Главная / Теория для подготовки к ЕГЭ / 1.4.5. Электролитическая диссоциация электролитов в водных растворах. Сильные и слабые электролиты.

1.4.5. Электролитическая диссоциация электролитов в водных растворах. Сильные и слабые электролиты.

Как известно из курса физики, электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц. В случае металлов, электропроводность обеспечивается подвижными электронами в кристалле, слабо связанными c ядрами атомов, что позволяет им направленно двигаться под действием разности потенциалов.

Кроме металлов, существуют также вещества растворы или расплавы которых проводят электрический ток.  Такие вещества называют электролитами.

Электролиты —  вещества, расплавы  или водные растворы которых проводят электрический ток.

Но за счет чего обеспечивается электрическая проводимость расплавов и растворов электролитов?

Рассмотрим такое соединение как хлорида натрия. Это вещество характеризуется ионным строением. В узлах его структурной решетки находятся  попеременно в шахматном порядке катионы натрия и анионы хлора:

Как можно видеть, заряженные частицы, которые могли бы быть обеспечивать электрическую проводимость присутствуют, но статичны, т.е. неподвижны в узлах решетки. Поэтому, чтобы электрический ток смог протекать через хлорид натрия, нужно еще и обеспечить «подвижность» ионов, из которых он состоит.

Как известно, для одного и того же вещества наиболее подвижны составляющие его частицы в том случае, когда он находится в жидком, а не в твердом агрегатном состоянии. Поэтому для того, чтобы хлорид натрия смог проводить электрический ток, его необходимо расплавить, т.е. превратить в жидкость. В результате сообщения энергии кристаллу хлорида натрия в виде большого количества теплоты частично разрушаются ионные связи Na+Cl , т.е. происходит диссоциация на свободные подвижные ионы:

Na+Cl ↔ Na+ + Cl

Однако, добиться диссоциации хлорида натрия можно не только его плавлением, но также и его растворением в воде. Но каким образом, это становится возможным? Ведь для того чтобы произошло разрушение кристаллической решетки требуется сообщить ей энергию, что и происходило при расплавлении. Откуда же берется энергия на разрушение решетки в случае растворения?

При помещении кристалла NaCl в воду его поверхность подвергается «облепливанию» молекулами воды или гидратации, в результате которой, ионам в структурной решетке сообщается энергия, достаточная для выделения из структурной решетки и «отправления в свободное плавание» в «оболочке» из молекул воды:

или более упрощенно:

NaCl ↔ Na+ + Cl(участвующие в гидратации кристалла NaCl и ионов молекулы воды не записываются)

Если энергия, выделяющаяся при гидратации кристалла, меньше энергии кристаллической решетки, то его растворение и диссоциация становятся невозможными. Например, поверхность кристалла сульфата бария, помещенного в водную среду, также покрывается молекулами воды, но выделяющаяся в результате этого энергия недостаточна отрыва ионов Ba2+ и SO42- из  кристаллической решетки и, как следствие, становится невозможно его растворение (на самом деле возможно, но в крайне малой степени, т.к. абсолютно нерастворимых веществ не бывает).

Аналогичным образом диссоциация осуществляется также гидроксидами металлов. Например:

NaOH = Na+ + OH

Помимо веществ ионного строения, электролитически диссоциировать способны также и некоторые вещества молекулярного строения  с ковалентным полярным типом связи, а именно кислоты. Как и в случае ионных соединений, причина образования ионов из электронейтральных молекул кроется в их гидратации. Существование гидратированных ионов энергетически более выгодно, чем существование гидратированных молекул. Например, диссоциация молекулы соляной кислоты выглядит примерно следующим образом:

Гидратация катионов водорода настолько сильна, что можно говорить не просто о катионе водорода, окружённом молекулами воды (как это было с катионами натрия), а о полноценной частице – ионе гидроксония H3O+, содержащей три полноценные ковалентные связи H-О, одна из которых образована по донорно-акцепторному механизму. Таким образом, уравнение диссоциации соляной кислоты правильнее записывать так:

H2O + HCl = H3O+ + Cl

Тем не менее, даже в этом случае, чаще всего, уравнение диссоциации соляной кислоты, впрочем, как и любой другой, записывают, игнорируя явное участие в диссоциации кислот молекул воды.

HCl = H+ + Cl

Диссоциация многоосновных кислот протекает ступенчато, например:

H3PO4 ↔ H+ + H2PO4

H2PO4 ↔ HPO42- + H+

HPO42- ↔ PO43- + H+

Таким образом, как мы уже выяснили, к электролитам относят: соли, кислоты и основания.

Для описания способности электролитов к электролитической диссоциации используют  величину, которая называется степенью диссоциации (α).

Степень диссоциации – отношение числа продиссоциировавших частиц, к общему числу растворенных частиц.

По степени диссоциации электролиты делят на сильные (α>30%), средней силы (30%> α>3%)  и слабые (α<3%):

Электролиты
Сильные (α>30%) средней силы (30%> α>3%) слабые (α<3%)

1) почти все соли

2) некоторые кислоты:

 HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4, H2SO4(разб.)

3) гидроксиды ЩМ и ЩЗМ

(NaOH, KOH, Ca(OH)2 и т.д.)

 

Mg(OH)2

 

HNO2

H2SO3          ­по первой ступени

H3PO4

1) все гидроксиды металлов кроме гидроксидов ЩМ и ЩЗМ

2) H2CO3, H2SiO3, H2S, H2

3) NH3∙H2O (или NH4OH)

4) CH3COOH и др. карбоновые кислоты

Вещества, которые не являются ни кислотами, ни солями, ни гидроксидами, считаются неэлектролитами. К неэлектролитам, например, относятся простые вещества, оксиды, органические вещества (спирты, углеводороды, углеводы, хлорпроизводные углеводородов и т.д.).

Сильные электролиты диссоциируют практически необратимо и в их водных растворах содержание исходных молекул крайне мало:

KOH → K+ + OH

Na2SO4 → 2Na+ + SO42-.

комментария 2
  1. Хельга

    Добрый день!
    Подскажите, пожалуйста, считаются ли малорастворимые соли (например MgSO3) и нерастворимые соли и основания (например BaSO4) слабыми электролитами? Спасибо!

    • Сергей Широкопояс

      Тут смотрите какое дело. Есть два взгляда на этот вопрос.
      Что такое сильный электролит? Это вещество, которое хорошо диссоциирует в воде, т.е. количество продиссоциированных молекул к общему числу РАСТВОРЕННЫХ близко к 100%. Речи о плохой или хорошей растворимости не идет. С этой точки зрения сильными электролитами являются практически все соли, даже нерастворимые, за исключением некоторых солей ртути. С этой точки зрения тот же CaCO3 — сильный электролит, т.е. соотношение продиссоциированных молекул к общему числу растворенных близко к 100%.

      Есть другая точка зрения (неправильная, но популярная), что все нерастворимые вещества — слабые электролиты. Но для сдачи ЕГЭ и так можно считать, тем более, что так проще воспринимается.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.