Матеріал параграфа допоможе вам:
довідатись, який процес називають електролітичною дисоціацією;
зрозуміти, як утворюються йони в розчинах кислот;
з'ясувати причину зміни забарвлення індикаторів у водних розчинах кислот і лугів; дізнатися про ступінчасту дисоціацію деяких кислот.
Здатність розчинів чи розплавів деяких речовин проводити електричний струм зумовлена наявністю йонів у цих рідинах.
Розпад речовини на йони під час її розчинення або плавлення називають електролітичною дисоціацією1.
Теорію електролітичної дисоціації речовин у розчинах створив шведський учений Сванте-Август Арреніус у 1887 році.
Ви вже знаєте, що речовини, які розпадаються у розчині чи розплаві на йони, називають електролітами. Серед них є сполуки йон-ної та молекулярної будови.
Електролітична дисоціація йонних речовин. Про суть процесу розчинення йонної речовини у воді йшлося в § 3. Молекули води завдяки електростатичній взаємодії з йонами, розміщеними на поверхні кристалів, поступово вилучають їх із речовини (мал. 7). Кристали руйнуються, речовина розчиняється. Залишаючись сполученими з молекулами води, катіони й аніони електроліту разом з іншими молекулами води утворюють розчин.
Сванте-Август Арреніус (1859—1927)
Видатний шведський учений, академік Королівської академії наук Швеції, почесний член Петербурзької академії, академій наук СРСР і багатьох інших країн. Один із засновників фізичної хімії. Зробив вагомий внесок у дослідження розчинів і хімічних реакцій. Автор теорії електролітичної дисоціації (1887), за створення якої вченому було присуджено Нобелівську премію (1903). Пояснив залежність швидкості реакції від температури, сформулювавши уявлення про «активні молекули» (1889). Математичну формулу цієї залежності названо рівнянням Арреніуса. Автор багатьох наукових праць із хімії, біології, геології, фізики.
Електролітичну дисоціацію речовини, як і хімічну реакцію, можна відобразити за допомогою хімічного рівняння. Запишемо рівняння електролітичної дисоціації натрій хлориду й алюміній сульфату у водному розчині:
(Молекули води, з якими сполучені йони, в таких рівняннях не вказують.)
Водні розчини солей, крім молекул води, містять йони, з яких складаються ці речовини.
Солі — електроліти, які дисоціюють у водних розчинах або розплавах на катіони металічних елементів та аніони кислотних залишків.
У водних розчинах лугів містяться катіони металічних елементів і гідроксид-іони OH-. Рівняння електролітичної дисоціації калій гідроксиду і барій гідроксиду:
Основи — електроліти, які дисоціюють у водних розчинах або розплавах з утворенням аніонів одного типу — гідроксид-іонів OH-.
Наявність гідроксид-іонів у водних розчинах лугів зумовлює спільні хімічні властивості цих сполук. Так, луги однаково діють на певний індикатор: фенолфталеїн забарвлюється в малиновий колір, метилоранж — у жовтий, лакмус — у синій, універсальний індикатор — у синьо-зелений. Отже, за допомогою індикатора можна виявити у водному розчині лугу йони OH-, а не певну сполуку.
Нерозчинні основи на індикатори не діють.
У хімії часто використовують словосполучення «лужне середовище». Воно вказує на те, що в розчині наявні гідроксид-іони.
Електролітична дисоціація молекулярних речовин. В електролітах молекулярної будови — кислотах — йони відсутні. Вони утворюються лише під час розчинення речовин у воді.
Розглянемо, як відбувається цей процес у хлоридній кислоті — водному розчині хлороводню HCl.
У молекулі HCl існує полярний ковалентний зв’язок. Спільна електронна пара зміщена до більш електронегативного атома Хлору (H :Cl). На цьому атомі зосереджується невеликий негативний заряд (5-), а на атомі Гідрогену — позитивний заряд (5+). Отже, молекула
хлороводню є диполем:
Цікаво знати
Заряд на атомі Гідрогену в молекулі HCl становить +0,2, а на атомі Хлору -0,2.
Під час розчинення хлороводню у воді молекули HCl і H2O притягуються одна до одної своїми протилежно зарядженими частинами. Унаслідок цього ковалентні зв’язки в багатьох молекулах HCl розриваються і молекули розпадаються, але не на атоми, а на йони (мал. 24). Спільна електронна пара, що була зміщена до атома Хлору, під час руйнування молекули переходить у його «власність»; атом Хлору перетворюється на йон Cl-.
Мал. 24.
Утворення йонів із молекули HCl у водному розчині
Атом Гідрогену втрачає свій єдиний електрон і стає йоном Н+. Утворені йони, як і молекули HCl, є гідратованими, тобто сполученими з молекулами води.
Деякі йони H+ і Cl- унаслідок електростатичного притягання знову сполучаються в молекули. Тому рівняння електролітичної дисоціації хлороводню у водному розчині записують зі знаком оборотності:
Цей знак свідчить про одночасний перебіг двох процесів — прямого (зліва направо) і зворотного (справа наліво). Обидва процеси за незмінних концентрації розчину і температури відбуваються з однаковою швидкістю. Тому кількість молекул і йонів у розчині з часом не змінюється.
У хлоридній кислоті та водних розчинах інших кислот, крім молекул води, містяться катіони Гідрогену Н+, аніони кислотних залишків, а також молекули кислот.
Кислоти — електроліти, які дисоціюють у водних розчинах з утворенням катіонів одного типу — йонів Гідрогену Н+.
Наявність йонів Н+ у водних розчинах кислот зумовлює спільні хімічні властивості цих сполук, наприклад однакову дію на індикатор. За його допомогою виявляємо у водному розчині кислоти йони H+, а не певну кисло
ту. Вираз «кисле середовище» означає, що розчин містить катіони Гідрогену.
Нерозчинні кислоти не діють на індикатори.
Дисоціація багатоосновних кислот має ступінчастий характер; вона відбувається в кілька стадій. Розглянемо цей процес на прикладі трьохосновної ортофосфатної кислоти Н3РО4. Молекула цієї кислоти містить три атоми Гідрогену. Спочатку від молекули відокремлюється один із них, перетворюючись на йон Н+
Зверніть увагу: заряд йона в лівій частині другого (або третього) рівняння дорівнює сумі зарядів двох йонів у правій частині.
На кожній стадії дисоціює лише частина молекул або йонів. Водний розчин ортофос-фатної кислоти, крім молекул води, містить молекули H3PO4, катіони Гідрогену і різну кількість аніонів трьох видів.
Зі скількох стадій складається процес дисоціації сульфатної кислоти? Напишіть відповідні рівняння.
У розчин переходять йони, з яких складаються ці сполуки.
ВИСНОВКИ
Розпад речовини на йони під час її розчинення або плавлення називають електролітичною дисоціацією. У разі розчинення йонної речовини (лугу, солі) цей процес полягає в переході йонів із речовини в розчин. Електролітична дисоціація молекулярної речовини (кислоти) відбувається внаслідок розпаду її молекул на йони.
Солі дисоціюють на катіони металічних елементів і аніони кислотних залишків, основи — з утворенням гідроксид-іонів, а кислоти — з утворенням катіонів Гідрогену.
Не всі молекули кислоти розпадаються в розчині на йони. Електролітична дисоціація багато-основних кислот відбувається в кілька стадій.
За допомогою індикаторів виявляють у розчині йони ОН- і Н+, але не конкретну сполуку — луг чи кислоту.
47. Дайте означення солі, лугу і кислоти як електролітів.
48. Чи можуть бути електролітами прості речовини? Відповідь обґрунтуйте.
49. Складіть формулу солі та запишіть рівняння її електролітичної дисоціації, якщо в розчині сполуки містяться йони:
а) K+ та CO3-; в) Mg2+ та Cl-.
б) Fe3+ та NO3;
50. Напишіть рівняння електролітичної дисоціації у водному розчині сполук із такими формулами: LiOH, HNO3, CuSO4, H2S, K3PO4. Яка сполука дисоціює ступінчасто?
51. Чому, на вашу думку, кальцій хлорид дисоціює в одну стадію і повністю (CaCl2 = Ca2+ + 2Cl-), а не ступінчасто — у дві стадії?
52. Обчисліть кількість катіонів і кількість аніонів у розчині, що містить:
а) 2,4 г літій гідроксиду;
б) 2,9 г калій сульфату.
53. Яка масова частка гідроксид-іонів у розчині, який виготовили із 4 г натрій гідроксиду і 36 г води? (Усно.)
54. Газ хлороводень об'ємом 560 мл (н. у.) розчинили в 100 мл води. Припустивши, що сполука дисоціює повністю, обчисліть масові частки йонів у розчині.
55. У 800 г води розчинили 1 моль натрій сульфату і 2 моль натрій гідроксиду. Обчисліть масову частку кожного йона, що міститься в розчині.
56. В 1 л води деякого джерела міститься 60 мг йонів Са2+ та 36 мг йонів Mg2+. Зіставте кількості цих йонів (спробуйте це зробити на підставі усних обчислень) і виберіть правильну відповідь:
а) йонів Ca2+ і Mg2+ — однакова кількість;
б) йонів Ca2+ більше, ніж йонів Mg2+;
в) йонів Mg2+ більше, ніж йонів Ca2+.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Попель, Крикля