Elektrolitička disocijacija: jednadžba, stupanj, konstanta, reakcija

Temeljni stup kemije, zajedno s periodičnim sustavom D. I. Mendelejeva, struktura organskih spojeva A. M. Butlerova, druga značajna otkrića, je teorija elektrolitičke disocijacije. Godine 1887. razvio ga je Svante Arrhenius kako bi objasnio specifično ponašanje elektrolita u vodi, drugim polarnim tekućinama i topljenju. Pronašao je kompromis između dvije kategorički različite teorije o rješenjima koja postoje u to vrijeme - fizičke i kemijske. Prvi je izjavio da otopljena tvar i otapalo ne djeluju međusobno, stvarajući jednostavnu mehaničku smjesu. Drugi je da postoji kemijska veza između njih. Pokazalo se da su ta i druga svojstva svojstvena rješenjima.

U kasnijim fazama razvoja znanosti mnogi su znanstvenici nastavili istraživanje i razvoj u ovom području, oslanjajući se na dostupne informacije o strukturi atoma i prirodi kemijskih veza između njih. Konkretno, I. A. Kablukov bavio se pitanjem procesa solvatacije, a VA Kistjakovski je odredio ovisnost podizanja kolone tekućine u kapilari pri uvjetima vrenja na molekulsku masu.

Suvremena interpretacija teorije

Prije otkrića ovog otkrića nisu proučavana mnoga svojstva i okolnosti procesa cijepanja, kao i sama rješenja. Elektrolitička disocijacija je proces razgradnje tvari u svoje konstituirajuće ione u vodi ili drugim polarnim tekućinama, interakcija čestica spojeva s molekulama otapala, pojava pokretljivosti kationa i aniona u mrežnim mjestima zbog taljenja. Kao rezultat, formirane tvari dobivaju novo svojstvo - električnu vodljivost.

Ioni, u slobodnom stanju otopine ili taljenja, međusobno djeluju. Vjerojatno nabijeni odbijaju se međusobno za razliku - privlače. Napunjene čestice solvatiraju se molekulama otapala - svaka je čvrsto okružena strogo orijentiranim dipolima prema Coulombovim silama privlačenja, u konkretnom slučaju su hidrirani ako je medij vodeni. Kationi uvijek imaju velike radijuse od aniona zbog specifičnosti položaja čestica oko njih s nabojem lociranim na rubovima.

Sastav, klasifikacija i nazivi nabijenih čestica u svjetlu elektrolitičke disocijacije

Ion je atom ili skupina atoma koji su nositelji pozitivnog ili negativnog naboja. Oni imaju konvencionalnu podjelu na jednostavne (K ⁽⁺⁾ , Ca ⁽²⁺⁾ , H ⁽⁺⁾ - koje se sastoje od jednog kemijskog elementa), kompleksne i kompleksne (OH ^(-) , SO ₄ ^(2-) , HCO ₃ ^{(- )} - od nekoliko). Ako je kation ili anion vezan na molekulu otapala, to se naziva solvat, s dipolom molekule H2O hidratiziranom.

Kada dođe do elektrolitičke disocijacije vode, ^{formiraju se} dvije nabijene čestice H ⁽⁺⁾ i OH ^(-) . Proton vodika prihvaća usamljeni elektronski par kisika iz druge molekule vode u praznu orbitalu, zbog čega nastaje hidroksionijev ion H3O ⁽⁺⁾ .

Glavne odredbe otkrića Arrhenius

Svi predstavnici klase anorganskih spojeva osim oksida, u otopinama orijentiranih dipola tekućina raspadaju se, u kemijskom smislu, u većoj ili manjoj mjeri disociraju na svoje konstituirajuće ione. Prisutnost električne struje ne zahtijeva taj proces, jednadžba elektrolitičke disocijacije je njezin shematski zapis.

Ulazeći u otopinu ili rastaljenu, ioni se mogu izložiti električnoj struji i usmjeriti prema katodi (negativna elektroda) i anodi (pozitivnoj). Potonji privlače suprotno nabijene atomske agregate. Otud čestice i njihova imena - kationi i anioni.

Istovremeno i istodobno s dezintegracijom tvari u tijeku je obrnuti proces - asocijacija iona u izvorne molekule, dakle ne dolazi do stopostotnog otapanja tvari. Takva jednadžba za reakciju elektrolitičke disocijacije sadrži znak jednakosti između desne i lijeve strane. Elektrolitička disocijacija, kao i svaka druga reakcija, poštuje zakone koji reguliraju kemijsku ravnotežu, nije iznimka i zakon masovnog djelovanja. Navodi se da je brzina procesa raspadanja u ione proporcionalna koncentraciji elektrolita.

Klasifikacija tvari tijekom disocijacije

Kemijska terminologija dijeli tvari na netopljive, slabo topljive i topljive. Posljednja dva su slabi i jaki elektroliti. Podaci o topljivosti određenih spojeva prikazani su u tablici topljivosti. Disocijacija jakih elektrolita je nepovratan proces, potpuno se razgrađuje na ione. Slabi su samo djelomi ~ ni, inherentni fenomenu udruʻivanja, a time i ravnoteʻi procesa koji se odvijaju.

Važno je napomenuti da ne postoji izravna veza između topljivosti i čvrstoće elektrolita. U jakim može biti blaga. Kao i slabi elektroliti mogu biti dobro topljivi u vodi.

Primjeri spojeva čija rješenja provode struju

Klasa "jaki elektroliti" uključuje sve dobro disocirajuće kiseline, kao što su dušična, klorovodična, bromna, sumporna, perklorna i druge. Alkalni hidroksidi i pojedinačni predstavnici skupine "zemno alkalijskih metala" jednako su slični. Intenzivna elektrolitička disocijacija soli, osim određenih cijanata i tiocijanata, kao i živinog (II) klorida.

Razred "slabi elektroliti" predstavlja preostali mineral i gotovo sve organske kiseline: ugljik, sulfid, bor, dušik, sumpor, silicij, octena kiselina i drugi. Kao i slabo topive i ugljikovodične baze i amfoterni hidroksidi (magnezij hidroksid, berilij, željezo, cink u oksidacijska stanja (2+)). S druge strane, molekule vode su vrlo slabi elektroliti, ali se i dalje raspadaju u ione.

Kvantitativni opis procesa razdvajanja

Stupanj elektrolitičke disocijacije zapravo karakterizira opseg procesa cijepanja. Može se izračunati - broj čestica podijeljenih u ione mora se podijeliti s ukupnim brojem molekula otopljene tvari u sustavu. Označimo ovu vrijednost slovom "alfa".

Logično je da je za jake elektrolite "α" jednak jednom ili sto posto, budući da je broj dezintegriranih čestica jednak njihovom ukupnom broju. Za slabe - uvijek manje od jednog. Ne dolazi do potpune razgradnje početnih molekula u ione u vodenom mediju i odvija se obrnuti proces.

Glavni čimbenici koji utječu na cjelovitost propadanja

Brojni neosporni čimbenici utječu na stupanj elektrolitičke disocijacije. Prije svega, važna je priroda otapala i tvari u njoj. Na primjer, svi jaki elektroliti imaju kovalentno jako polarnu ili ionsku vezu između čestica sastojaka. Tekućine su predstavljene dipolima, posebice vodom, u molekulama postoji razdvajanje naboja, a kao posljedica njihove specifične orijentacije dolazi do elektrolitičke disocijacije otopljene tvari.

Na vrijednost alfa utječe koncentracija. S njegovim porastom, vrijednost stupnja disocijacije se smanjuje, i obrnuto. Sam proces je u cijelosti endotermni, tj. Potrebna je izvjesna količina topline za njegovo iniciranje. Utjecaj temperaturnog faktora je opravdan na sljedeći način: što je veći, to je veći stupanj disocijacije.

Sekundarni čimbenici

Polibazične kiseline, kao što je fosforna kiselina, i baze u sastavu s nekoliko hidroksilnih skupina, na primjer, Fe (OH) ₃ , razgrađuju se u ione u koracima. Definirana je ovisnost - svaka sljedeća faza disocijacije karakterizira stupanj koji je tisućama ili desetinama tisuća puta manji od prethodnog.

Dodavanje drugih elektrolita sustavu, mijenjajući koncentraciju jednog od iona glavnog otopljenog sredstva, također može promijeniti stupanj razgradnje. To podrazumijeva pomak ravnoteže u smjeru koji je određen pravilom Le Chatelier-Brown - reakcija se odvija u smjeru u kojem se promatra neutralizacija utjecaja na sustav izvana.

Konstanta klasičnog ravnotežnog procesa

Kako bi se opisao proces razgradnje slabog elektrolita, osim stupnja, upotrebljava se konstanta elektrolitičke disocijacije (K _d ), koja se izražava odnosom koncentracija kationa i aniona prema kvantitativnom sadržaju početnih molekula u sustavu. Zapravo, uobičajena konstantna kemijska ravnoteža za reverzibilnu reakciju otopljene tvari u ione.

Primjerice, za proces razgradnje spoja u njegove sastavne čestice, konstanta disocijacije (K _d ) će se odrediti privatnim konstantnim koncentracijama kationa i aniona u otopini, povećanim do određenog stupnja, koji odgovara brojevima koji se nalaze u njihovoj kemijskoj jednadžbi, i ukupnom broju preostalih ne-disociranih formula jedinica Otopljena tvar. Uočena je ovisnost - što je veća (K _d ), to je veći broj kationa i aniona u sustavu.

Odnos između koncentracije slabog spoja koji se raspada, stupnja disocijacije i konstante određuje se pomoću Ostwaldovog zakona razrjeđenja jednadžbom: K _d = α2 s.

Voda kao slabo disocirajuća tvar

Dipolne molekule u vrlo maloj mjeri dezintegriraju se u nabijene čestice, budući da su energetski nepovoljne. Ipak, postoji cijepanje u katione vodika i hidroksil anione. Uzimajući u obzir procese hidratacije, može se govoriti o formiranju hidroksionijevog iona i OH ^(-) iz dvije molekule vode.

Stalna disocijacija određena je omjerom produkta protona vodikovih i hidroksidnih skupina, koji se nazivaju ionski produkt vode, s ravnotežnom koncentracijom neprekinutih molekula u otopini.

Elektrolitička disocijacija vode uzrokuje prisutnost u sustavu H ⁽⁺⁾ , koji karakteriziraju njegovu kiselost, te prisutnost OH ^(-) - bazičnosti. Ako su koncentracije protonskih i hidroksilnih skupina jednake, ovaj medij se naziva neutralan. Postoji takozvani vodikov indeks - to je negativni logaritam ukupne količine H ⁽⁺⁾ u otopini. PH manji od 7 pokazuje da je medij kiseli, više je o njegovom alkalitetu. To je vrlo važna količina, prema svojoj eksperimentalnoj vrijednosti, biološka, ​​biokemijska i kemijske reakcije razni vodni sustavi - jezera, ribnjaci, rijeke i mora. Važnost pH vrijednosti za industrijske procese također je neporeciva.

Zabilježite reakcije i oznake

Jednadžba elektrolitičke disocijacije uz pomoć kemijskih znakova opisuje procese raspada molekula u odgovarajuće čestice i naziva se ionskim. On je mnogo puta jednostavniji od standardnog molekula i ima općenitiji izgled.

Pri izradi takve jednadžbe potrebno je uzeti u obzir da tvari koje se talože ili uklanjaju iz reakcijske smjese u sastavu plinovitih para tijekom reakcije uvijek treba snimati samo u molekularnom obliku, za razliku od elektrolitnih spojeva, čiji se jaki predstavnici samo dijele na ione rješenja. Elektrolitička disocijacija za njih je nepovratan proces, budući da je povezivanje nemoguće zbog stvaranja ne-fisijskih tvari ili plinova. Za ovu vrstu jednadžbe primjenjuju se ista pravila kao i za druge kemijske reakcije - zbroj koeficijenata lijeve i desne strane mora biti jednak jedan drugome kako bi se održala materijalna ravnoteža.

Elektrolitička disocijacija kiselina i baza može ići u nekoliko faza, ako su tvari polibazične ili polikiselinske. Za svaku podrekciju napišite vlastitu jednadžbu.

Uloga u kemijskoj znanosti i njezin razvoj

Stvaranje Svante Arrheniusove teorije bilo je od najveće važnosti za opći proces formiranja fizičke i, osobito, elektrokemijske znanosti. Na temelju otkrića takve pojave kao što je elektrolitička disocijacija, elektrodni procesi, specifičnosti prolaska struja kroz različite medije, teorija vođenja katodno-anodnih potencijala, dobile su intenzivan razvoj. Osim toga, teorija rješenja je znatno napredovala. Neočekivana otkrića također su čekala kemijsku kinetiku, područje korozije metala i legura, kao i rad na pronalaženju novih sredstava zaštite od njega.

U suvremenom svijetu još uvijek ima toliko novih i nepoznatih. Znanstvenici se svakodnevno kreću sve dalje u poznavanju tako velike discipline kao što je kemija. Elektrolitička disocijacija, kao i njeni tvorci i sljedbenici zauvijek su zauzimali časno mjesto u kontekstu razvoja svjetske znanosti.