Хімія. 9 клас. Буринська

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 11. Дисоціація електролітів у водних розчинах

Опанувавши зміст параграфа, ви будете

розуміти суть понять «ступінчаста дисоціація», «ступінь дисоціації», «оборотні» та «необоротні реакції»;
знати означення кислот, основ, солей з погляду електролітичної дисоціації;
уміти розрізняти сильні та слабкі електроліти, складати рівняння дисоціації електролітів, ступінчастої дисоціації.

Дисоціацію електролітів у водних розчинах уперше пояснив шведський учений Сванте Арреніус 1887 р.

Дисоціація кислот.

• Пригадайте, які речовини називаються кислотами. Наведіть 2—3 приклади кислот (формули і назви).

Під час дисоціації кислот завжди утворюються йони Гідрогену. Вони зумовлюють найважливіші властивості кислот (кислий смак, зміну кольору індикаторів, взаємодію з основами тощо):

HNO₃⇄ H⁺ + NO^-₃

H₂SO₄ ⇄ 2H⁺ + SO^2-₄

H₃PO₄ ⇄ 3H⁺ + PO^3-₄

У водному розчині йони Гідрогену Н⁺ взаємодіють з диполями води, утворюючи йони гідроксонію Н₃О⁺:

Н⁺+ Н₂О ⇄ Н₃О⁺

Але в рівняннях реакцій для стислості зазначають просто Н⁺, пам'ятаючи при цьому, що йон Гідрогену Н⁺ гідратований і являє собою йон Гідроксонію Н₃О⁺.

Наведені вище рівняння реакцій показують, що під час дисоціації кислот як позитивно заряджені йони (катіони) утворюються лише катіони Гідрогену Н⁺ і жодних інших позитивно заряджених йонів немає. А негативно заряджені йони кислотних залишків (аніони) можуть бути різними, залежно від кислоти. Отже, з погляду електролітичної дисоціації можна навести таке означення кислот.

Кислоти — це електроліти, що під час дисоціації утворюють тільки катіони Гідрогену; жодних інших позитивно заряджених йонів не утворюють.

Зверніть увагу, як позначають заряд йонів: знак заряду «+» або «-» ставлять зверху праворуч від формули йона після цифри, наприклад РО^3-₄, SO^2-₄. Тобто протилежно тому, як позначають ступінь окиснення елемента, де «+» або «-» ставлять зверху над знаком елемента і перед цифрою, наприклад:

Сванте-Август АРРЕНІУС

(1859—1927)

Шведський фізико-хімік. Член Стокгольмської академії наук, директор Нобелівського інституту (з 1905 р.). Автор теорії електролітичної дисоціації. Працював у царинах хімічної кінетики, астрономії, астрофізики, біології. Лауреат Нобелівської премії (1903 р.).

А як дисоціюють багатоосновні кислоти? Дво- і багатоосновні кислоти дисоціюють ступінчасто, тобто поступово відщеплюють катіони Гідрогену Н⁺. Наприклад, процес дисоціації сульфатної і ортофосфатної кислот відбувається так:

1-й ступінь: H₂SO₄⇄Н⁺ + HSO^-₄

2-й ступінь: HSO^-₄ ⇄ Н⁺ + SO^2-₄

1-й ступінь: H₃PO₄⇄Н⁺ + H₂PO^-₄

2-й ступінь: H₂PO^-₄⇄Н⁺ + HPO^2-₄

3-й ступінь: HPO^2-₄ ⇄ Н⁺ + PO^3-₄

• Напишіть рівняння ступінчастої дисоціації сульфітної й сульфідної кислот.

За першим ступенем дисоціація відбувається більшою мірою.

Лабораторний дослід 1

А. Виявлення йонів Гідрогену у водному розчині

У три пробірки налийте приблизно по 2 мл розбавленої хлоридної кислоти НСl. В одну з них добавте 1—2 краплини розчинів лакмусу, в другу — фенолфталеїну, в третю — метилоранжу. Що спостерігається? Чому? Який індикатор не можна використовувати для виявлення йонів Гідрогену в розчині? Чому?

Дисоціація основ.

• Пригадайте, які речовини називаються основами. Наведіть 2—3 приклади основ (формули і назви).

Під час дисоціації розчинних основ — лугів — обов'язково утворюються гідроксид-іони ОН^- (йони гідроксогруп), наявність яких і зумовлює основні властивості (зміну забарвлення індикатору, взаємодію з кислотами тощо):

NaOH = Na⁺ + OH^-

Ca(OH)₂= Ca²⁺ + 2OH^-

Інші негативно заряджені йони (аніони), крім гідроксид-іонів, під час дисоціації основ не утворюються. Отже,

основи — це електроліти, що під час дисоціації утворюють аніони тільки гідроксогруп; жодних інших негативно заряджених йонів не утворюють.

Б. Виявлення гідроксид-іонів у розчині

У три пробірки налийте приблизно по 2 мл розчину натрій гідроксиду. В одну з них добавте по 1—2 краплини розчинів лакмусу, в другу — фенолфталеїну, в третю — метилоранжу. Що спостерігається? Чому? Який індикатор найкраще використовувати для виявлення гідроксид-іонів у розчині? Чому?

Дисоціація солей.

• Пригадайте, які речовини називаються солями. Наведіть два-три приклади солей (формули і назви).

Під дією води кристали солей розпадаються на позитивно заряджені йони (катіони) металічних елементів і негативно заряджені йони (аніони) кислотних залишків. Наприклад:

KNO₃= K⁺ + NO^-₃

ZnCl₂= Zn²⁺ + 2Cl^-

Al₂(SO₄)₃ = 2Al³⁺ + 3SO^2-₄

Солі — це електроліти, які дисоціюють з утворенням катіонів металічних елементів і аніонів кислотних залишків.

Розрізняють кілька типів солей: середні, кислі й основні.

Середні солі — продукти повного заміщення атомів Гідрогену кислоти на йони металічних елементів, наприклад натрій сульфат Na₂SO₄, ферум(ІІІ) нітрат Fe(NO₃)₃. Середні солі дисоціюють повністю:

Na₂SO₄ = 2Na⁺+ SO^2-₄

Fe(NO₃)₃ = Fe³⁺ + 3NO^-₃

Кислі солі — продукти неповного заміщення атомів Гідрогену кислоти на атоми металічного елемента, наприклад калій гідрогенсульфат KHSO₄, кальцій гідрогенкарбонат Ca(HCO₃)₂. Вони дисоціюють ступінчасто:

KHSO₄ = K⁺ + HSO^-₄

HSO^-₄ = H⁺ + SO^2-₄

Са(НСО₃)₂ = Са²⁺ + 2НСО^-₃

НСО^-₃ = Н⁺ + СО^2-₃

У результаті крім катіонів металічного елемета й аніонів кислотного залишку є ще катіони Гідрогену Н⁺.

Основні солі — продукти неповного заміщення гідроксильних груп основи на кислотний залишок, наприклад кальцій гідроксихлорид Ca(OH)Cl. Вони дисоціюють також ступінчасто:

Ca(OH)Cl = CaOH⁺ + Cl^-

CaOH⁺ = Ca²⁺ + OH^-

Mg(OH)NO₃ = MgOH⁺ + NO^-₃

MgOH⁺ = Mg²⁺ + NO^-₃

У результаті крім катіонів металічного елемента та аніонів кислотного залишку утворюються ще аніони гідроксогруп (гідроксид-іони).

Ступінь дисоціації. Часто речовини взаємодіють з водою, утворюючи йони, не повністю, і в розчині залишаються непродисоційовані молекули електроліту. Тому розчини електролітів характеризуються певним ступенем дисоціації (позначається а, читається «альфа»).

Ступінь дисоціації — це відношення числа частинок n, що розпалися на йони, до загального числа частинок N розчиненої речовини.

Ступінь дисоціації виражають у частках одиниці або у відсотках. Якщо α = 0, то дисоціація не відбувається, а якщо α ≈ 1, або 100 %, то електроліт повністю розпався на йони.

Сильні та слабкі електроліти. Залежно від ступеня дисоціації електроліти умовно поділяють на сильні та слабкі (табл. 4).

Таблиця 4

Сильні та слабкі електроліти (Л. О. Слєта)

Електроліти	Сильні	Слабкі
Вода	—	Н₂О
Солі	Переважна більшість	Деякі солі
Гідроксиди: нерозчинні (основи) розчинні (луги) амфотерні	— Гідроксиди лужних і лужноземельних металів —	Всі Водний розчин NH₃ Всі



Кислоти: безоксигенові оксигеновмісні	HI, HBr, HCl HClO₄, НМnО₄, H₂SO₄, HNO₃	HF, H₂S HClO, HClO₂, H₂SO₃, HNO₂, H₂CO₃, H₂SiO₃, H₃PO₄, H₃BO₃, CH₃COOH та інші органічні кислоти

Сильні електроліти практично повністю дисоціюють на йони в розбавлених розчинах (α наближається до 1, або 100 %). Цей процес необоротний, і в рівняннях дисоціації ставлять знак «дорівнює». Сила електроліту залежить переважно від полярності хімічного зв'язку: чим зв'язок полярніший, тим легше він розривається з утворенням йонів і тим електроліт сильніший.

Сила електроліту залежить також від природи електроліту і природи розчинника, концентрації розчину, температури та інших чинників.

Слабкі електроліти лише частково дисоціюють на йони в розбавлених розчинах (α ≪ 1), їхні йони перебувають у динамічній рівновазі з недисоційованими молекулами. Тому дисоціація слабких електролітів — це оборотний процес, і в рівняннях реакцій замість знака «дорівнює» треба ставити знак оборотності (⇄).

Слабкими нині вважаються всі електроліти, в розчинах яких є хоча б яка-небудь частка недисоційованих молекул.

Силу оксигеновмісних мінеральних кислот можна визначити за таким емпіричним правилом: сила кислоти тим більша, чим більша різниця між кількістю атомів Оксигену й Гідрогену в її молекулі. Якщо формулу кислоти записати у вигляді Е(ОН)_nО_m, то m визначатиме силу кислоти: якщо m < 2 — кислота слабка, якщо m ≥ 2 — сильна.

Наприклад:

хлорна HClO₄, або Cl(OH)O₃— дуже сильна;

хлорнувата HClO₃, або Cl(OH)O₂ — сильна;

хлориста HClO₂, або Сl(ОН)О — слабка;

хлорнуватиста HClO, або Cl(OH) — дуже слабка.

Залежність сили кислоти від кількості атомів Оксигену, що не входять до складу груп ОН, пояснюється тим, що атом Оксигену як більш електронегативний відтягує до себе спільні електронні пари. У результаті електронна густина в групі ОН зміщується від атома Оксигену до атома кислототворного елемента, і зв'язок стає ще більш полярним:

Зі збільшенням кількості атомів Оксигену ефект відтягування електронної густини посилюється.

Висновки

• Для розчинів кислот, основ, солей характерна йонна електрична провідність.

• Речовини, що належать до класу кислот, дисоціюють у воді на катіони Гідрогену (йони гідроксонію) та аніони кислотних залишків.

• Речовини, що належать до класу основ (луги), дисоціюють у воді на катіони металічних елементів та аніони гідроксогруп ОН.

• Речовини, що належать до класу солей, дисоціюють у воді на катіони металічних елементів і аніони кислотних залишків.

• Дисоціація електроліту може відбуватися повністю або частково. Ступінь дисоціації показує, яка частка електроліту розпалася на йони.

• Сильні електроліти дисоціюють практично повністю, їхня дисоціація необоротна, відбувається в одному напрямку.

• Слабкі електроліти утворюють мало йонів, їхні розчини або розплави містять непродисоційовані молекули. Дисоціація слабких електролітів оборотна, відбувається у протилежних напрямках за тих самих умов.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Напишіть рівняння дисоціації таких електролітів: а) нітратної та сульфатної кислот; б) калій і кальцій гідроксидів; в) солей — магній хлориду, натрій карбонату, алюміній нітрату.

2. На етикетці пляшки з мінеральною водою написано:

Катіони: Na⁺та ін.

Аніони: Cl^-, SO^2-₄, CO^2-₃.

Напишіть формули солей, що містяться в мінеральній воді.

3. Калій ортофосфат кількістю речовини 1 моль розчинили у воді. Визначте кількість речовини йонів Калію, що утворилися внаслідок повної дисоціації солі:

А 1 моль
Б 2 моль
В 3 моль
Г 4 моль

4. Визначте кількість речовини сульфат-іонів, що утворилися внаслідок повної дисоціації алюміній сульфату кількістю речовини 2 моль, який розчинили у воді: