


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, H2O 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-.
Добрый день!
Подскажите, пожалуйста, считаются ли малорастворимые соли (например MgSO3) и нерастворимые соли и основания (например BaSO4) слабыми электролитами? Спасибо!
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.
Здравствуйте! Правильно ли я понимаю, что в ЕГЭ если, допустим, NH4OH стоит слева в реакции ионного обмена, то мы его расписываем на ионы, а если справа, то нет (т.к. он слабый электролит)?
нет такая запись недопустима. До недавнего времени допускалось, насколько знаю, сейчас уже за это режут баллы. Правильнее писать NH3*H2O. Его не расписываем на ионы независимо от того слева он или справа в уравнении
Почему на рисунке ионы натрия меньше ионов хлора, если по периоду радиус атома уменьшается?
ион и атом это одно и то же?
Сергей Иванович, добрый день! Подскажите, пожалуйста, можно сказать, что нерастворимые соли это слабые электоролиты?
Добрый день! Можно в рамках ЕГЭ, по жизни это — условность и не является истиной.
Спасибо за ответ! Тогда я правильно понимаю, что если в 31 задании скажут, что должен образоваться слабый электролит, то этим слабым электролитом может оказаться нерастворимая соль?
Да, может. Но советую следить за формулировкой задания внимательно. Например, комбинация «в растворе образуется слабый электролит» сразу исключит осадок в качестве того самого слабого, поскольку осадок не является частью раствора.
Добрый вечер! Подскажите, пожалуйста, если расписать HSO4 — на H+ + SO4 2-, на ЕГЭ засчитают?
Добрый день! Да, засчитают. Это вполне разумно как для ЕГЭ, так и с точки зрения здравого смысла в химии. Вторая ступень диссоциации у серной кислоты также имеет место быть, поэтому и среда в растворе гидросульфатов сильнокислая.
Здравствуйте! Хочу уточнить по поводу 31го задания в ЕГЭ. Вот, например, если в РИО вступает NaHSO4. В ионном уравнении гидросульфат натрия диссоциирует на ионы Na(+1) и HSO4 (-1) или на Na(+1) H(+1) и SO4(-2)? Или и тот, и другой ответ будет правильным?
Тот же вопрос по поводу гидрокарбонатов, при их диссоциации образуется HCO3(-1) или водород и карбонат анион отдельно?
Добрый день! Степень диссоциации гидросульфат-иона в растворе велика, поэтому разумным будет расписать его на ионы полностью. Засчитают, тем не менее, оба варианта. В случае гидрокарбонат-иона его не расписываем, оставим в виде НСО3(-).
Добрый день. Скажите, как писать в РИО фосфорную кислоту? например, в случае ее получения в результате реакции
Добрый день! Все же считаем ее слабым электролитом и оставляем в молекулярной форме. Не расписываем.
Здравия. Подскажите, пожалуйста. Малорастворимые соли в растворах расписываем на ионы в рамках ЕГЭ?
Добрый день! Нет, считаем осадками и не расписываем на ионы.
Добрый вечер! Скажите, пожалуйста, допустима ли на ЕГЭ логика расписывать малорастворимые вещества на ионы в случае реагентов и оставлять в молекулярном виде в случае продуктов реакции? В школе учили, что поэтому возможна реакция Са(OH)2 с CuCl2, например, так как выполняются оба требования к РИО.
Добрый день! Сильные электролиты на ионы расписываем. Гидроксид кальция — щелочь, сильный электролит, поэтому расписываем. А если серьезно, то привязка к растворимости — грубое упрощение для школы. Оно не имеет под собой основания, но приходится так людям пояснять.
То есть, если считать, что малорастворимые соли – слабые электролиты, то нельзя расписывать на ионы. На самом деле они сильные, поэтому можно. Но в ЕГЭ считается, что слабые, поэтому нельзя. Всё правильно понял? )
Добрый день! Да, примерно так.
Здравствуйте! В расчетной задаче дается количество нитрат-ионов в растворе нитрата алюминия , допустим 3 моль в 1 л, тогда количество моль нитрата алюминия будет в 3 раза меньше и составит 1 моль? В решении нитрат алюминия тоже 3 моль.
Добрый день! Да, самого нитрата алюминия в 3 раза меньше, чем нитрат-ионов.