowy, mlekowy, szczawiowy i inne), niewielką ilość kwasów nieorganicznych (węglowych, azotowych, krzemowych i innych), zasad wszystkich metali, z wyjątkiem kwasów zasadowych i ziem alkalicznych. Woda należy również do słabych elektrolitów. Stężenie jonów dla takich związków jest bardzo małe.

Teoria dysocjacji elektrolitycznej

Właściwości substancji opisanych powyżej zostały zauważone przez chemików i fizyków dawno temu. Szwedzki naukowiec Swante August Arrhenius opracował teorię dysocjacji elektrolitycznej, aby wyjaśnić zachowanie się elektrolitów w roztworach wodnych w celu opisania mechanizmu rozpuszczania. Zrobił dobry start, a jego zwolennicy dalej podsumowali i uzupełnili tę teorię, która nie zatraciła swojej sprawiedliwości do teraźniejszości. W roztworach cząsteczki elektrolitu rozpadają się na cząstki o ładunku dodatnim lub ujemnym. Ten proces nazywa się naukowiec dysocjacja elektrolityczna. W sercu nauk Arrheniusa są trzy przepisy. Rozważ każdy z nich.

Ustaw jedną

Elektrolity w procesie rozpuszczania lub topienia rozkładają się na ujemne i dodatnio naładowane cząstki - jony. Mogą być proste i złożone. Przykładami prostych jonów są K ⁺ , Mg2 ⁺ , Na ⁺ . Kompleks można przypisać do SO ₄ ^2- , NO ₃ ^- i innych.

Druga pozycja

Wpływ prądu elektrycznego prowadzi do tego, że jony zaczynają poruszać się w określonym kierunku. Przy takim ruchu ujemnie naładowane cząstki przesuwają się w kierunku anody, a dodatnio naładowane cząstki przesuwają się w kierunku katody. W związku z tym pierwszy otrzymał nazwę anionów, a drugi - kationy. Dlaczego występuje ruch kierunkowy jonów? Wynika to z faktu, że przeciwnie naładowane elektrody przyciągają do siebie odpowiednie cząstki.

Ustaw trzy

Dysocjacja jest procesem odwracalnym, ponieważ równocześnie z rozkładem niektórych cząsteczek w jony powstanie innych powstaje w wyniku połączenia jonów (tzw. Asocjacji). Proces ten jest bardzo dynamiczny, a rozkład niektórych cząsteczek jest stale zastępowany przez kombinację innych. Teoria ustanowiona przez S. Arrhenius stała się jedną z najważniejszych teorii współczesnej chemii nieorganicznej.

Mechanizm dysocjacji

Wiązanie jonowe ma decydujące znaczenie dla zdolności dysocjacji substancji do jonów w roztworze wodnym. Związki z tego typu wiązaniami w cząsteczkach rozkładają się szybciej i łatwiej niż inne substancje. Każda cząsteczka wody ma dwa przeciwnie naładowane bieguny lub dipole. Z jednej strony - tlen, z drugiej - wodór. Z powodu tego rozkładu ładunków w cząsteczce wody następuje rozkład na jony rozpuszczonych związków, którymi są elektrolity. Jony tworzące cząsteczki takich elektrolitów, gdy są zdysocjowane, są przyciągane przez dipole wody, które otaczają każdy jon, jak gdyby dzieliły go. Taki mechanizm opiera się na wzajemnych siłach przyciągania przeciwnych ładunków. Jony otoczone cząsteczkami wody nazywane są uwodnionymi. Na tej samej zasadzie zachodzi dysocjacja substancji mających polarne wiązanie kowalencyjne w ich cząsteczkach. Ale jeśli substancje jonowe rozpadają się całkowicie, to pośród polarnych elektrolitów jest wiele z nich, które częściowo dysocjują.

Stopień dysocjacji

Elektrolity są zatem substancjami, których atomy w cząsteczkach są związane jonowym lub kowalencyjnym wiązaniem polarnym. Głównymi grupami takich związków są kwasy, sole i zasady. Kwasy dysocjują z tworzeniem się jonów wodorowych i reszt kwasowych, jonów metali zasadowych i grup hydroksylowych, soli - jonów metali i reszt kwasowych. Zgodnie z trzecią pozycją dysocjacji elektrolitycznej rozpad elektrolitu w jony jest procesem odwracalnym. Oznacza to, że w roztworze występują zarówno pojedyncze jony, jak i całe cząsteczki. Pozwoliło to naukowcom wprowadzić taką wartość, jak stopień dysocjacji. Jest to stosunek liczby cząsteczek n z podziałem na jony do całkowitej liczby cząsteczek elektrolitu N. Stopień dysocjacji ma swoje własne oznaczenie - α. Wszystko to można wyrazić wzorem α = n / N. Im więcej cząsteczek ulega rozkładowi na jony, tym większy stopień dysocjacji. A co się stanie, jeśli wszystkie cząsteczki elektrolitu rozpadną się na jony? W takich przypadkach stopień dysocjacji będzie równy jedności i jest to największa wartość, jaką może przyjąć. Z reguły jest to charakterystyczne dla silnych elektrolitów, które są całkowicie rozłożone na jony w roztworze wodnym. Oprócz udziału jednostki stałe i stopień dysocjacji można wyrazić w procentach. Liczba ta zależy nie tylko od rodzaju elektrolitu, ale także od warunków takich jak temperatura roztworu i jego stężenie. Stała dysocjacji jest stosunkiem stężeń jonów elektrolitowych w roztworze do stężenia całych cząsteczek. Ponadto, w przypadku roztworów silnych elektrolitów wprowadzono coś takiego jak pozorny stopień dysocjacji. Faktem jest, że roztwory silnych elektrolitów nie mają cząsteczek, które nie rozpuszczają się w naładowanych cząstkach, a takie rozwiązanie ma specjalną strukturę jonową, która nieco zmienia swoje właściwości. Dlatego zwykły stopień dysocjacji nie ma do niego zastosowania. Pozorny stopień dysocjacji można rozumieć jako warunkowy, ponieważ niemożliwe jest anulowanie tej wartości dla roztworów silnych elektrolitów, ale jednocześnie jej wartość prawie zawsze pozostaje taka sama, nie odbiegając od jedności.