Сторінка
1

Електролітична дисоціація солей та лугів

Розпад електролітів на іони під час розчинення у воді або розплавлення називається електлолітичною дисоціацією.

Розглянемо розчинення у воді такої, наприклад, іонної сполуки, як хлорид натрію. Іони постійно здійснюють невеликі теплові коливання, але удержуються у вузлах кристалічної решітки, оскільки притягуються протилежно зарядженими іонами.

Як відомо, в молекулі води, зв’язки між атомами водню і атомом кисню валентні, полярні. Електронні пари, що зв’язують атоми зміщені від атому водню до атома кисню. Тому на атомах водню зосереджений частковий позитивний заряд, а на атомі кисню - негативний. Зв’язки кожного атома водню з киснем у молекулі води утворюють між собою, тому центри позитивний і негативних зарядів у молекулі не збігаються. Якщо врахувати лише взаємну перпендикулярність осей електронних хмар, утворених р-електр. атомів, то кут між зв’язками, що розглядаються становить 900. Насправді такий кут 1050. Одна з причин збільшення кута взаємне відштовхування однойменно заряджених атомів водню один від одного. Полярну молекулу води зображають у вигляді диполя, позначаючи заряди на полюсах знаками "+" і "-".

Коли кристал сам занурюють у воду, молекули води притягуються до іонів на поверхні кристала до позитивно заряджених іонів - своїми негативними полюсами, а до негативно заряджених іонів - позитивними полюсами.

Якщо іон відривається від поверхні кристала, він являється оточеним молекулами води, які притягуються до нього. Ці молекули води утворюють гідратну оболонку іона, що складається з 5 - 7, а то й більшої кількості молекул.

Іон оточений гідратною оболонкою називається гідратованим.

Отже, розчинення у воді твердої речовини з іонною кристалічною решіткою супроводжується виділенням теплоти в тому випадку, коли сума енергії гідратації всіх іонів у кристалі більша від енергії, необхідної для розривання зв’язків між іонами. Властивості їхні помітно відрізняються від властивостей гідратованих іонів. У безводному сульфаті міді CuCO4 негідровані іони Cu2+ i SO42- безбарвні, але від розчинення солі у воді іони Cu2+ гідратуються і забарвлюють в голубий колір. Воду, яка виходить з кристалів, називають кристалізаційною водою, а речовини, що містять кристалізаційну воду, називають кристалогідратами.

Поведінку електролітів у водному розчині вперше пояснив у 1887 році шведський вчений С.Арреніус. Розроблена ним теорія дістала назву "теорія

електролітичної дисоціації".

Електролітична дисоціація кислот.

Між атомами в молекулах кислот, наприклад, соляної HCl, сірчаної H2SO4, азотної HNO3, фосфорної H3PO4 існують полярні ковалентні зв’язки.

Розглянемо поведінку у водному розчині молекули хлороводню HCl. Зв’язок між атомами в цій молекулі полярний ковалентний. Оскільки хлор більш електронегативний елемент, ніж водень, то електр. пара, що з’єднює атоми в молекулі, зміщена до атома хлору. Внаслідок цього в атомі хлору виникає частковий негативний заряд, а на атомі водню - позитивний заряд. Тому до молекули хлороводню у водному середовищі приєднуються диполі, тобто молекули води.

До атома водню HCl в молекулі, молекули води притягуються своїм негативним полюсом з боку атома кисню. У зовн. елект. шарі цього атома є дві неподілені електронні пари. Атом кисню, що підійшов, віддає цьому атому одну з двох своїх вільних електр. пар. В результаті взаємодії молекул хлороводню з молекулами води, електр. пара, якою атоми водню й хлору зв’язані між собою, майже повністю переходять до хлору. Зв’язок між ними стає іонним, і молекула HCl дисоціює на іони H+; Cl-.

Іон H+ відрізняється від всіх інших іонів тим, що в них немає електронної оболонки, вони є протонами. Тому іони приєднуються до молекул води за рахунок електронної пари зовнішнього шару атома кисню.

H H

. . . .

H : O : +H+ ® [H : O : H ]+

. . . .

Утворюється іон гідрокоснію H3O+ в якому є 3 ковалентні зв’язки водню з киснем. Ці зв’язки утворилися по-різному: два внаслідок спарювання електронів атома кисню з елект. атомів водню, а третій - приєднання протона до вільної електронної хмари атома кисню.

В останньому випадку атом кисню молекули води дає для утворення ковалентного зв’язку з протоном не один, а пару електронів: його називають донором, а протон - акцептором.

Механізм такого утворення ковалентного зв’язку називається донорно-акцепторним.

Отже, у водному розчині молекули хлороводню дисоціюють на два гідратованих іони - іон гідроксонію H3O+ і хлорид-іон Cl-.

Рівняння дисоціації кислот, лугів і солей

Електролітичну дисоціацію виражають рівняннями, як і будь-які інші хімічні реакції. Записуючи ці рівняння, звичайно не зазначають формул молекул води, які приєднуються до іонів, бо в хімічних реакціях електролітів вони не беруть участь. Рівняння дисоціації кислот записуються так:

HCl = H+ + Cl-, або HCl + H2O = H3O+ + Cl-

H2SO4 = 2H+ + SO42-

Розглянемо дисоціацію кислот (сірчаної) як багатоосновної детальніше. По суті процес відбувається ступінчасто. Іони водню відщеплюються від молекул не одночасно, а послідовно:

HCl = H+ + HSO4-, або HCl + H2O = H3O+ + Cl-

Аналогічно відбувається і дисоціація трьохосновної фосфорної кислоти.

H3PO4 = H+ + H2PO4-, H2PO4- =H+ + HPO42-, HPO42- = H+ + H2PO4-3

Отже, кислоти дисоціюють на іони водню і іони кислотного залишку. Дисоціація кислот за першим ступенем відбувається значно сильніше, ніж за другим. Це пов’язано тим, що позитивно заряджений іон H+ відщеплюється від нейтральної молекули кислоти легше, ніж від негативно заряджених іонів.

Дисоціація лугів і солей відбувається в одну стадію. Внаслідок їх дисоціації утворюються іони металу та гідроксид іон.

NaOH = Na+ + OH-

Ba(OH)2 = Ba2+ + 2OH-

Солі дисоціюють на іони металу і іони кислотного залишку?

NaNO3 = Na+ NO3-; Al2 (SO4)3 = 2Al3+ + 3SO42-

Оскільки молекула не кристал будь-якої речовини в цілому електронейтральні, та загальна сума зарядів позитивно заряджених іонів, що утворюються в результаті дисоціації, завжди дорівнюють загальній сумі зарядів негативно заряджених іонів.

Властивості розчинників електролітів - властивості іонів.