Растворение в воде веществ с ковалентной сильнополярной химической связью (на примере соляной кислоты)

Электролитическая диссоциация

Электролитическая диссоциация – это процесс распада электролита на ионы в водном растворе или расплаве.

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

К числу электролитов относятся соединения с ионной связью (соли – KCl, NaNO₃, AlI₃ и др., основания – KOH, NaOH, Ba(OH)₂ и др.), кислоты (HBr, HI, H₂SO₄, H₃PO₄ и др.).

Неэлектролиты – вещества, водные растворы или расплавы которых не проводят электрический ток (сахароза, этанол, этилен, этаналь и др.).

В процессе электролитической диссоциации образуется свободные положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы), которые могут быть простыми (K⁺, Cl^-) и сложными (SO₄^2-, NO₃^-), однозарядными и многозарядными:

NaCl → Na⁺ + Cl^-

NH₄NO₃ → NH₄⁺ + NO₃^-

K₂SO₄ → 2K⁺ + SO₄^2-.

В электрическом поле положительно заряженные ионы перемещаются к отрицательному электроду (катоду), а отрицательно заряженные – к положительно заряженному электроду (аноду); отсюда и происходит название соответствующих ионов.

Рассмотрим процесс растворения электролитов в воде

В целом молекула воды не заряжена. Но внутри молекулы Н₂О атомы водорода и кислорода располагаются так, что положительные и отрицательные заряды находятся в противоположных концах молекулы (рис. 1). Поэтому молекула воды представляет собой диполь.

Рис. 1. Молекула воды полярна и представляет собой диполь

Растворение в воде веществ с ионной химической связью (на примере хлорида натрия – поваренной соли)

Механизм электролитической диссоциации NaCl при растворении поваренной соли в воде (рис. 2) состоит в последовательном отщеплении ионов натрия и хлора полярными молекулами воды. Вслед за переходом ионов Na⁺ и Сl^– из кристалла в раствор происходит образование гидратов этих ионов.

Рис. 2. Механизм растворения хлорида натрия в воде: а – ориентация молекул воды на поверхности кристалла NaCl и отрыв иона Na⁺; б – гидратация (окружение молекулами воды) ионов Na⁺ и Сl^–

 

Растворение в воде веществ с ковалентной сильнополярной химической связью (на примере соляной кислоты)

При растворении в воде соляной кислоты (в молекулах HCl cвязь между атомами ковалентная сильнополярная) происходит изменение характера химической связи. Под влиянием полярных молекул воды ковалентная полярная связь превращается в ионную. Образовавшиеся ионы остаются связанными с молекулами воды – гидратированными. Если растворитель неводный, то ионы называют сольватированными (рис.3).

Рис. 3. Диссоциация молекул HCl на ионы в водном растворе

 

Степень электролитической диссоциации α – физическая величина, равная отношению числа распавшихся (продиссоциировавших) на ионы молекул (или формульных единиц ФЕ) к общему числу растворенных молекул (ФЕ):

где, N_дис – число распавшихся на ионы молекул или ФЕ; N_общ – общее число растворенных молекул ил ФЕ.

Для сильных электролитов α ≈ 1. К ним относятся соединения с ионной связью (практически все соли, щелочи), ковалентной сильно полярной связью (некоторые кислоты: HCl, HBr, HI, H₂SO₄, HNO₃, HClO₄, HClO₃, HMnO₄).

Уравнение диссоциации сильных электролитов записывают как необратимый одностадийный процесс со стрелкой в одном направлении:

Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-

Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO₄^2-

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

Для слабых электролитов α < 1. К ним относятся вода, некоторые кислоты (уксусная, HF, H₂S, H₂CO₃, H₂SO₃, HNO₂, H₃PO₄, HClO, HClO₂, H₂SiO₃), нерастворимые в воде основания (Mg(OH)₂, Cu(OH)₂ и др.).

Уравнения диссоциации слабых электролитов представляют обратимый процесс, протекающий ступенчато, если в составе кислоты содержится более одного атома водорода, а в составе основания – более одной гидроксогруппы:

HF ↔ H⁺ + F^-

 

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

 

H₃PO₄ ↔ H⁺ + H₂PO₄^- α₁

H₂PO₄^- ↔ H⁺ + HPO₄^2- α₂

HPO₄^2- ↔ H⁺ + PO₄^3- α₃

 

Mg(OH)₂ ↔ MgOH⁺ + OH^- α₁

MgOH⁺ ↔ Mg²⁺ + OH^- α₂

 

KHCO₃ → K⁺ + HCO₃^- α = 1

HCO₃^- ↔ H⁺ + CO₃^2- α << 1

В этих процессах α₁ >> α₂ >> α₃.

Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, от концентрации электролита, температуры.

1. Зависимость степени диссоциации от природы: чем полярнее химическая связь в молекуле электролита и растворителя, тем сильнее выражен процесс диссоциации электролита на ионы и тем выше значение степени диссоциации.

2. Зависимость степени диссоциации от концентрации электролита: с уменьшением концентрации электролита, т.е. при разбавлении его водой, степень диссоциации всегда увеличивается.

3. Зависимость степени диссоциации от температуры: степень диссоциации возрастает при повышении температуры (повышение температуры приводит к увеличению кинетической энергии растворённых частиц, что способствует распаду молекул на ионы).

Отметим:

· при диссоциации кислот образуются катионы гидроксония H₃O⁺ (HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^-), однако уравнения диссоциации кислот обычно записывают упрощенно, без указания молекул воды: HCl → H⁺ + Cl^-;

· с точки зрения теории электролитической диссоциации все общие свойства кислот обусловлены наличием в их водных растворах избытка ионов Н⁺, а все общие свойства щелочей – избытком гидроксид-ионов ОН^-. В частности, именно ионам Н⁺ и ОН^- водные растворы кислот и щелочей соответствующим образом изменяют окраску индикаторов.

Ионные уравнения реакций

Электролиты в водных растворах, как правило, распадаются на свободные ионы, между которыми и протекают реакции.

Ионные реакции – это реакции между иона в растворах электролитов. В большинстве случаев они относятся к обменному типу, поэтому их часто называют реакциями ионного типа (ионными).

Условия протекания таких реакций:

· образование нерастворимых веществ (осадка);

· выделение газа;

· образование слабых электролитов.

Сущность реакции ионного обмена отражают сокращенные ионные уравнения, которые получают из молекулярных уравнений путем удаления одноименных ионов из левой и правой частей уравнения. При записи ионных уравнений в ионном виде не расписывают формулы веществ, которые являются:

· осадками;

· слабыми электролитами (H₂O, H₂S и т.д.);

· газами;

· оксидами.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: