Теория электролитической ионизации (диссоциации). - раздел Химия, ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ Электролитическая Ионизация В Растворе – Это Распад Вещества На Сольватиованн...
Электролитическая ионизация в растворе – это распад вещества на сольватиованные (гидратированные) ионы под действием молекул растворителя.
Данная теория была разработана шведским ученым Сванте Аррениусом в 1887 г. Основные ее положения:
1. Вещества распадаются на положительные и отрицательно заряженные ионы под действием растворителя.
2. Под дейсвием электрического тока положительно заряженные ионы двигаются к катоду (-) и называются катионами, а отрицательно заряженные двигаются к аноду (+) и называются анионами.
3. Диссоциация – процесс обратимый, наряду с распадом молекул протекает процесс соединения ионов в молекулу (молязация).
В своих работах Аррениус доказал, что распад молекул на ионы происходит уже в самом процессе растворения независимо от того, пропускают электрический ток через раствор или нет. Благодаря ионизации увеличивается число частиц в расторе, что ведет к повышению осмотического давления, однако он не учитывал взаимодействие растворенного вещества с растворителем (сольватационные процессы), данный процесс рассматривал как физический.
Основоположником современной теории электролитической ионизации как процесса, вызываемого сольватацией молекул, являются И.А. Каблуков и В.А. Кистяковский. Они расширили теорию Аррениуса с позиции химической теории растворов Д.И. Менделеева.
Основная причина электролитической ионизации – гидратация (сольватация) ионов, затрудняющая обратное соединение ионов (ассоциацию).
Дипольные молекулы воды взаимодействуют с ионами или полярными молекулами в растворе как за счет неподеленных электронных пар атома кислорода, так и за счет образования водородных связей:
Таким образом, катионы связаны с молекулами воды по типу донорно-акцепторного взаимодействия. Доморами являются атомы кислорода молекулы воды, имеющие свободные электронные пары, акцепторами - катионы, имеющие свободные орбитали.
Анионы связаны с водой водородной связью. Число координированных молекул воды называется координационным числом. Оно может бытьравно 4,6 и т.д. В общем виде растворение электролита в воде описывает уравнение:
КА + (x + у) Н2О ↔ [К(Н2О)х]+ + [А(Н2О)у]-
На практике пользуются упрощенным уравнением: КА ↔ К+ + А-
Таков механизм ионизации вещества ионного характера, кристаллическая решетка которых состоит из ионов.
При растворении в воде или других полярных растворителях соединений с ковалентной полярной связью происходит ионизация по типу:
Аналогично идет растворение галогенидов кобальта, алюминия, хрома, марганца,железа, меди и др.: СоCl2 + 6H2O = [Co(H2O)6]2+ + 2Cl-
Элементарных ионов кобальта в растворе нет. Часто аквакомплексы оказываются настолько прочными, что выделяются из растворов в составе кристаллогидратов, например: CuSO4·5H2O, AlCl3·6H2O, BeCl2·4H2O.
Количественной характеристикой электролитической ионизации является - степень ионизации. Это отношение числа ионизированных молекул к общему числу:
(65)
По степени ионизации условно электролиты делятся на сильные (α>30%), средние (30% >α > 3%) и слабые (α<3%).
Степень ионизации можно вычислить, если найти опытным путем изотонический коэффициент Вант-Гоффа:
(66)
n- общее количество ионов на которые распадается электролит
Из сказанного выше следует, что растворы будут изотоничны, если при одинаковой температуре содержат одинаковое число частиц в еденице объема. У растворов с одинаковой молярной концентрацией осмотической давление выше в растворе электролита, с более высоким значением α. У растворов электролитов с одинаковыми СМ и α осмотическое давление выше у раствора электролита, диссоциирующего на болшее число частиц.
Факторы, влияющие на степень ионизации:
1. Природа растворителя
2. Природа растворенного вещества
3. Температура (ионизация – это эндотермический процесс, поэтому с повышением температуры ионизация увеличивается).
4. Концентрация (с увеличением концентрации уменьшается степень ионизации и наоборот).
5. Наличие одноименных ионов уменьшает степень ионизации.
К равновесиям в растворе слабого электролита применимы законы химического равновесия:
Киониз. - константа ионизации зависит от природы электролита и растворителя, от температуры и не зависти от концентрации. Это постоянная величина (прилож. 7) характеризует способность электролита распадаться на ионы. Чем больше Киониз., тем лучше вещество распадается на ионы. Для сильных электролитов Киониз >1
рКиониз = -lgКиониз (67)
Взаимосвязь константы ионизации и степенью ионизации выражает закон разбавления Оствальда:
(68)
Для слабых электролитов, в очень разбавленных растворах:
(69)
Степень ионизации слабого электролита возрастает с разведением раствора.
Ионизации подвергаются не только молекулы, но и сложные ионы. При ступенчатой ионизации кислот и оснований каждая ступень характеризуется собственной константой:
Н3РО4 ↔Н+ + Н2РО4-
Н2РО4- ↔ Н+ + НРО42-
НРО42- ↔ Н+ + РО43-
Общая Киониз = К/ион. · К//ион· К///ион. Поскольку К/ион. > К//ион > К///ион, в наибольшей степени идет ионизация по первой ступени.
Электролиты – вещества, расплавы и растворы которых содержат подвижные ионы и проводят электрический ток. К сильным электролитам, если растворителем является вода относятся: все соли, сильные кислоты (соляная, бромоводородная, йодоводородная, хлорная, серная, азотная), основания (гидроксиды лития, натрия, калия, рубидия, цезия, кальция, бария).
Данные вещества в растворах полностью диссоциируют на ионы. Однако экспериментально было доказано, что не все ионы, образовавшиеся в результате полной диссоциации электролита, являются свободными (электрическая проводимость растворов электролитов, которая связана с движением ионов, в концентрированных растворах оказалась незначительной). Это говорит о том, что в них ионы движутся медленнее, чем в разбавленных. Это обусловлено электростатическим взаимодействием между ионами и зависит от концентрации раствора, природы электролита и среды. Наличие этих сил приводит к тому, что каждый ион окружен «ионной атмосферой», состоящей из ионов с противоположным знаком (сложные агрегаты – ассоциаты). Движение положительных ионов в сторону отрицательного электрода тормозится силами притяжения отрицательно заряженной «ионной атмосферы» к положительному электроду (рис. 30). При разбавлении это взаимодействие ослабевает, подвижность ионов возрастает (максимальна при бесконечном разбавлении раствора).
концентрация соответственно которой электролит действует в химических реакциях. Активность раствора связана с молярной концентрацией:
(70)
Для сильно разбавленных растворов она равна концентрации.
F – коэффициент активности, характеризует межионные взаимодействия. Чем они сильнее, тем меньше коэффициент, тем больше отличаются активность и концентрация. Это безмерная величина, характеризует степень отклонения свойств данного раствора от свойств идеального (если раствор разбавлять, то и С=а)
Сила взаимодействия между ионами – F- зависят от: концентрации ионов и заряда.
Эти факторы учитываются величиной – ионной силой раствора (I) –полусумма произведений концентраций всех ионов в растворах на квадрат их заряда:
(71)
Для сильно разбавленных растворов коэффициент активности (в приложении 7.) зависит только от ионной силы. Согласно теории сильных электролитов Дебая-Гюккеля (1923 г), коэффициент активности электролита связан с ионной силой раствора следующим соотношением:
(72)
А – коэффициент, зависит от заряда иона, диэлектрической проницаемости среды и температуры.
Согласно теории электролитической диссоциации Аррениуса кислота – это соединение, распадающееся в водном растворе с образованием ионов Н+, а основание – вещество, при диссоциации которого образуются ионы ОН-. Эти определения являются весьма упрощенными, поскольку относятся только к водным растворам (кислотно-основные свойства проявляются в разных растворителях и даже при их отсутствии). Многие вещества не содержат в своем составе гидроксильных групп, и тем не менее являются основаниями. В данном процессе диссоциации не учитываются молекулы растворителя.
В развитии представлений о кислотах и основаниях появляется протеолитическая теория Бренстеда –Лоури (1923г). Согласно этой теории кислота – вещество, которое может отщеплять протоны, а основание – вещество, присоединяющее протоны.
ацетет ион – основание хлорид ион – основание, более слабое. Следовательно, хлороводород – сильный электролит.
В каждом примере есть кислота и основание, которые называются сопряженными.
В процессе нейтрализации два основания конкурируют за обладание протонами.
Протолитическое, или кислотно-основное, равновесие устанавливается в результате конкуренции за протон между основаниями взаимодействующих сопряженных кислотно-основных пар ( НА, А- и ВН+, В).
Протолитическое равновесие всегда смещается в сторону образования более слабой кислоты:
Теоретические сведения
Химия – это естественная наука о веществах, их строении, свойствах и взаимопревращениях.
Важнейшей задачей химии является получение веществ и материалов с нужными для различных конкретных
Химические свойства оксидов
Основные
Амфотерные
Кислотные
Реагируют с избытком кислоты с образованием соли и воды. Основным оксидам соответствуют осн
Взаимосвязь между солями
Из средних солей можно получить кислые и основные соли, но возможен и обратный процесс.
Кислые
соли
НОМЕНКЛАТУРА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Химическая номенклатура – свод правил, позволяющих однозначно составить ту, или иную формулу или название любого химического вещества, зная его состав и строение.
Названия и символы элементов
Символы химических элементов согласно правилам ИЮПАК приведены в периодической таблице Д.И. Менделеева. Названия химических элементов в большинстве случаев имеют латинские корни. В случае, если эле
Формулы и названия сложных веществ
Так же как и в формуле бинарного соединения в формуле сложного вещества на первом месте стоит символ катиона или атома с частичным положительным зарядом, а на втором – аниона или атома с частичным
Основания
Согласно международной номенклатуре названия оснований составляются из слова гидроксид и названия металла. Например, - гидроксид натрия, - гидроксид калия, - гидроксид кальция. Есл
Средние соли кислородсодержащих кислот
Названия средних солей состоят из традиционных названий катионов и анионов. Если элемент в образуемых им оксоанионах проявляет одну степень окисления, то название аниона оканчивается на -ат
Кислые и основные соли
Если в состав соли входят атомы водорода, которые при диссоциации проявляют кислотные свойства и могут быть замещены на катионы металлов, то такие соли называются кислыми. Названия
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ
Атомно-молекулярное учение о строении вещества М.В. Ломоносова является одной из основ научной химии. Всеобщее признание атомно-молекулярная теория получила в начале ХIХ в. Пос
Основные стехиометрические законы
Закон сохранения массы(М.В. Ломоносов, 1748 г.; А.Л. Лавуазье 1780 г.) служит основой при расчете материального баланса химических процессов): масса веществ, вступивших в хи
Эквивалент. Закон эквивалентов
Эквивалент (Э) – это реальная ли условная частица вещества, которая может присоединять, замещать, высвобождать или быть каким-либо другим способом э
Решение.
Пример 4. Рассчитайте молярную массу эквивалентов серы в соединениях .
Решение
Теоретические сведения
Раствор –гомогенная термодинамически устойчивая система, состоящая из растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодествия. Компонент, агрегатное состояние которого не
Теоретические сведения
Химический процесс можно рассматривать как первую ступень при восхождении от химических объектов – электрон, протон, атом – к живой системе.
Учение о химических процессах – это обла
Теоретические сведения
Кинетикахимических реакций - учение о химических процессах, о законах их протекания во времени, скоростях и механизмах.
С исследованиями кинетики химических реакций связан
Влияние температуры на скорость реакции.
При повышении температуры на каждые 10 0скорость большинства химических реакций увеличивается в 2-4 раза, и, наоборот, при понижении температуры – понижается соответственно во столько
Влияние катализатора на скорость реакции.
Одним из способов увеличения скорости реакции является снижение энергетического барьера, то есть уменьшение . Это достигается введением катализаторов. Катализатор – вещество
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Различают обратимые и необратимые реакции. Необратимыми реакциями называются такие, после протекания которых, систему и внешнюю среду одновременно нельзя вернуть в прежнее состояние. Они иду
Теоретические сведения
Химические свойства любого элемента определяются строением его атома. С исторической точки зрения, теория строения атома последовательно разрабатывалась: Э. Резерфордом, Н. Бором, Л. де Бройлем, Э.
Корпускулярно-волновые свойства частиц
Характеристика состояния электронов в атоме основана на положении квантовой механики о двойственной природе электрона, обладающего одновременно свойствами частицы и волны.
Впервые двойстве
Последовательность заполнение атомных орбиталей
Заселение электронами атомных орбиталей (АО) осуществляется согласно принципу наименьшей энергии, принципу Паули и правилу Гунда, а для многоэлектронных атомов – правилу Клечковского.
Электронные формулы элементов
Запись, отражающая распределение электронов в атоме химического элемента по энергетическим уровням и подуровням, называется электронной конфигурацией этого атома. В основном (невоз
Периодичность атомных характеристик
Периодический характер изменения химических свойств атомов элементов зависит от изменения радиуса атома и иона.
За радиус свободного атома принимают положение главного
Свойства кристаллических решеток
Тип кристаллической решетки
Характеристика
Ионные
Состоят из ионов. Образуют вещества с ионной связью. Обладают высокой т
В Периодической системе Д.И. Менделеева
1. Укажите название элемента, его обозначение. Определите порядковый номер элемента, номер периода, группу, подгруппу. Укажите физический смысл параметров системы – порядкового номера, номера перио
Теоретические сведения
Все химические реакции по своей сути являются донорно-акцепторными и различаются по природе частиц, которыми обмениваются: электрон донорно-акцепторные и протон донорно-акцепторные. Химические реак
Стандартные электродные потенциалы металлов
Он позволяет сделать ряд выводов относительно химических свойств элементов:
1. каждый элемент способен восстанавливать из растворов солей все ионы, имеющие большее значение
Исходные данные
Вариант
Уравнение реакции
K2Cr2O7 + KI + H2SO4 → Cr2
Теоретические сведения
Многие ионы способны присоединять к себе молекулы или противоположные ионы и превращаться в более сложные ионы, называемые комплексными.
Комплексные соединения (КС) – это соединения в узла
Строение комплексных соединений
В 1893 г. А.Вернер сформулировал положения, заложившие основу координационной теории.
Принцип координации: координирующий атом или ион (Меn+) окружён противоп
Номенклатура IUPAC КС.
Читаются и записываются справа налево.
Первым в именительном падеже называют анион, затем в родительном падеже – катион.
В названии комплексного иона сначала перечисляются лиганды
Природа химической связи в комплексных соединениях
Первой теорией, объясняющей образование КС была теория ионной (гетерополярной) связиВ. Косселя и А. Магнуса: многозарядный ион – комплексообразователь (d-элемент) обладает сильным
Слабое поле
Действие лигандов вызывает расщепление d-подуровня:
dz2, dx2-y2 – высокоспиновый дуплет (d¡)
Теоретические сведения
Растворы – сложные многокомпонентные системы, играют исключительно важную роль в живой и неживой природе. Растворами являются важнейшие физиологические жидкости: кровь, лимфа; в ни
Теоретические сведения
Количество растворенного вещества, необходимое для получения насыщенного раствора в заданном количестве растворителя определяет растворимость этого вещества в данном раствор
Осадок раствор
ПР = [Ktm+]n∙[Ann-]m (76)
Правило Нернста.ПР - в насыщенном ра
Теоретические сведения
Вода – слабый электролит. Она полярна и находится в виде гидратированных кластеров. Благодаря тепловому движению связь разрывается, происходит взаимодействие: Н2О↔[
Уравнения Гендерсона – Гассельбаха
для буферных систем 1-го типа (слабая кислота и её анион):
pH = pKa + lg([акцептор протона]/[донор протона])
ГИДРОЛИЗ.
Гидролиз лежит в основе многих процессов в химической промышленности. В больших масштабах осуществляется гидролиз древесины. Гидролизная промышленность вырабатывает из непищевого сырья (древесины,
Механизм гидролиза по аниону.
1. Анионы, обладающие высоким поляризующим действием: сульфид, карбонат, ацетат, сульфит, фосфат, цианид, силикат – анионы слабых кислот. У них вакантной орбитали нет, работает избыточный отицатель
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основная литература:
1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов/ Ю.А. Ершов, В.А.Попков, А.С.Берлянд и др.; Под ред. Ю
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов