Механизм электролитической диссоциации ионных веществ

При растворении в сильнополярных растворителях ионных химических соединений, напри­мер NaCl, процесс сольватации начинается с ориентации ди­полей растворителя вокруг выступов и граней их кристаллов (рис. 1).

Ориентируясь вокруг ионов кристаллической решётки, мо­лекулы растворителя образуют с ними либо водородные, либо донорно-акцепторные связи. При этом процессе выделяется большое количество энергии, которая называется энергией сольватации.

Энергия сольватации, величина которой достаточно велика, идёт на разрушение кристаллической решётки. При этом сольватированные ионы слой за слоем переходят в растворитель и, перемешиваясь с его молекулами, образуют раствор.

где n и m –количество связанной воды, которое пошло на гидратацию ионов соответственно натрия и хлора в растворе;

(х – n – m) – количество свободной воды, не участвую­щее в

процессе гидратации.

Рис. 1. Механизм электролитической диссоциации

кристаллика ионного соединения

Выделяющаяся при сольватации ионов энергия компенсирует энергию, затраченную при разрушении кристаллической решётки.

Механизм электролитической диссоциации сильно полярных веществ в сильнополярных растворителях

При диссоциации химических соединений, молекулы которых образованы по типу полярной ковалентной связи, вокруг молекул (на­пример, НС1) определённым образом ориентируются диполи растворителя (например, Н₂О (рис. 2). Под воздейст­вием воды сначала происходит дополнительная поляризация этой связи, а затем её диссоциация (ионизация молекулы) и гидратация образующихся ионов:

Рис. 2. Механизм электролитической диссоциации химического соединения с полярной ковалентной связью

Причинами электролитической диссоциации являются:

- процессы сольватации ионов или сильно полярных молекул, в ре­ зультате чего выделяется энергия, необходимая для разрыва ионной или сильно полярной ковалентной связи;

- высокая диэлектрическая постоянная растворителя, ослабляющая взаимодействие поляризованных или заряженных атомов (ионов);

- увеличе­ние энтропии системы за счёт процесса диссоциации химического соединения.

Растворы электролитов

В растворах и расплавах электролиты диссоциируют (распа­даются) на ионы, образование которых и объясняет ионную проводимость.

Процесс электролитической диссоциации принято записы­вать в виде упрощённой схемы, не раскрывая его механизма и опуская рас­творитель, хотя он является основным участником этого про­цесса.

СаС1₂ → Са²⁺ + 2Сl^–

HNO₃ → Н⁺ + NO₃^–

NаОН → Nа²⁺ + ОН^–

Из электронейтральности молекул следует, что суммарный заряд катинов и анионов должен быть равен нулю. Например:

ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ МЕНДЕЛЕЕВ(1834 – 1907)родился 27 января (8 февраля) в То­больске. В 1850 г. его имя появилось в списке студентов Главного педаго­гического института в Санкт-Петербурге. В возрасте 21 года (1855) Менделеев блестяще выдержал выпускные экзамены, а го дипломная работа была признана полноценной докторской диссертацией. В период с 1855 по 1856 г. – учитель гимна­зии при Ришельевском лицее в Одессе. Затем в 1857-1890 гг. преподавал в Петербургском университете, одновременно в 1864-1866 гг. – профессор Петербургско­го технологического института. В марте 1865 г. Менделеев был утверждён экстраординарным (сверхштатным) профессором физической химии, а в конце декабря 1866 г. – ординарным профессором технической химии петербургского университета. С 1867 г.

Менделеев – профессор чистой (неорганической) химии университета. В 1869 г. Менделеев опубликовал сообщения о систематизации известных тогда элементов. Предсказал (1870) существование, вычис­лил атомные массы и описал свой­ства 11 ещё не открытых химических элемен­тов. В 1890 г. периодический закон получил всеобщее признание. В 1865-1887 гг. Д.И. Менделеев создал гидратную теорию растворов. Развил идеи о существовании соединений пере­менного состава. Исследуя газы, нашёл (1874) общее уравнение со­стояния идеального газа, включа­ющее как частность зависимость состояния газа от температуры, обнаруженную (1834) физиком Б. П. Э. Клапейроном (уравнение Клапейрона-Менделеева). За­нимался вопросами химизации сельского хозяйства. Совместно с И. М. Чельцовымпринимал уча­стие Д. Менделеев (1890-1892) в разработке бездымного пороха. Д.И Менделеев – член многих академий наук и научных обществ. Один из основателей Русского физико-химиче­ского общества (1868). АН СССР учредила (1962) премию и золотую медаль им. Д. И. Менделеева за лучшие работы по химии и химической технологии.

KCr(SO₄)₂ → K⁺+ Cr³⁺ + 2SO₄^2-

KCr(SO₄)₂ = 1 · (+1) + 1 ·(+3) + 2 · (–2) = + 1 + 3 – 4 = 0

Сильные электролиты– вещества, которые практически полностью распадаются в растворах на ионы. Как правило, к сильным электролитам относятся соединения с ионными или сильно полярными ковалентными связями; а именно: все хорошо растворимые в воде соли, сильные кислоты (НС1, НВr, HI, HC1O₄, H₂SO₄, HNO₃) и сильные основания [LiOH, NaOH, КОН, RbOH, CsOH, Ва(ОН)₂, Sr(OH)₂, Ca(OH)₂].

Малорастворимые соли, основа­ния и кислоты также относятся к сильным электролитам, хотя в ионно-молекулярных уравнениях они записываются в молекулярном виде или в виде формульных единиц.

В растворе сильный электролит существует, в основном, в виде ионов (катионов и анионов), а его недиссоциированные молекулы практически отсутствуют.

Слабые электролиты – вещества, которые в растворах лишь частично диссоциируют на ионы. Поэтому растворы слабых электролитов наряду с ионами содержат недиссоциированные молекулы. Слабые электролиты не дают большой концен­трации ионов в растворе.

К слабым электролитам относятся:

- почти все органические кислоты и органические основания (например, уксусная кислота СН₃СООН и метиламин CH₃NH₂);

- некоторые неорганические кислоты (например, Н₂СО₃, H₂S, HNO₂, H₂SО₃);

- гидрат аммиака (NH₃ · Н₂О).

Очень слабым электролитом является вода.

Слабые электролиты плохо или почти не проводят электрический ток и мо­гут диссоциировать в растворах ступенчато. Процесс диссо­циации слабого электролита обратим.

Н₂СО₃ ⇄ Н⁺ + НСО₃^– (первая ступень)

НСО₃^– ⇄ Н⁺ + СО₃^2– (вторая ступень)