Электролитическая диссоциация и ионные равновесия в растворе

В результате изучения данной главы студент должен: знать

• • определение степени и константы диссоциации;
• • основные принципы кислотно-основной ионизации, ионообменных реакций и гидролиза солей;
• • электрическую проводимость водных растворов солей, кислот и оснований, назы ваемых электролитами;

уметь

• • объяснять определения кислот и оснований с использованием представлений Брёпстеда — Лоури, Льюиса и теории Пирсона;
• • рассчитывать величину pH растворов кислот и оснований;
• • объяснять ионизацию воды и водородный показатель; владеть
• • умением относить вещества к электролитам и неэлектролитам;
• • навыками написания полных и сокращенных ионных уравнений.

Электрическая проводимость водных растворов. Электролиты

Изучение разбавленных растворов показало, что их коллигативпые свойства зависят от числа растворенных частиц, а не от их химического состава. Эта общая закономерность справедлива также для растворов веществ в органических растворителях (или органических соединений в воде).

Иная картина наблюдается в свойствах растворов солей, кислот и оснований. Так, при введении в раствор 1 моль NaCl понижение температуры замерзания превышает почти в два раза криоскопическую постоянную воды, т. е. но своим свойствам полученный раствор соответствует удвоенной концентрации. Следовательно, при растворении NaCl происходит процесс, при котором число частиц растворенного вещества увеличивается. Другим важным свойством растворов солей, кислот и оснований является их электрическая проводимость, обусловленная наличием в растворе заряженных частиц.

Особенности коллигативных свойств растворов (в частности, неподчинение законам Рауля) позволили С. А. Аррениусу выдвинуть гипотезу об ионизации, согласно которой при растворении в воде соли, кислоты и основания распадаются на ионы, т. е. диссоциируют по обратимой реакции.

В солях имеет место ионный тип связи, поэтому при растворении, например, NaCl в воде молекула распадается на составные ионы.

Исходя из этого процесс растворения хлорида натрия в воде с образованием электрически заряженных частиц запишем так:

Атомы или группы атомов, которые несут электрический заряд, называются ионами (Са²⁺, Na⁺, Cl, SO^2- и т. д.).

Таким образом, при растворении соли в воде образуются заряженные частицы, которые могут независимо перемещаться в растворе, благодаря чему через раствор может проходить электрический ток. Ионы хлора двигаются в одном направлении, вызывая перемещение отрицательных зарядов в этом направлении, а ионы натрия двигаются в противоположном направлении, способствуя перемещению в этом направлении положительных зарядов. Прохождение электрического тока можно наблюдать на примере всех солей, гидроксидов и кислот, которые растворимы в воде.

Вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток, называются электролитами. К электролитам относятся вещества, в молекулах которых атомы связаны полярной или ионной химической связью. Например, хлороводород до растворения в воде представляет собой молекулу с типичной ковалентно-полярной связью. Однако при растворении хлороводорода в воде образуются ионы Н' и CI. В подобных случаях происходит разрыв ковалентной связи, но гетеролитическому механизму, вследствие чего электронная пара, осуществляющая ковалентную связь, целиком остается у более электроотрицательного атома. Процесс распада веществ в водных растворах на ионы называется электролитической диссоциацией.

В растворе, полученном растворением определенного количества электролита в воде, содержание ионов с течением времени не изменяется. Объясняется это тем, что наряду с ионизацией происходит и обратный процесс — образование из ионов недиссоциированных молекул, т. е. за единицу времени сколько молекул распадается, столько же и образуется. Следовательно, электролитическая диссоциация — процесс обратимый, обратный процесс называют моляризацией.