Хімія. 9 клас. Березан

§ 8. Електроліти і неелектроліти

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

• дізнаєтесь, чому розчини і розплави деяких речовин проводять електричний струм;
• засвоїте поняття «анод», «катод», «електроліт»;
• дізнаєтесь, яку розчинах відбувається рух йонів.

З курсу фізики вам відомо, що валентні електрони в металах відносно легко залишають свій атом і стають вільними. У результаті у вузлах кристалічних ґраток залишаються позитивно заряджені йони, а вільні електрони всередині металу рухаються хаотично, утворюючи електронний газ. Такий особливий вид хімічного зв’язку називають металічним.

Майкл Фарадей

(1791-1867)

Англійський фізик-експериментатор і хімік. Член Лондонського королевського товариства, низки інших наукових товариств. Відкрив явище електромагнітної індукції. створив першу модель електродвигуна, трансформатора. Автор безлічі фундаментальних відкриттів: хімічної дії струму, законів електролізу, діамагнетизму тощо. Увів терміни «йон», «катод», «анод», «електроліт», «діелектрик», «діамагнетик» тощо. Отримав низку газів у рідкому стані: амоніак, карбон(ІV) оксид, нітроген(ІV) оксид, хлор, гідроген сульфід. Основоположник учення про електромагнітне поле.

Якщо полюси електричної батареї (акумулятора) з’єднати металевим провідником, то електрони в провіднику починають рухатися від негативно до позитивно зарядженого полюса батареї. У провіднику виникає електричний струм. Електричний струм у металах — це направлений рух вільних електронів.

Рис. 8.1. Електронний газ у кристалі металу

Провідники, у яких переважає електронна провідність, називають провідниками першого роду. Розчини кислот, лугів і солей теж є провідниками електричного струму. Однак проходження струму через розчини кислот, лугів і солей пов’язане з рухом йонів.

Якщо в провіднику переважає йонна провідність, то провідники називають провідниками другого роду (електролітами).

Електролітами є водні розчини кислот, лугів і солей, розплави лугів і значної частини солей.

Демонстраційні досліди

Використовуючи склянку із двома електродами, амперметр, вимикач, дроти і джерело струму, складемо схему (див. рисунок):

Рис. 8.2. Прилад для дослідження електропровідності

Електродами можуть слугувати стрижні, виготовлені з графіту або іншого електропровідного матеріалу. Елементом постійного електричного струму може бути гальванічний елемент (батарея). За його допомогою проведемо низку експериментів на дослідження електропровідності речовин.

Дослід 1. Дослідження дистильованої води.

У склянку наливаємо дистильовану воду (на 3/4 об'єму) і занурюємо в неї електроди. Після замикання електричного кола виявляємо, що струм не протікає. Розмикаємо коло.

Дослід 2. Дослідження кристалічного натрій хлориду та його водного розчину.

1. У склянку насипаємо сухий кристалічний натрій хлорид (на 1/4 об'єму) і занурюємо електроди в сіль. Після замикання електричного кола виявляємо, що струм не тече. Розмикаємо коло.

2. У склянку з кристалічним натрій хлоридом вливаємо дистильовану воду, перемішуємо скляною паличкою. У склянку з одержаним розчином опускаємо електроди. Після замикання електричного кола виявляємо, що струм тече. Розмикаємо коло.

Дослід 3. Дослідження хлоридної кислоти.

Наливаємо в склянку хлоридну кислоту (на 1/4 об'єму). Після замикання електричного кола виявляємо, що струм тече. Розмикаємо коло.

Дослід 4. Дослідження кристалічного цукру та його водного розчину.

1. У склянку насипаємо цукор (на 1/4 об'єму) й опускаємо електроди. Після замикання електричного кола виявляємо, що струм не тече. Розмикаємо коло.

2. Додаємо дистильовану воду, перемішуємо скляною паличкою. У склянку з одержаним розчином опускаємо електроди. Після замикання електричного кола виявляємо, що струм не тече. Розмикаємо коло.

Пояснення результатів дослідів

1. Дистильована вода не проводить електричного струму.

2. Кристал NaCl складається з позитивно заряджених йонів (катіонів Na⁺) і негативно заряджених йонів (аніонів Сl^-). У кристалічному натрій хлориді йони сполучені один з одним у кристалічних ґратках завдяки силам електричного притягання дуже міцно. Вільних електронів або таких йонів, що могли б вільно рухатись, немає. Отже, кристал солі струму не проводить.

Якщо цю сіль розчинити у воді, то сили притягання між йонами слабшають і кристал розпадається на йони. Ці йони в розчині рухаються хаотично. Якщо в розчин занурити електроди, з'єднані з джерелом постійного струму, то рух йонів стає спрямованим. Позитивно заряджені йони Na⁺ (катіони) рухаються до катода, а негативно заряджені йони Сl^- (аніони) — до анода.

Рис. 8.3. Рух йонів у розчині (або розплаві) йонної сполуки

Дослід 3 показав, що водні розчини деяких молекулярних речовин, зокрема кислот, мають електричну провідність. Це відбувається тому, що значна частина молекул кислот у воді розпадається на йони.

Сполуки, розчини і розплави яких проводять електричний струм, називають електролітами.

До них належать сполуки з йонним або ковалентним полярним зв'язком.

Дослід 4 показав, що молекулярні речовини та їх водні розчини зазвичай електричного струму не проводять.

Сполуки, розчини і розплави яких не проводять електричний струм, називають неелектролітами.

Це речовини атомної чи молекулярної будови з неполярними ковалентними зв'язками: зріджені гази: кисень (О₂), водень (Н₂), азот (N₂); а також сірка, фосфор, більшість органічних речовин тощо.

Назви йонів

У розчинах чи розплавах електролітів під впливом різниці потенціалів йони рухаються таким чином: позитивно заряджені йони (катіони) — до негативно зарядженого електрода (катода), а негативно заряджені йони (аніони) — до позитивно зарядженого електрода (анода):

Йони	прості	складні
катіони	К+, Fe3+, Ва2+, Сu2+, Н+, Zn2+, Al3+, Na+	NH+4
аніони	S2-, F-, Сl-	CO2-3, SO2-4, NO-3, PO3-4, SiO2-3

Табл. 8.1. Назви катіонів та аніонів

Назви катіонів	Назви аніонів
	простих	складних
К+ — йон Калію, катіон Калію	Сl- — йон Хлору, аніон Хлору, хлорид-іон	SO2-4 — сульфат-іон
Ва2+ — йон Барію, катіон Барію	S2- — йон Сульфуру, аніон Сульфуру, сульфід-іон	NO-3 — нітрат-іон
Fe3+ — йон Феруму(ІІІ), катіон Феруму(ІІІ)	Вr- — йон Брому, аніон Брому, бромід-іон	ОН- — гідроксид-іон
Мn2+ — йон Мангану(ІІ), катіон Мангану(ІІ)	О2- — йон Оксигену, аніон Оксигену	CO2-3 — карбонат-іон
Li+ — йон Літію, катіон Літію	H- — йон Гідрогену, аніон Гідрогену, гідрид-іон	PO3-4 — ортофосфат-іон

Більшість катіонів належить до простих. Вони утворені металічними елементами, а також Гідрогеном. Їх назва складається із двох слів: перше слово — йон або катіон, а друге — назва елемента в родовому відмінку.

Для утворення назв простих аніонів першим записують слово йон або аніон, а потім додають назву елемента в родовому відмінку. Або використовують іншій спосіб формування назви йона: перше слово назви — це корінь назви елемента, до якого додають суфікс -ид або -ід, а друге слово — іон, яке записують через дефіс. Назви складних аніонів формують від хімічних назв відповідних кислот.

Підсумки

• 1. Речовини, водні розчини і розплави яких проводять електричний струм, називають електролітами.
• 2. До електролітів належать солі, кислоти, основи. Ці речовини мають йонну будову або містять сильно полярні ковалентні зв'язки.
• 3. Неелектролітами називають речовини, розчини або розплави яких не проводять електричного струму.
• 4. До неелектролітів належать зріджені гази (кисень, водень, азот), більшість органічних речовин.
• 5. Катіони в розчині (розплаві) рухаються до катода, аніони — до анода.

Контрольні запитання

• 1. Які речовини називають електролітами? Наведіть приклади.
• 2. Які речовини називають неелектролітами? Наведіть приклади.
• 3. Які хімічні зв'язки характерні для електролітів?
• 4. Які хімічні зв'язки характерні для неелектролітів?
• 5. Чи проводить струм дистильована вода?
• 6. Який електрод називають катодом?
• 7. Як експериментально довести, що органічна речовина крохмаль є неелектролітом?
• 8. Чи проводить електричний струм морська вода? Чому?
• 9. До якого електрода — позитивно чи негативно зарядженого — рухатимуться катіони Ва²⁺, К⁺, Сu²⁺, Мn²⁺?
• 10. До якого електрода — позитивно чи негативно зарядженого — рухатимуться аніони SO^2-₄, РО^3-₄, Вr^-?
• 11. Яка природа електричного струму в алюмінії та у водному розчині алюміній хлориду?

Вправи та задачі

1. Які з наведених рідин проводять електричний струм: етиловий спирт, розчин глюкози в дистильованій воді, розчин глюкози у водопровідній воді, водний розчин калій гідроксиду, водний розчин магній сульфату, розплав натрій гідроксиду?

2. Які з наведених йонів зараховують до катіонів, а які — до аніонів: Рb²⁺, МnО⁺₄, РO^3-₄, Cs⁺, Ag⁺, ClO^-₄, F^-, Ra²⁺, NO^-₃?

3. Назвіть йони: Zn²⁺, Cu⁺, Cu²⁺, F^-, I^-, CO^2-₃, NO^-₃, SiO^2-₃, SO^2-₃, S^2-.

4. Обчисліть масу купрум(ІІ) нітрату тригідрату Cu(NO₃)₂ · 3Н₂О, необхідну для приготування 564 г розчину з масовою часткою Cu(NO₃)₂ 20 %.

5. Обчисліть молярні маси карбонат-іона, ортофосфат-іона та нітрат-іона.

6. Обчисліть масову частку Оксигену в ортофосфат-іоні.

7. У розчині, одержаному внаслідок розчинення порції мідного купоросу CuSO₄ · 5Н₂O в 150 мл води, виявили 19,2 г сульфат-іонів. Обчисліть масову частку купрум(ІІ) сульфату в приготовленому розчині.