Материал параграфа поможет вам:
узнать, какой процесс называют электролитической диссоциацией;
понять, как образуются ионы в растворах кислот; выяснить причину изменения цвета индикаторов в водных растворах кислот и щелочей; узнать о ступенчатой диссоциации некоторых кислот.
Свойство растворов или расплавов некоторых веществ проводить электрический ток обусловлено наличием ионов в этих жидкостях.
Распад вещества на ионы при его растворении или плавлении называют электролитической диссоциацией1.
1 Термин происходит от латинского слова dissociatio — разъединение.
Сванте Август Аррениус (1859—1927)
Выдающийся шведский ученый, академик Королевской академии наук Швеции, почетный член Петербургской академии, академий наук СССР и многих других стран. Один из основателей физической химии. Сделал значительный вклад в исследование растворов и химических реакций. Автор теории электролитической диссоциации (1887), за создание которой ученому была присуждена Нобелевская премия (1903). Объяснил зависимость скорости реакции от температуры, сформулировал представление об «активных молекулах» (1889). Математическая формула этой зависимости была названа уравнением Аррениуса. Автор многих научных работ по химии, биологии, геологии, физике.
Теорию электролитической диссоциации веществ в растворах создал шведский ученый Сванте Август Аррениус в 1887 году.
Вы уже знаете, что вещества, распадающиеся в растворе или расплаве на ионы, называют электролитами. Среди них имеются соединения ионного и молекулярного строения.
Электролитическая диссоциация ионных веществ. О процессе растворения ионного вещества в воде речь шла в § 3. Молекулы воды благодаря электростатическому взаимодействию с ионами, размещенными на поверхности кристаллов, постепенно извлекают их из вещества (рис. 7). Кристаллы разрушаются, вещество растворяется. Оставаясь соединенными с молекулами воды, катионы и анионы электролита вместе с другими молекулами воды образуют раствор.
Электролитическую диссоциацию вещества, как и химическую реакцию, можно представить химическим уравнением. Запи
шем уравнения электролитической диссоциации натрий хлорида и алюминий сульфата в водном растворе:
(Молекулы воды, с которыми соединены ионы, в таких уравнениях не указывают.)
Водные растворы солей, кроме молекул воды, содержат ионы, из которых состоят эти вещества.
Соли — электролиты, диссоциирующие в водных растворах или расплавах на катионы металлических элементов и анионы кислотных остатков.
В водных растворах щелочей находятся катионы металлических элементов и гидроксид-ионы ОН“. Уравнения электролитической диссоциации калий гидроксида и барий гидроксида:
Основания — электролиты, диссоциирующие в водных растворах или расплавах с образованием анионов одного типа — гидроксид-ионов ОН-.
Наличие гидроксид-ионов в водных растворах щелочей обуславливает общие химические свойства этих соединений. Так, щелочи одинаково действуют на определенный индикатор: фенолфталеин окрашивается в малиновый цвет, метилоранж — в желтый, лакмус — в синий, универсальный индикатор — в сине-зеленый. Таким образом, с помощью индикатора можно обнаружить в водном растворе щелочи ионы ОН“, а не конкретное соединение.
Нерастворимые основания на индикаторы не действуют.
В химии часто используют словосочетание «щелочная среда». Оно указывает на то, что в растворе имеются гидроксид-ионы.
Электролитическая диссоциация молекулярных веществ. В электролитах молекулярного строения — кислотах — ионы отсутствуют. Они образуются только при растворении веществ в воде.
Рассмотрим, как происходит этот процесс в хлоридной кислоте — водном растворе хлоро-водорода НС1.
Это интересно
Заряд на атоме Гидрогена в молекуле НС1 составляет +0,2, а на атоме Хлора -0,2.
В молекуле НС1 существует полярная ковалентная связь. Общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому Хлора (Н :С1). На этом атоме сосредотачивается небольшой отрицательный заряд (5-), а на атоме Гидрогена — положительный заряд (5+). Таким образом, молекула хлороводорода
является диполем:
При растворении хлороводорода в воде молекулы НС1 и Н20 притягиваются друг к другу своими противоположно заряженными частями. Вследствие этого ковалентная связь во многих молекулах НС1 разрывается, и они распадаются, но не на атомы, а на ионы (рис. 24).
Рис. 24.
Образование ионов из молекул HCI в водном растворе
Общая электронная пара, которая была смещена к атому Хлора, при разрушении молекулы переходит в его «собственность»; атом Хлора превращается в ион СГ. Атом Гидрогена теряет свой единственный электрон и становится ионом Н+. Образовавшиеся ионы, как и моле-
кулы НС1, являются гидратированными, т. е. соединенными с молекулами воды.
Некоторые ионы Н+ и СГ вследствие электростатического притяжения снова соединяются в молекулы. Поэтому уравнение электролитической диссоциации хлороводорода в водном растворе записывают со знаком обратимости:
Этот знак свидетельствует об одновременном протекании двух процессов — прямого (слева направо) и обратного (справа налево). Оба процесса при постоянных концентрации раствора и температуре происходят с одинаковой скоростью. Поэтому количество молекул и ионов в растворе со временем не изменяется.
В хлоридной кислоте и водных растворах других кислот, кроме молекул воды, содержатся катионы Гидрогена Н+, анионы кислотных остатков, а также молекулы кислот.
Кислоты — электролиты, диссоциирующие в водных растворах с образованием катионов одного типа — ионов Гидрогена Н+.
Наличие ионов Н+ в водных растворах кислот обуславливает общие химические свойства этих соединений, например одинаковое действие на индикатор. С его помощью обнаруживаем в водном растворе кислоты ионы Н+, а не определенную кислоту. Выражение «кислая среда» означает, что раствор содержит катионы Гидрогена.
Нерастворимые кислоты не действуют на индикаторы.
Диссоциация многоосно́вных кислот имеет ступенчатый характер; она протекает в несколько стадий. Рассмотрим этот процесс на примере трехосно́вной ортофосфатной кислоты Н3Р04. Молекула этой кислоты содержит три
атома Гидрогена. Вначале от молекулы отделяется один из них, превращаясь в ион Н+
затем, уже от иона Н2Р04, — второй
и, наконец, — третий
Обратите внимание: заряд иона в левой части второго (или третьего) уравнения равен сумме зарядов двух ионов в правой части.
На каждой стадии диссоциирует только часть молекул или ионов. Водный раствор ортофосфатной кислоты, кроме молекул воды, содержит молекулы Н3Р04, катионы Гидрогена и разное количество анионов трех видов.
Из скольких стадий состоит процесс диссоциации сульфатной кислоты? Напишите соответствующие уравнения.
Щелочи и соли, в отличие от кислот, диссоциируют не ступенчато
а в одну стадию и полностью:
В раствор переходят ионы, из которых состоят эти соединения.
ВЫВОДЫ
Распад вещества на ионы при его растворении или плавлении называют электролитической диссоциацией. В случае растворения ионного вещества (щелочи, соли) этот процесс заключается в переходе ионов из вещества в раствор. Электролитическая диссоциация молекулярного вещества (кислоты) происходит вследствие распада молекул на ионы.
Соли диссоциируют на катионы металлических элементов и анионы кислотных остатков, основания — с образованием гидроксид-ионов, а кисло́ты — с образованием катионов Гидрогена.
Не все молекулы кислоты распадаются в растворе на ионы. Электролитическая диссоциация многоосно́вных кислот происходит в несколько стадий.
С помощью индикаторов обнаруживают в растворе ионы ОН- и Н+, а не конкретное соединение — щелочь или кислоту.
47. Дайте определение соли, щелочи и кислоты как электролитов.
48. Могут ли быть электролитами простые вещества? Ответ обоснуйте.
49. Составьте формулу соли и запишите уравнение ее электролитической диссоциации, если в растворе соединения имеются ионы:
50. Напишите уравнения электролитической диссоциации в водном растворе соединений с такими формулами: LiOH, HN03, CuS04, H2S, K3PO4. Какое соединение диссоциирует ступенчато?
51. Почему кальций хлорид диссоциирует в одну стадию и полностью (СаС12 = Са2+ + 2СГ), а не ступенчато — в две стадии?
52. Вычислите количество катионов и количество анионов в растворе, который содержит:
а) 2,4 г литий гидроксида;
б) 2,9 г калий сульфата.
53. Какова массовая доля гидроксид-ионов в растворе, приготовленном из 4 г натрий гидроксида и 36 г воды?
54. Газ хлороводород объемом 560 мл (н. у.) растворили в 100 мл воды. Предположив, что соединение диссоциирует полностью, вычислите массовые доли ионов в растворе.
55. В 800 г воды растворили 1 моль натрий сульфата и 2 моль натрий гидроксида. Вычислите массовую долю каждого иона, имеющегося в растворе.
56. В1 л воды некоторого источника содержится 60 мг ионов Са2+ и 36 мг ионов Mg2+. Сопоставьте количества этих ионов (попробуйте это сделать на основании устных вычислений) и выберите правильный ответ:
Это материал учебника Химия 9 класс Попель, Крикля