Сайт преподавателя химии и биологии Коноваловой Лидии

Электролиты и неэлектролиты

 Взятые в отдельности, вода, соли, щелочи и кислоты тока не проводят. Но водные растворы кислот, щелочей и солей проводят электрический ток. На какие группы можно разделить все вещества по отношению к электрическому току?

Вещества проводящие электрический ток – электролиты; вещества не проводящие электрический ток – неэлектролиты.

Испытание веществ на электрическую проводимость (видио)

Свойства электролитов

Электролиты – проводники второго рода. В растворе или расплаве они распадаются на ионы, благодаря чему и проводят электрический ток. 

Для объяснения этого свойства в 1887 г. Шведский ученый С.Арениус предложил теорию электролитической диссоциации.

Распад электролитов на ионы при растворении его в воде или расплавлении называют электролитической диссоциацией.

Основные положения теории электролитической диссоциации.

1)    Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы – положительные и отрицательные :            NaCl ↔ Na⁺ + Cl^-

2)    При действии электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицательно заряженные – к аноду. Поэтому первые называются катионами, а вторые – анионами. Направленное движение ионов происходит в результате притяжения их к противоположено заряженным электродам.

3)    Диссоциация – обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциацией) протекает процесс соединения ионов (ассоциация). Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости.

 С.Аррениус не мог указать, почему электролиты при растворении в воде распадаются на ионы, так как считал диссоциацию электролитов физическим процессом. Причину диссоциации выяснил русский ученый И.А.Каблуков, который, основываясь на теории Д.И.Менделеева о химической природе растворения, стал рассматривать электролитическую диссоциацию как химическое взаимодействие электролитов с водой.  Основная причина диссоциации – гидратация ионов, идущая с выделением большого количества энергии, чем затрачивается на ионизацию растворяемого вещества.

Механизм электролитической диссоциации (учебный фильм о механизме ЭД здесь)

Диссоциация электролитов происходит в воде и не происходит, например, в керосине. Как это объяснить?

В молекуле воды связи между атомами водорода и атомами кислорода ковалентные полярные. Электронные пары, связывающие атомы. Смещены от атома водорода к атому кислорода. На атомах водорода поэтому сосредоточен положительный заряд, а на атоме кислорода – отрицательный.

Для рассмотрения механизма диссоциации электролитов нужно учитывать не только полярность в молекуле воды связей между атомами водорода и кислорода. Но и полярность самой молекулы воды. Полярную молекулу воды – диполь – можно изображать в виде эллипса с указанием зарядов на полюсах с указанием зарядов на полюсах знаками «+» и «–».

Рассмотрим механизм диссоциации веществ с ионным видом связи на примере хлорида натрия.  Он состоит из трёх этапов:

a)     ориентация полярных молекул воды (диполей) вокруг кристалла и расшатывание кристаллической решётки под действием хаотичного движения молекул воды; (при погружении кристалла соли в воду  молекулы воды притягиваются к ионам, находящимся на поверхности кристалла: к положительным ионам своими отрицательными полюсами (атомы кислорода), а к отрицательным ионам – положительными полюсами (атомы водорода).

b)    гидратация – окружение молекулами воды ионов натрия и хлора (образование гидратированных ионов);

c)     разрушение кристаллической решётки – диссоциация хлорида натрия.

(притянувшись к ионам растворяемой соли молекулы воды во много раз ослабляют притяжение ионов друг к другу. Связи между положительными и отрицательными ионами в кристаллической решетке разрываются. Происходит разъединение гидратированных ионов)

Молекулы воды, притянувшиеся к ионам при растворении кристалла, остаются связанными с ними и в растворе. 

Механизм диссоциации веществ с ковалентной полярной связью включает в себя дополнительный этап:

ориентация полярных молекул воды вокруг полярной молекулы электролита;

изменение вида связи с ковалентной полярной на ионную;

диссоциация электролита;

гидратация ионов.

4)    Не все электролиты в равной мере диссоциируют на ионы. В растворах электролитов наряду с ионами могут присутствовать и молекулы. Степень диссоциации a – это отношение молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул в растворе  a = n/N,

где n – число диссоциированных молекул, N – общее число молекул в растворе.

Сильные электролиты при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы. У них a стремится к единице. К сильным электролитам относятся: все растворимые соли, кислоты H2SO4, HNO3, HCl, все щелочи.

Слабые электролиты при растворении в воде почти не диссоциируют на ионы. У них a стремится к нулю. К слабым электролитам относятся: слабые кислоты – H₂S, H₂CO₃, H₂SO₃, HNO₂, NH₃ ·H₂O, вода.

Диссоциация кислот, солей и оснований.

Диссоциация протекает в растворах и расплавах.

Растворимые кислоты - это электролиты, которые в водных растворах и расплавах диссоциируют на катион водорода и анион кислотного остатка.

                                   H₂SO₄ ↔2H⁺  + SO₄^2-

Основания – это электролиты, которые в водных растворах и расплавах диссоциируют на катион металла и гидроксид-анион.

                         NaOH↔ Na⁺ + OH ^–

Растворимые основания – это гидроксиды, образованные ионами активных металлов: одновалентных: Li⁺, Nа⁺, К⁺, Rb⁺, Сs⁺, Fr⁺; двухвалентных: Са²⁺, Sr²⁺, Ва²⁺.

Соли – это электролиты, которые в водных растворах и расплавах диссоциируют на катион металла и анион кислотного остатка.             

                       Na₂SO₄ ↔ 2Na⁺ + SO₄^2-

Задание для самопроверки: 

Составьте уравнения диссоциации следующих электролитов: нитрата цинка, карбоната натрия, гидроксида кальция, хлорида стронция, сульфата лития, сернистой кислоты, хлорида меди(II), сульфата железа(III), фосфата калия, сероводородной кислоты, бромида кальция, гидроксихлорида кальция, нитрата натрия, гидроксида лития.