У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
• який процес називають електролітичною дисоціацією;
• які речовини називають електролітами, а які — неелектролітами;
• які йони називають катіонами, а які — аніонами.
Процес розчинення деяких речовин у воді, зокрема кислот, основ і солей, може супроводжуватися їхньою взаємодією. Унаслідок цього утворюються йони — позитивно та негативно заряджені частинки.
Розклад розчиненої речовини на йони під дією молекул розчинника називають електролітичною дисоціацією, або йонізацією, речовини в розчинах.
Наприклад, розчинні у воді солі практично повністю дисоціюють на ті самі йони, з яких складаються їхні кристалічні ґратки. Це можна подати у вигляді рівняння дисоціації:
Заряд йона записують так: спочатку число (1 не пишуть), потім — знак, читають: Си2+ — купрум-два-плюс, SO^- — ес-о-чотири-два-мінус.
Однією з характерних особливостей таких розчинів солей, а також кислот і основ є їхня здатність проводити електричний струм. При цьому більшість твердих солей і основ у безводному стані, а також безводні кислоти мають дуже слабку електропровідність, погано проводить електричний струм і сама вода. Очевидно, що саме під час утворення розчинів подібні речовини зазнають змін, що обумовлюють виникнення електропровідності. Це дисоціація на йони, які і є переносниками електричного струму.
Речовини, водні розчини та розплави яких виявляють здатність проводити електричний струм, називають електролітами.
До електролітів відносять сполуки, утворені за допомогою йон-ного або ковалентного сильно полярного зв’язку, — це кислоти, основи та солі. Електролітами є також деякі розплавлені солі, оксиди й основи.
Позитивно заряджені йони називають катіонами, а негативно заряджені — аніонами.
Речовини, водні розчини яких не проводять електричного струму, називають неелектролітами.
До таких речовин належать, наприклад, цукор, гліцерол.
Демонстраційний дослід
Дослідження речовин та їхніх водних розчинів на електричну провідність
Електричну провідність речовин та їхніх розчинів оцінюють, спостерігаючи відхилення стрілки амперметра й інтенсивність світіння електричної лампочки (рис. 19).
Рис. 19. Установка для дослідження електропровідності розчинів:
1 — хімічний стакан ємністю 200-300 мл; 2 — електроди;
3 — амперметр; 4 — електрична лампочка
• У хімічний стакан насипають кристалічний натрій хлорид, так щоб електроди були повністю в нього занурені. Вмикають прилад в електричне коло. Звертають увагу на відсутність відхилення стрілки амперметра та світіння електричної лампочки. Висипають зі стакана кристалічний натрій хлорид. Старанно витирають стакан і електроди фільтрувальним папірцем.
• Заповнюють стакан кристалічним цукром так само, як і натрій хлоридом. Вмикають прилад і звертають увагу на відсутність електричного струму в колі, а отже, і електропровідності цукру. Висипають зі стакана кристалічний цукор і готують установку для подальших досліджень.
• Заливають у стакан дистильовану воду. Вмикають прилад в електричне коло. Лампочка не засвічується, хоча на амперметрі спостерігається слабке відхилення стрілки. Чому? Рівняння дисоціації води можна записати так:
• Виливають воду й заливають розчин цукру концентрацією 1 моль/л. Вмикають прилад в електричне коло. Електрична лампочка не засвічується, і відхилення стрілки амперметра не спостерігається. Виливають розчин цукру, промивають стакан і електроди дистильованою водою.
• Заливають хлоридну кислоту концентрацією 1 моль/л. Спостерігається і відхилення стрілки амперметра, і інтенсивне світіння електричної лампочки.
• Виливають хлоридну кислоту, промивають стакан і електроди дистильованою водою і заливають розчин натрій хлориду тієї самої концентрації, що й HCl.
Вмикають установку. Спостерігають більше відхилення стрілки амперметра та інтенсивніше світіння лампочки.
За результатами дослідів визначте, які речовини є електролітами, а які — неелектролітами. Згідно зі спостереженнями щодо інтенсивності світіння лампочки та ступеня відхилення стрілки амперметра зробіть висновок, який з електролітів найсильніший.
Основні поняття. Електроліти. Неелектроліти. Електролітична дисоціація. Аніон. Катіон.
З історії хімії
Сванте-Август Арреніус (1859-1927)
У 1887 р. шведський учений С.-А. Арреніус сформулював основні положення теорії електролітичної дисоціації, згідно з якими:
• речовини поділяють на електроліти і неелектроліти;
• під час розчинення у воді електроліти дисоціюють на йони;
• йони, що утворилися, та молекули розчинника перебувають у стані невпорядкованого теплового руху.
Ці положення пояснили багато незрозумілих фактів.
За розробку теорії електролітичної дисоціації С.-А. Арреніусу було присуджено Нобелівську премію з хімії.
Однак у цій теорії виключалася можливість хімічної взаємодії йонів з молекулами розчинника. Через це не було пояснено причину дисоціації електролітів і стійкості йонів у розчині. У подальшому вчені встановили, що електрохімічна дисоціація в розчинниках відбувається в результаті фізично-хімічної взаємодії йонів (молекул) електроліту з полярними молекулами розчинника.
Для допитливих
Про деякі особливості розчинів електролітів
Дослідження показали, що підвищення температури кипіння й пониження температури замерзання розведених водних розчинів неелектролітів відбувається пропорційно зростанню їхньої концентрації. Однак зміна температур кипіння та замерзання розчинів солей, кислот і основ є завжди більшою, ніж це відповідає концентрації розчину.
Наприклад, температура замерзання розчину, що містить 1 г NaCl у 100 г води, практично вдвічі перевищує температуру, обчислену теоретично. Така сама невідповідність спостерігається й відносно розчинів інших солей, а також кислот та основ.
Природно було б припустити, що причиною таких відхилень є здатність зазначених речовин розпадатися у розчині на дрібніші частинки. А оскільки температура кипіння залежить від кількості частинок розчиненої речовини, що містяться в одиниці об’єму розчину, то зі збільшенням їхньої кількості вона теж зростає.
Речовини, йони яких проводять електричний струм, назвали електролітами. У результаті розчинення у воді, а також і в деяких інших розчинниках властивості електролітів виявляють солі, основи й кислоти.
Запитання та завдання
°1. Який процес називають електролітичною дисоціацією? Що є однією з характерних особливостей цього процесу?
°2. Які речовини є електролітами, а які — неелектролітами?
Чим вони відрізняються? Наведіть приклади.
°3. Що таке катіони й аніони? За якою ознакою вони відрізняються між собою?
4. За допомогою якого типу хімічного зв’язку утворюються сполуки, що є електролітами?
5. Чи однакова електропровідність розведених і концентрованих розчинів більшості електролітів?
6. Якщо взяти речовини KOH, CaSO4, MgCl2, AgCl, помістити їх у хімічний стакан, додати воду, розмішати, потім у кожен стакан по черзі опустити електроди приладу (рис. 19), то у яких випадках лампочка не засвітиться? Чому?
7. Напишіть формули речовин, які в результаті розчинення у воді утворюють такі йони: а) Na+ і SO^-; б) Al8+ і Cl-; в) Mg2+ і NO-.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)