Введення
Водні розчини солей,кислот і основ мають якоїсь особливістю - вони проводять електричнийструм. При цьому безводні тверді солі і підстави, а також безводні кислотиструму не проводять; майже не проводить струму і чиста вода. Очевидно, що прирозчиненні у воді подібні речовини піддаються якимось глибоким змінам,які і обумовлюють електропровідність одержуваних розчинів.
Наприклад, при проходженніструму через розчин сірчаної кислоти, відбувається розкладання води на складовічастини - водень і кисень, що виділяються на пластинах, з'єднанихвідповідно з негативним і позитивним полюсами батареї. Такого родурозчини, що розкладаються хімічно при проходженні через них струму, будемоназивати електролітами, а сам процес розкладання речовини електричним струмом -електролізом.
1. Визначенняелектролітів
Можна сказати, щоелектроліти - це речовини, в яких у помітній концентрації присутнііони, що обумовлюють проходження електричного струму (іонну провідність).Електроліти також мають назву провідників другого роду.
У вузькому сенсі словаелектроліти - речовини, молекули яких у розчині, внаслідокелектролітичної дисоціації, розпадаються на іони. Серед електролітіврозрізняють тверді, розчини електролітів і іонні розплави. Розчиниелектролітів часто також називають електроліти. В залежності від видурозчинника електроліти діляться на водні і електроліти неводні. До особливогокласу належать високомолекулярні електроліти - поліелектроліти.
У відповідності з природоюіонів, що утворюються при електролітичній дисоціації водних розчинів, виділяютьсольові електроліти (в них відсутні іони Н + і ОН - ),кислоти (переважають іони Н + ) і підстави (переважають іони ОН - ).Якщо при дисоціації молекул електролітів число катіонів збігається з числоманіонів, то такі електроліти називають симетричними (1,1-валентними,наприклад, КСl, 2,2-валентними, наприклад, CaSO 4 ,і т.д.). В іншому випадку електроліти називають несиметричними (1,2-валентні електроліти, напр. H 2 SO 4 ,3,1-валентні, наприклад, А1 (ОН) 3 , і т.д.). В залежності відздатності до електролітичної дисоціації електроліти умовно поділяють насильні і слабкі. Слабкі електроліти характеризуються, перш за все, константоюі ступенем дисоціації, а сильні активністю іонів.
1.1 Слабкі електроліти. Константа та ступінь дисоціації
Молекули слабких електролітів лише частково дисоційований наіони, які знаходяться в динамічній рівновазі з недіссоціірующімімолекулами. До слабких електролітів відносяться багато органічні кислоти іпідстави у водних і неводних розчинниках. Ступінь дисоціації залежить відприроди розчинника, концентрації розчину, температури та інших факторів (<1). Один і той же електроліт при однаковій концентрації, але в різнихрозчинниках утворює розчини з різним ступенем дисоціації.
У розчинах слабких електролітів встановлюється рівновагаміж недіссоціірованнимі молекулами і продуктами їх дисоціації - іонами.Наприклад, у водному розчині оцтової кислоти встановлюється рівновага
СНзСООН Н + + СН 3 СОО -
Константа якого (константа дисоціації) пов'язана зконцентраціями відповідних часток співвідношенням:
К = [н + ] [сн 3 соо - ]
[сн 3 соо]
Ступенем дисоціації а електроліту називається частка його молекул, що піддалисядисоціації, тобто відношення числа молекул, що розпалися в даному розчині наіони, до загального числа молекул електроліту в розчині.
У разі електроліту MX, дисоціюють на іони М + і Х-, константа і ступіньдисоціації пов'язані співвідношенням (закон розведення Оствальда)
К = а 2 С/1 - а
де С - молярнаконцентрація електроліту, моль/л.
Якщо ступінь дисоціації значно менше одиниці, то принаближених обчисленнях можна прийняти, що 1 - а1. Тоді вираз законурозбавлення спрощується:
К = а 2 С
Звідси
Останнє співвідношення показує, що при розведеннірозчину (тобто при зменшенні концентрації електроліту С) ступінь дисоціаціїелектроліту зростає.
Якщо в розчині електроліту MX ступінь його дисоціації рівна а, то концентрації іонів М + іХ-в розчині однакові й становлять:
[М + ] = [Х - ] = АС
Підставивши сюди значення а з попереднього співвідношення,знаходимо:
[М + ] = [Х - ] = С =
Для розрахунків, пов'язаних з дисоціацією кислот, часто зручнокористуватися не константою К, а так званим показником константи дисоціаціїрК, який визначається співвідношенням
рК = -lg К
Очевидно, що ззростанням К, тобто із збільшенням сили кислоти, значення рК зменшується;отже, чим більше рК, тим слабша кислота.
При введенні в розчинслабкого електроліту однойменних іонів (тобто іонів, однакових з одним зіонів, що утворюються при дисоціації електроліту) рівновага дисоціаціїпорушується і зміщується в напрямі освіти недіссоціірованних молекул,так що ступінь дисоціації електроліту зменшується. Так, додаток дорозчину оцтової кислоти її солі (наприклад, ацетату натрію) призведе допідвищення концентрації іонів СН 3 СОО - і, відповідно до принципуЛе Шательє, рівновага дисоціації зміститьсявліво.
СНзСООН Н + + СН 3 СОО -
У розчинах багатоосновнихкислот, а також підстав, що містять кілька гідроксильних груп,встановлюються ступінчасті рівноваги, що відповідають послідовним стадіямдисоціації. Так, дисоціація ортофосфорної кислоти протікає в три щаблі, кожній з яких відповідає певне значення ступінчастоюконстанти дисоціації. Оскільки До 1 >> До 2 >> До 3 ,то найбільшою мірою протікає дисоціація по першій ступені, а при переходідо кожної наступної стадії ступінь дисоціації, як правило, різкозменшується.
Н 3 РВ 4 ↔ Н + + Н 2 РВ 4 - (До 1 = 7,5 . 10 -3 )
Н 2 РВ 4 - ↔ Н + + НРО 4 2 - (До 2 = 6,3 . 10 -8 )
НРО 4 2 - ↔ Н + + РВ 4 3 - (До 3 = 1,3 . 10 -12 )
Дисоціація електроліту призводить до того, що загальне числочастинок розчиненої речовини (молекул і іонів) в розчині зростає попорівнянні з розчином неелектроліту тій самій молярній концентрації. Томувластивості, що залежать від загального числа що знаходяться в розчині частинок розчиненоїречовини (коллігатівние властивості), - такі, як осмотичний тиск,зниження тиску пара, підвищення температури кипіння, зниження температуризамерзання - проявляються в розчинах електролітів в більшій мірі, ніж врівних по концентрації розчинах неелектролітів. Якщо в результаті дисоціаціїзагальне число частинок в розчині електроліту зросло в i разів у порівнянні з числом його молекул, то це повинно бутивраховано при розрахунку осмотичного тиску та інших коллігатівних властивостей.Формула для обчислення пониження тиск DР пари розчинниканабуває в цьому випадку наступний вигляд:
? Р = р 0 in 2 /п 1 + in 2
Тут
р 0 - тиск насиченої пари над чистим розчинником;
п 2 - число молей розчиненої речовини;
п 1 - число молей розчинника;
i - ізотонічнийкоефіцієнт або коефіцієнт Вант-Гоффа.
Аналогічно зниження температури кристалізації О”t крист і підвищення температури кипіння О”t кип розчину електроліту знаходять заформулами
О”t крист = iKm
О”t ки...
