Теория по электролитической диссоциации

РАСТВОРЫ. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ

Растворы – однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов и продуктов их взаимодействия.

Массовая доля растворенного вещества (ω, в долях от единицы или в %) – величина, которая равна отношению массы растворенного вещества к общей массе раствора: ω = m(в-ва) / m(р-ра)

Объемная доля растворенного вещества (φ – фи) – и растворенное вещество, и растворитель – жидкие: φ(в-ва) = V(в-ва) / V(р-ра)

Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется молярным

Молярная концентрация (молярность, выражается в моль/л) – величина, равная отношению количества растворенного вещества к объему раствора:

C(в-ва) = n(в-ва) / V(р-ра)

Растворимость – свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе (согласно таблице растворимости):

1) растворимые (Р) – больше 10 г в 1000 г воды (сахар – 2000 г/1000 г воды);

2) малорастворимые (М, МР) – 0,01 – 10 г в 100 г воды (гипс – 2 г/1000 г воды)

3) нерастворимые (Н, НР) – менее 0,01 г в 1000 г воды (хлорид серебра – 0,0015 г/1000 г воды)

Типы растворов:

1) разбавленные – относительное малое содержание растворенного вещества

2) концентрированные – относительно высокое содержание растворенного вещества (например, 98% H₂SO₄; 38% HCl)

3) насыщенный – раствор, в котором при определенной температуре данное вещество больше не может растворяться (который находится в динамическом равновесии с избытком растворенного вещества)

4) ненасыщенный – раствор, в котором при определенной температуре данное вещество еще может растворяться

5) пересыщенный – раствор, в котором при определенной температуре данного вещества больше, чем в насыщенном (очень нестойкие; сахароза)

Если речь идет о насыщенном растворе, то используют коэффициент растворимости – определяется массой вещества, которая способна раствориться в 100 г воды при определенной температуре (k).

Виды растворов:

1) коллоид (размер частиц – 10^-7 м) – дисперсные системы, промежуточные между истинными и грубодисперсными (мыла, желатин, белки)

2) истинный раствор (размер частиц – 10^-9 м) – гомогенный раствор, где размеры растворенных частиц настолько малы, что не различаются оптически (соль в воде, сахар в воде)

3) механическая смесь – гетерогенная система (сплавы горных пород, песок в воде, сера с песком, растительное масло с водой)

4) взвесь – вещество находится во взвешенном состоянии и имеет малую разницу в величине и плотности составляющих

5) суспензия (подвид взвеси; размер частиц - 10^-5 м) – дисперсная система, где фаза – твердая, а среда – жидкость (мел в воде, глина в воде, промывочные жидкости, цементные растворы, эмалевые краски) Т в Ж

6) эмульсия (подвид взвеси; размер частиц – 10^-4 м) - система из двух фаз, обе – жидкости (жидкость для мытья посуды, эмульсионная краска, молоко, жидкое масло) Ж в Ж

7) золь – коллоидный раствор, где рост кристаллов заканчивается на стадии коллоидной дисперсности

8) дым – взвесь твердых частиц в газообразной среде

9) туман – взвесь жидких частиц в газообразной среде

10) аэрозоль – мелкие твердые или жидкие частицы, взвешенные в газовой среде

11) пена – взвесь газа в жидкости или в твердой фазе

Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды – кристаллогидраты (медный купорос CuSO₄·5H₂O; гипс CaSO₄·2H₂O; сода кристаллическая Na₂CO₃·10H₂O). Вода, входящая в состав кристаллогидратов – кристаллизационная.

Процесс распада электролита на ионы при растворении его в воде или расплавлении называют ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИЕЙ. Обратимый процесс.

Вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток за счет образовавшихся ионов, называют электролитами (соли, щелочи, кислоты). Для электролитов характерна ионная или ковалентная сильнополярная химическая связь.

Некоторые вещества (кислород, азот, водород; метан, сахар, ацетон, спирт – большинство органических соединений) не проводят электрический ток. Причина этого - попадающие в раствор нейтральные молекулы этих веществ не могут передвигаться. Для неэлектролитов характерна ковалентная неполярная или малополярная связь.

Основные положения теории электролитической диссоциации (1887 г.):

1) Электролиты – вещества, при растворении в воде или в расплавленном состоянии распадаются на ионы. Ионы – атомы/группы атомов, обладающие положительным (катионы) или отрицательным (анионы) зарядом.

KCl → K⁺ + Cl^- Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄^2-

2) ионы отличаются от нейтральных как по строению, так и по свойствам.

Нейтральным атом натрия: Na +11 2ē 8ē 1ē

Катион натрия: Na⁺ +11 2ē 8ē

3) в растворе и расплаве электролита ионы движутся хаотически. При пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы (анионы) – к аноду.

Все РАСТВОРИМЫЕ кислоты в водных растворах диссоциируют на ионы водорода и кислотных остатков. HCl → H⁺ + Cl^-

Из чего делаем вывод, что кислоты – сложные вещества, при диссоциации которых в водных растворах в качестве катионов отщепляются только ионы водорода.

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:

H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄^–

HSO₄^- → H⁺ + SO₄^2-

Все РАСТВОРИМЫЕ основания в водных растворах диссоциируют на отрицательно заряженные гидроксид – ионы OH- и положительные заряженные ионы металлов.

NaOH → Na⁺ + OH^-

Из чего делаем вывод, что основания – сложные вещества, при диссоциации которых в водных растворах в качестве анионов отщепляются только гидроксид – ионы.

Все РАСТВОРИМЫЕ соли в водных растворах диссоциируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков.

Степень диссоциации α – отношение числа продиссоциировавших молекул к общему числу молекул, находящихся в растворе. (α = n/N, n – распавшиеся молекулы, N – общее число молекул).

Сильные электролиты по классификации электролитов – при растворении в воде почти полностью распадаются на ионы (почти все растворимые соли, кислоты – соляная, азотная, серная; растворимые основания (щёлочи) – гидроксиды щелочных металлов, гидроксиды бария и кальция)

Слабые электролиты – незначительно диссоциируют на ионы (почти все органические кислоты (уксусная), угольная, борная кислоты, азотистая; основания (кроме щелочных и щелочно – земельных металлов); NH₄OH). Вода также слабый электролит: H₂O ↔ H⁺ + OH^-)

Ионными реакциями (реакциями ионного обмена) называются реакции между ионами в растворе. Они протекают до конца в следующих случаях:

1) выпадение осадка;

2) выделение газа;

3) образование малодиссоциирующего вещества, например, воды.

В ионных уравнениях в виде ионов расписывают все вещества, КРОМЕ НЕРАСТВОРИМЫХ, ГАЗООБРАЗНЫХ и МАЛОДИССОЦИИРУЮЩИХ!

Уравнения ионных реакций можно записать в полном (молекулярное и ионное) и сокращенном виде (ионное):

Молекулярное уравнение: Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2NaCl

Полное ионное уравнение: 2Na⁺ + SO₄^2- + Ba²⁺ + 2Cl^- = 2Na⁺ + 2Cl^- + BaSO₄↓

Сокращенное ионное уравнение: Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄↓

Для каждого иона существуют специфические химические свойства, с помощью которых можно обнаружить эти ионы в растворе (качественная реакция на ион)