Хімія. 9 клас. Савчин

§ 9. ЕЛЕКТРОЛІТИЧНА ДИСОЦІАЦІЯ. ЕЛЕКТРОЛІТИ Й НЕЕЛЕКТРОЛІТИ

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• розрізняти речовини, що належать до електролітів і неелектролітів;
• формулювати визначення поняття «електролітична дисоціація», «електроліти», «неелектроліти»;
• наводити приклади електролітів і неелектролітів;
• пояснювати суть процесу електролітичної дисоціації, вплив різних чинників на розчинність речовин;
• висловлювати судження про здатність розчинів проводити або не проводити електричний струм залежно від хімічної природи розчиненої речовини.

Електроліти й неелектроліти. Вивчаючи розчини та розчинення речовин, ви, мабуть, звернули увагу, що речовини розчиняються неоднаково. Це залежить від хімічної будови речовини та характеру розчинника. Якщо розчиняються речовини молекулярної будови, то в розчині наявні молекули цих речовин. Під час розчинення йонних сполук — позитивно й негативно заряджені йони.

Англійські вчені Г. Деві та М. Фарадей, досліджуючи властивості розчинів, випробували їхню здатність проводити електричний струм. Вони встановили, що існують речовини, розчини або розплави яких проводять електричний струм, і такі, розчини яких його не проводять. Для підтвердження цих досліджень проведемо демонстраційні досліди в лабораторних умовах.

Для демонстрації використаємо прилад, зображений на рисунку 27. Прилад складається з двох вугільних електродів, з'єднаних проводами з електричною лампочкою й штепсельною вилкою, та хімічної склянки, у яку поміщають сухі речовини або їхні розчини.

Рис. 27. Прилад для дослідження електропровідності речовин та їхніх розчинів

Досліджуючи електропровідність речовин, використаємо такі речовини: кристалічні натрій хлорид і цукор; дистильовану воду; розчини натрій хлориду, цукру та натрій гідроксиду; хлоридну кислоту.

Дослід 1. Наллємо в склянку дистильовану воду, зануримо в неї вугільні електроди та замкнемо коло, увімкнувши вилку в електромережу. Лампочка не світиться. Це є підтвердженням того, що дистильована вода не проводить електричний струм.

Дослід 2. Насиплемо на дно двох хімічних склянок сухі речовини: у першу — натрій хлорид, у другу — цукор. Знову зануримо почергово електроди в ці сполуки та випробуємо їх на електропровідність. Лампочка жодного разу не світиться.

Отже, ні дистильована вода, ні сухі натрій хлорид і цукор не проводять електричний струм.

Дослід 3. Використаємо склянку з натрій хлоридом і доллємо в нього дистильовану воду. Отримаємо розчин солі. Зануримо в розчин електроди й увімкнемо вилку в електромережу. Лампочка яскраво світиться. Це означає, що розчин натрій хлориду проводить електричний струм.

Аналогічно проводять струм і розчини інших солей. Очевидно, що під час розчинення йонних сполук, якими є солі, у розчині містяться йони, тобто заряджені частинки.

• Пригадайте з курсу фізики, що є провідниками електричного струму в металах.

У розчинах зарядженими частинками є йони, вони ж і є провідниками електричного струму.

Вам уже відомо, що до йонних сполук також належать основи, зокрема добре розчинні у воді тверді сполуки — луги. Для підтвердження цього дослідимо розчин натрій гідроксиду на електропровідність.

Дослід 4. Наллємо в хімічну склянку розчин натрій гідроксиду й повторимо дослідження, як у попередньому досліді. Лампочка яскраво світиться.

Дослід 5. У склянку із сухим цукром доллємо дистильовану воду, зануримо електроди в розчин та увімкнемо вилку в електромережу. Лампочка не світиться. Це доказ того, що в розчині відсутні заряджені частинки.

Отже, дослідники електропровідності розчинів (Г. Деві та М. Фарадей) класифікували речовини на дві групи: електроліти та неелектроліти (рис. 28).

Рис. 28. Схема класифікації речовин за електропровідністю розчинів

• Сформулюйте самостійно визначення неелектролітів.

До неелектролітів належать цукор, гліцерол, спирт, глюкоза, ацетон. Це сполуки, у яких ковалентні зв'язки слабо поляризовані.

А чи є електролітами кислоти? Адже у вузлах їхніх кристалічних ґраток розташовані полярні молекули.

Дослід 6. Зануримо вугільні електроди в хлоридну кислоту. Після ввімкнення електричного струму лампочка яскраво світиться. Отже, кислоти, там само, як солі й основи, є електролітами.

Постає запитання, що є причиною електропровідності розчинів.

Електролітична дисоціація. Вам уже відомо, що під час розчинення йонних сполук кристали під дією полярних молекул води руйнуються, а йони, що утворюють сполуку, переходять у розчин. Механізм розчинення під дією молекул води й гідратацію йонів ви вивчали в § 6. Унаслідок гідратації позитивно й негативно заряджені йони поширюються між молекулами води до повного руйнування кристалічної ґратки (рис. 29).

Рис. 29. Схема дисоціації й утворення гідратованих йонів Натрію та Хлору

Розпад електроліту на йони під час розчинення у воді (або розплавлення) називають електролітичною дисоціацією.

Розглянувши рисунок 29, можна зробити висновок, що дипольні молекули води з негативно зарядженими полюсами притягуються до позитивно зарядженого йона Натрію Na⁺, а з позитивно зарядженими — до негативно зарядженого йона Хлору Cl^-. Відбувається гідратація, і йони Натрію та Хлору стають гідратованими.

Дисоціацію йонних сполук записують за допомогою рівнянь, у яких гідратацію йонів пропускають. Наприклад, електролітичну дисоціацію натрій хлориду скорочено зображають так:

Na⁺Cl^- = Na⁺ + Cl^-.

Повернемося до досліду 6 і з'ясуємо, чому кислоти, будучи ковалентними сполуками, проводять електричний струм, тобто є електролітами. Щоб довести це, розглянемо механізм дисоціації кислот.

Відомо, що кислоти — ковалентні полярні сполуки. Розглянемо процес дисоціації хлоридної кислоти, яка є розчином гідроген хлориду у воді. Чистий (сухий) гідроген хлорид не проводить електричний струм, тобто він не містить заряджені частинки, хоча його молекули є диполями. Однак під час розчинення відбувається взаємодія між дипольними молекулами гідроген хлориду та води. Її суть полягає в тому, що до позитивно зарядженого полюса молекули гідроген хлориду вода притягується своїми негативними полюсами, а до негативно зарядженого — позитивними. Це зумовлює поляризацію молекули, і спільна електронна пара ковалентного зв'язку повністю зміщується до атома Хлору. Такий процес називають йонізацією. Атом Гідрогену, утративши електрон, за рахунок якого утворилася спільна електронна пара, перетворюється на йон Гідрогену Н⁺. Відповідно атом Хлору, отримавши електрон, стає негативно зарядженим йоном Хлору Cl^-. У розчині наявні позитивно й негативно заряджені йони, що є носіями електричного струму.

Рівняння реакції дисоціації хлоридної кислоти:

HCl ⇄ H⁺ + Cl^-.

Послідовність процесу йонізації гідроген хлориду зображено на рисунку 30.

• Поясніть самостійно, що означають у схемі (рис. 30) послідовно зображені процеси, які позначені цифрами 1-6 і літерами а, б, в, г.

Рис. 30. Схема йонізації гідроген хлориду з утворенням гідратованих йонів Гідрогену та Хлору (у молекулах води знак «+» означає δ⁺, а знак «-» означає δ^-)

Ураховуючи зазначене, можна зробити висновок, що електролітами є речовини з йонним і ковалентним полярним хімічними зв'язками.

Засновником теорії електролітичної дисоціації є шведський учений С. А. Арреніус.

Сванте Август Арреніус (1859-1927) — видатний шведський фізик і хімік, автор теорії електролітичної дисоціації (1887). У 1903 р. здобув Нобелівську премію з хімії «як факт визнання особливого значення його теорії електролітичної дисоціації для розвитку хімії». Сформулював основні положення хімічної кінетики, висунув теорію виникнення життя на Землі (теорія панспермії).

Академік Стокгольмської академії наук, почесний член інших академій наук.

Ученому належать дослідження та праці з біології, астрономії, астрофізики. З 1905 р. працював директором Нобелівського інституту в Стокгольмі.

Теорію електролітичної дисоціації, зокрема хімічний характер взаємодії між розчинником і розчиненою речовиною, розвинули російський фізико-хімік І. Каблуков та український хімік, академік В. Кістяківський. Ці вчені довели, що дисоціація — це не тільки фізичний, а й хімічний процес. Зокрема, І. Каблуков увів у хімічну науку поняття «гідратація» (якщо розчинник не вода, то цей процес називають «сольватація»), а В. Кістяківський довів наявність у водних розчинах гідратованих йонів.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Залежно від хімічної природи речовини поділяють на електроліти та неелектроліти.

• Електроліти — речовини, водні розчини яких або розплави проводять електричний струм.

• Неелектроліти — речовини, водні розчини яких або розплави не проводять електричний струм.

• Електролітична дисоціація — розпад електроліту на йони під час розчинення у воді (або розплавлення).

• Йонізація — утворення електрично заряджених частинок (вільних електронів і йонів) з електрично нейтральних частинок середовища.

• Засновником теорії електролітичної дисоціації був шведський фізико-хімік С. Арреніус; подальший розвиток вона дістала в працях І. Каблукова та В. Кістяківського.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

• 1. Поясніть, на які групи поділяють речовини за ознакою електропровідності їхніх розчинів.
• 2. Сформулюйте визначення понять «електроліти», «неелектроліти», «електролітична дисоціація».
• 3. Визначте, користуючись таблицею розчинності кислот, основ, амфотерних гідроксидів і солей у воді (див. другий форзац), які з речовин, поданих формулами, піддаються електролітичній дисоціації у водних розчинах: а) КОН; б) H₂SO₄; в) Ag₃PO₄; г) AlCl₃; ґ) Cu(OH)₂; д) ZnBr₂; е) HgS; є) FeSO₄; ж) Ba(NO₃)₂.
• 4. Укажіть вид хімічного зв'язку, що є характерним для неелектролітів.

А ковалентний полярний

Б ковалентний неполярний

В йонний

Г водневий

• 5. Укажіть види хімічних зв'язків, характерні для електролітів.

А ковалентний полярний

Б ковалентний неполярний

В йонний

Г металічний

ЦІКАВО ЗНАТИ

• Теорія електролітичної дисоціації була застосована в лікарській практиці ще в 1902 р. Розпад електролітів на йони та їх переміщення під дією постійного електричного струму використовують як фізіотерапевтичний метод лікування — електрофорез. Це введення лікарських препаратів крізь непошкоджену шкіру або слизові оболонки, коли одночасно поєднується дія гальванічного струму та лікарського препарату. Таке лікування сприяє швидшому одужанню, ніж за звичайного приймання ліків.