Электролитическая диссоциация

Растворы состоят из растворителя и одного (или более) растворенных веществ. Наиболее распространенными яв­ля­­ют­ся водные растворы (растворитель вода). В неводных растворах, которые в последнее время находят все боль­шее применение, могут быть использованы другие раство­рители (бензол, спирт, жидкий аммиак и т.д.).

Растворенное вещество в растворах находится в виде изолированных молекул или ионов. В процессе образо­вания раствора большую роль играет взаимодей­ствие частиц растворенного вещества (молекул или ионов) с молекулами растворителя, т.е. сольватация (гидратация, если раствори­те­лем является вода). Энерге­ти­ческий эффект, наблюдае­мый при растворении 1 моля вещества, называется энтальпией растворения (кДж/моль). Процесс растворения может быть экзотерми­чес­ким (например, КОН) или эндотермическим (например, КNO₃). Сольва­тация (гидрата­ция) играет решающую роль и в процессах электро­литической диссоциации молекул растворенного вещества на ионы.

В соответствии с теорией электролитической диссо­циа­­ции в растворах некоторых веществ происходит об­ратимый распад молекул на ионы. Поэтому в растворах таких ве­ществ одновременно присутствуют молекулы и ионы. Количественно способность молекул вещества к электро­литической диссоциации описывается степенью электроли­ти­чес­кой диссоциации (% =100 %) и константой электролитической диссоциацииK_дис., т.е. константой равно­ве­сия, записанной для обратимого про­цес­са электро­литической диссоциации. Способность к элект­ро­ли­ти­ческой диссоциации зависит от природы раство­ренного вещества, природы растворителя, от тем­пе­ратуры, концент­ра­ции раствора и наличия в растворе одноименных ионов. Закон разбавления (разве­де­ния) Ост­вальда устанавливает взаимо­связь между,K_диси мо­лярной концентрацией раство­рен­ного вещества в раство­реС_М

K_дис.=C_M².

По величине степени диссоциации электролиты условно делят на слабые (3 %), сильные (30 %) и средней силы (= 3-30 %).

Классы	Электролиты
	сильные	слабые	средние
Кислоты	HCl, HNO3, HI, H2SO4	HF, HCN, CH3COOH, H2S, H2CO3, H2SO3	H3PO4
Основания	NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2,	Zn(OH)2, Al(OH)3	-
Соли	большинство	-	-

В растворах сильных электролитов (особенно при ма­лых концентрациях С_м0,1 моль/л) можно принять, что все молекулы растворенного вещества полностью распа­даются на ионы, а недиссоциированные молекулы отсут­ст­вуют.

Вода относится к очень слабым электролитам (K_дис. = 1,810^-16). Произведение [Н⁺][ОН^-] = 10^-14приt = 22^oCпостоянно для чистой воды и водных растворов различных веществ. Возможность и скорость протекания реакций в водных растворах в большей степени зависит от концентрации [Н⁺], поэтому эта величина имеет большое значение. Для удобства используют не величину [Н⁺], а водородный показатель рН = -lg[Н⁺].

Примеры решения типовых задач

Задача 1. Чему равна молярная концентрация частиц в растворе, содержащим 0,11 г CaCl₂ в 200 мл раствора?

Решение.

CaCl₂  Ca⁺² + 2 Cl^-

молярная концентрация CaCl₂

C_М = == 510^-3 моль/л,

так как CaCl₂ – соль (сильный электролит), а концентрация раствора мала, примем  = 1 (100 %).

Тогда

[CaCl₂]_{расп. на ионы} = [CaCl₂]_общей = 510^-3 моль/л;

[CaCl₂]_недис. = 0 моль/л.

Из уравнения электролитической диссоциации следует, что

[Ca⁺²] = [CaCl₂]_{расп. на ионы} = 510^-3 моль/л;

[C1^-] = 2[CaCl₂]_{расп. на ионы} =2510^-3 = 10^-2 моль/л.

Ответ. В растворе присутствуют ионы Ca⁺² и C1^-, молекулы CaCl₂ – отсутствуют. [Ca⁺²] =510^-3, [C1^-] =10^-2 моль/л.

Задача 2. Определить концентрации [Н⁺], [CН₃СОО^-] и [CН₃СООН] в 0,1 M растворе CН₃СООН, если  =1,34 %.

Решение. CН₃СООН  Н⁺ + CН₃СОО^-]. Ионы CН₃СОО^- и Н⁺ образуются из молекул CН₃СООН, участвующих в электролитической диссоциации. Из уравнения следует, что

[CН₃СОО^-] = [Н⁺]= [CН₃СООН]_{расп. на ионы} .

По определению  = С_{расп. на ионы} / C_{общее кол-во}, следова­тель­но,

[CН₃СОО^-] _{расп. на ионы} = [CН₃СООН]_общ.  = 0,1=1,34  10^-3 моль/л, отсюда [Н⁺]= [CН₃СОО^-] = 1,34 10^-3 моль/л.