Химия: Электролитическая диссоциация
Версия от 16:54, 15 января 2018; Admine2 (обсуждение | вклад) (→Теория электролитической диссоциации)
Содержание
Электролиты и неэлектролиты
Хорошо известно, что одни вещества в растворенном или расплав ленном состоянии проводят электрический ток, другие в тех же условиях ток не проводят. Это можно наблюдать с помощью простого прибора.
Прибор для определения электрической проводимости растворов
Он состоит из угольных стержней (электродов), присоединенных проводами к электрической сети. В цепь включена электрическая лампочка, которая показывает присутствие или отсутствие тока в цепи. Если опустить электроды в раствор сахара, то лампочка не загорается. Но она ярко загорится, если их опустить в раствор хлорида натрия. Вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток, называются электролитами. Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами. К электролитам относятся кислоты, основания и почти все соли, к неэлектролитам — большинство органических соединений.
Теория электролитической диссоциации
Для объяснения особенностей водных растворов электролитов шведским ученым С.Аррениусом в 1887 г. была предложена теория электролитической диссоциации. В дальнейшем она была развита многими учеными на основе учения о строении атомов и химической связи. Современное содержание этой теории можно свести к следующим трем положениям:
картинка
1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы — положительные и отрицательные. Ионы находятся в более устойчивых электронных состояниях, чем атомы.
Они могут состоять из одного атома — это простые ионы (Na+, Mg2+, Аl3+ и т.д.) — или из нескольких атомов — это сложные ионы (NО3–, SO42– , РО43- и т.д.).
2. Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицательно заряженные — к аноду. Поэтому первые называются катионами,вторые – анионами. Направленное движение ионов происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами.
Хаотическое движение ионов Направленное движение ионов
Диссоциация — обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов (ассоциация). Поэтому в уравнениях электролитической диссоциации вместо знака равенства ставят знак обратимости. Например р
Механизм диссоциации
Существенным является вопрос о механизме электролитической диссоциации. Легче всего диссоциируют вещества с ионной связью. Как известно, эти вещества состоят из ионов. При их растворении диполи воды ориентируются вокруг положительного и отрицательного ионов. Между ионами и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В результате связь между ионами ослабевает, происходит переход ионов из кристалла в раствор.
Диссоциация кислот, оснований и солей в водных растворах
С помощью теории электролитической диссоциации дают определения и описывают свойства кислот, оснований и солей. Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода
H3РO4 
3H+ + РO43– – фосфат иону
Диссоциация многоосновной кислоты протекает главным образом по первой ступени, в меньшей степени по второй и лишь в незначительной степени — по третьей. Поэтому в водном растворе, например, фосфорной кислоты наряду с молекулами H3РO4 имеются ионы (в последовательно уменьшающихся количествах) H3РO4 H+ + Н2РO4¯ - дигидрофосфат иону; (первая ступень) H2РO4¯ H+ + НРO42¯ - гидрофосфат иону; (вторая ступень) РO42¯ H+ + РO43¯ - фосфат иону; (третья ступень) Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы. Например: KOH = K + OH
Электролитическая диссоциация Степень диссоциации
Поскольку электролитическая диссоциация — процесс обратимый, то в растворах электролитов наряду с их ионами присутствуют и молекулы. Поэтому растворы электролитов характеризуются степенью диссоциации (обозначается греческой буквой альфа α). Степень диссоциации — это отношение числа распавшихся на ионы молекул N’ к общему числу растворенных молекул N: Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях единицы или в процентах. Если α = 0, то диссоциация отсутствует, а если α = 1 или 100%, то электролит полностью распадается на ионы. Если же α = 20%, то это означает, что из 100 молекул данного электролита 20 распалось на ионы.
Различные электролиты имеют различную степень диссоциации. Опыт показывает, что она зависит от концентрации электролита и от температуры. С уменьшением концентрации электролита.
Реакции ионного обмена Согласно теории электролитической диссоциации все реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами. Они называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций — ионными уравнениями. Они проще уравнений реакций, записанных в молекулярной форме, и имеют более общий характер. При составлении ионных уравнений реакций следует руководствоваться тем, что вещества малодиссоциированные (вода), малорастворимые (выпадающие в осадок) газообразные записываются в молекулярной форме. Знак ↓ стоящий при формуле вещества, обозначает, что это вещество уходит из сферы реакции в виде осадка, знак ↑ обозначает, что вещество удаляется из сферы реакции в виде газа.
Сильные электролиты, как полностью диссоциированные, записывают в виде ионов.Сумма электрических зарядов левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов правой части. Для закрепления этих положений рассмотрим два примера. Пример 1.
Ионное произведение воды. pH раствора
КH2O = 1.10-4 Данная константа для воды называется ионным произведением воды, которое зависит только от температуры. При диссоциации воды на каждый ион Н+ образуется один ион ОН—, следовательно, в чистой воде концентрации этих ионов одинаковы: [Н+] = [ОН—]. Используя значение ионного произведения воды, находим: [H+] = [ОН—] = моль/л. Таковы концентрации ионов Н+ и ОН—.
Гидролиз солей Выше показано, что реакция чистой воды является нейтральной (рН = 7). Водные растворы кислот и оснований имеют, соответственно, кислую (рН < 7) и щелочную (рН > 7) реакцию. Практика, однако, показывает, что не только кислоты и основания, но и соли могут иметь щелочную или кислую реакцию — причиной этого является гидролиз солей. Взаимодействие солей с водой, в результате которого образуются кислота (или кислая соль), и основание (или основная соль), называется гидролизом солей. Рассмотрим гидролиз солей следующих основных типов:
Соли сильного основания и сильной кислоты (например, KBr, NаNО3) при растворении в воде не гидролизуются, и раствор соли имеет нейтральную реакцию… Значение гидролиза. Роль и практическое применение гидролиза Обменные реакции между солями и водой широко распространены в природе. Явление гидролиза играет огромную роль в химическом преобразовании земной коры. Многие минералы земной коры - это сульфиды металлов, которые хотя и плохо растворимы в воде, постепенно взаимодействуют с ней. Такие процессы идут и на поверхности Земли, и особенно интенсивно в ее глубинах при повышенной температуре. В результате образуется огромное количество сероводорода, который выбрасывается на поверхность при вулканической деятельности. А силикатные породы постепенно переходят в гидроксиды, а затем в оксиды металлов. В результате гидролиза минералов – алюмосиликатов – происходит разрушение горных пород. Известный нам малахит (Cu2(OH)2CO2) – не что иное, как продукт гидролиза природных карбонатов. В Мировом океане соли также интенсивно взаимодействуют с водой. Выносимые речной водой гидрокарбонаты кальция и магния придают морской воде слабощелочную реакцию. Именно в такой слабощелочной среде прибрежных вод рН приблизительно равно 9 наиболее интенсивно протекает фотосинтез в морских растениях и наиболее быстро развиваются морские животные. А если вспомнить о составе рН крови млекопитающих, в том числе и человека, то вы сможете не только сделать вывод о единстве животного мира на Земле но и сформулировать и некоторые гипотезы происхождении жизни на планете. Гидролиз в народном хозяйстве. Гидролиз доставляет немало хлопот нефтяникам. Как известно, в нефти имеются примеси воды и многих солей, особенно хлоридов кальция и магния. При нагревании нефти в процессе ее переработки до 250 град. С и выше происходит интенсивное взаимодействие указанных хлоридов с водяным паром. Образующийся при этом газообразный хлороводород вступает в реакцию с металлом, из которого сделано оборудование, разрушает его, что резко увеличивает стоимость нефтепродуктов. Впрочем, на счету гидролиза немало и добрых дел. Например, образующийся при взаимодействии сульфата алюминия с водой мелкодисперсный осадок гидроксида алюминия уже несколько веков используется в качестве протравы при крашении. Оседая на ткань и прочно соединяясь с ней, гидроксид алюминия затем легко адсорбирует красители и образует весьма устойчивые красящие слои, которые выдерживают многократную стирку ткани. Без протравы качественной окраски тканей не получится. Этот же процесс используют для очистки питьевой воды и промышленных стоков: рыхлый аморфный осадок гидроксида алюминия обволакивает частички грязи и адсорбирует вредные примеси, увлекая все это на дно. Примерно таков же механизм очистки природной воды глинами, которые представляют собой соединения алюминия. Гидролиз солей Na2CO3 Na3PO4 применяется для очистки воды и уменьшения ее жесткости. Известкование почв с целью понижения их кислотности также основано на реакции гидролиза
Посредством гидролиза в промышленности из непищевого сырья (древесины, хлопковой шелухи, подсолнечной лузги, соломы вырабатывается ряд ценных продуктов: этиловый спирт, белковые дрожжи, глюкоза, сухой лед.
Гидролиз в жизни человека
В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с явлением гидролиза – при стирке белья, мытье посуды, умывании мылом. Даже процессы пищеварения, в частности, расщепление жиров, протекают благодаря гидролизу.
В конце урока мы возвращаемся к стихотворению и отвечаем, почему же Ваня боялся зайти в море
Полезные ссылки
Глоссарий
- Аквакомплексы – комплексы, включающие в состав молекулы воды – или кристаллогидраты.
Библиография
- Химическая энциклопедия, ред. И.Л. Кнунянц, Изд. «Советская энциклопедия», 1-5 т., М., 1988 г.
Английский торговец Бэйкер завещал свое состояние Королевскому научному обществу на выплату тому, кто прочтет «доклад о выдающемся открытии» В ноябре 1807 года Гэмфри Дэви доложил о получении калия и натрия путем разложения щелочей действием электрического тока. Позже он выделил и получил барий, магний, кальций и стронций. Дэви стал основателем электрохимии.
Он сумел доказать опьяняющее действие веселящего газа на организм.
Из практических изобретений надо выделить безопасную для взрыва метана шахтерскую лампу, которой пользовались долгие годы до введения в шахтах электрического освещения.
Дэви работал в Пневматическом институте в Бристоле, и хотя у него было только среднее образование, он стал с 1802 профессором Королевского института.
В 1805 году Французская академия наук присудила ему премию в 3000 франков. В 1812 году Дэви в возрасте 34 лет за научные работы был посвящён в рыцари. Член множества научных организаций, в том числе иностранный почётный член Петербургской АН (1826 год).
В 1826 году Дэви поразил первый апоплексический удар, а 29 мая 1829 года на пути в Англию из Европы Дэви поразил второй удар, от которого он и умер на пятьдесят первом году жизни в Женеве.
Похоронен в Вестминстерском аббатстве в Лондоне, на месте захоронения выдающихся людей Англии. В его честь Лондонское Королевское общество учредило награду для учёных — медаль Дэви.
1 Из 1 кг гидрида лития можно получить 2800 литров водорода, столько его содержит 40 кг баллон под давлением 120-150 атмосфер.
2 Солью, извлеченной из морской воды можно было бы засыпать всю сушу слое в 130 метров.
3 В состав жидкого мыла входит калий.
4 Каждую секунду в организме человека распадается 5000 атомов радиоактивного изотопа калия, которого в нем содержится около 0,003 грамма.
5 Сплав 76% калия и 24% натрия жидкий и затвердевает при минус 12 градусов Цельсия.
Попробуйте ответить правильно на пять вопросов:
В этом видео вы узнаете как сварить яйца без огня.
Академик
Курнаков Николай Семенович
Советский химик. Разработал физико-химический анализ растворов и сплавов металлов. Для анализа состава сплавов он создал новые методы и приборы.
Чернов
Дмитрий Константинович
Русский металлург. Разработал в 1868 году наилучшие условия отливки, ковки и термической обработки стали. С тех пор стальные орудия вытеснили бронзовые. Предсказал преимущества применения кислородного дутья в конвекторном процессе.
Аносов
Павел Петрович
Русский металлург, горный инженер. Он был первым исследователем, применившим еще в 1831 году микроскоп для изучения структуры стали. Изобрел способ закалки стальных изделий в струе сжатого воздуха. Получил литую сталь и усовершенствовал многие заводские механизмы.