Сущность явления электролитической диссоциации
Шведский ученый Свант Аррениус (1839-1927), занимаясь изучением электропроводности растворов, обратил внимание на то, что все растворы со- лей, кислот, оснований, которые не подчиняются законам Вант-Гоффа и Рауля, обладают способностью проводить электрический ток. Он провел исследования электропроводности растворов в зависимости от концентрации растворенных веществ и обнаружил, что с увеличением концентрации растворенных веществ увеличивается и электропроводность растворов. На основании результатов сво- их опытов С. Аррениус показал, что, измеряя электропроводность растворов, можно рассчитать также и величину изотонического коэффициента, а соответ- ственно, и осмотическое давление и температуры начала кипения и кристалли- зации растворов. Величины изотонического коэффициента, выведенные из изучения элек- тропроводности растворов, оказались близки величинам изотонического коэф- фициента, полученным Вант-Гоффом при изучении осмотического давления тех же растворов. С. Аррениус высказал смелую гипотезу, что молекулы рас- творенного вещества в растворе распадаются (под действием молекул раство- рителя) на заряженные частицы (подвергаются электролитической диссоциации). – ионы, которые и обуславливают перенос электрических зарядов, т.е. электропроводность растворов. При этом под действием электрического поля катионы (+) двигаются к катоду (-), а анионы (-) – к аноду (+). Распад молекул на ионы ─ это увеличение концентрации частиц в рас- творе и как следствие, увеличение того или иного свойства растворов (осмоти- ческого давления, например), зависящего от концентрации частиц. Если бы, например, хлорид натрия NaCl находился бы в воде в виде целых молекул, то коэффициент изотонический должен быть равен единице. Но так как в действительности коэффициент i значительно больше единицы, есте- ственно принять, что хлорид натрия частично диссоциирован (распался) на ио- ны. Поэтому в данном случае при разбавлении изотонический коэффициент стремится к целочисленному значению i = 2. А в случае, например, ВаСl2, молекула которого распадается на три частицы (ион Ва2+ и два иона Сl-), изотонический коэффициент должен быть при предельном разбавлении равен i = 3. Приняв гипотезу С. Аррениуса, становится понятным и физический смысл понятия изотонического коэффициента. Он показывает – во сколько раз увеличилось количество частиц в растворе по сравнению с растворенным коли- чеством:
фактическое количество частиц растворенного вещества в единице объема i= ———————————————————————————————— число растворяемых частиц ( молекул) в единице объема
Взаимодействие между молекулами растворенного вещества и раствори- теля при растворении настолько сильное, что молекулы растворенного вещест- ва теряют свою индивидуальность, превращаются в ее фрагменты. Процесс растворения, как таковой, сопровождается деструкцией первоначальных (ис- ходных) частиц растворяемого вещества. В дальнейшем С. Аррениус развил свою гипотезу в стройную теорию, получившую название теории электролитической диссоциации. Вещества, которые в расплавах и полярных растворителях распадаются на ионы и обладают ионной проводимостью называют электролитами. Изучение растворов электролитов показало. что изотонический коэффи- циент i только в небольших случаях приближается к целочисленным значениям (1, 2, 3, 4 …) даже при бесконечно больших разбавлениях. В основном же он имеет дробные значения (см. табл.2.1). Из чего можно заключить, что не все рас- творенные молекулы диссоциируют на ионы. Измерения электропроводности также показывают, что с разбавлением растворов электропроводность повыша- ется, а с увеличением концентрации растворенного вещества после определен- ного значения происходит ее понижение. Очевидно, это явление связано с не- полной и обратимой диссоциацией молекул растворенного вещества, т.е. наря- ду с процессом распада молекул происходит соединение распавшихся частиц с образованием исходных молекул или ионных ассоциатов, которые образуют контактные ионные пары. Растворение веществ немолекулярного строения, имеющих ионную кристаллическую решетку в полярном растворителе протекает последовательным отрывом с поверхности твердого электролита катионов и анионов, например, того же хлорида натрия KCl:
KClраствор ↔ K+раствор + Cl-раствор .
Рис. 2.1. Растворение кристаллов хлорида калия BaCl2 ↔ Ва+2 + 2Cl-
В растворе молекулы попадают под влияние электрического поля соседних молекул растворителя и в них могут произойти существенные изменения, связанные со структурой молекул. В частности, молекулы которые неполярные сами по себе, становятся полярными, связи между частицами в молекулах растворенного вещества деформируются, ослабляются и возможен их полный разрыв. В результате в растворе из молекулы растворенного вещест- ва появляются ионы, окруженные полярными молекулами растворителя (гово- рят: сольватированные ионы, в общем случае или гидратированные ионы, в случае водного растворителя). Полярность молекул растворителя оказывает большое влияние на про- цесс и растворения и диссоциации молекул растворенного вещества. Чем выше дипольный момент, тем выше их способность и растворять, и тем вероятнее процесс диссоциации растворенных молекул. Дипольный момент µ характеризует только отдельно взятые молекулы, а диэлектрическая проницаемость ─ их общее свойство как среды (растворителя, растворов) разных веществ и концентраций, и поэтому она более удобна в практическом отношении. Диэлектрическая проницаемость ε показывает, во сколько раз напряженность поля (Е среда) с данным веществом ниже, чем напряженность поля в вакууме (Е вакуум ): ε = Евакуум / Есреда . Растворитель, характеризующийся большим значением диэлектрической по- стоянной ε, ослабляет стремление ионов соединиться в молекулы в большей степени. Электрическое поле создаваемое ионами растворенного электролита ослабляется полем создаваемым полярными молекулами растворителя. Таким образом, чем больше диэлектрическая проницаемость среды, тем в большей степени ионы изолированы друг от друга в растворе. Эти рассуждения согласуются с эмпирическим правилом: степень диссо- циации растворенного вещества при данных условиях пропорциональна ди- электрической постоянной растворителя. Значения диэлектрической проницаемости некоторых растворителей при 25 о С приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2. Диэлектрическая проницаемость некоторых растворителей
Из обычных растворителей наивысшей диэлектрической проницаемостью обладает вода. Ее диэлектрическая проницаемость равна 78,3. Поэтому в ней молекулы растворяемого (растворенного) вещества диссоциируют на ионы. Диэлектрические проницаемости таких растворителей, хлороформ, бензол, петролейный эфир (смесь углеводородов), в которых не происходит практически диссоциация, очень малы В случае полярных молекул ( например, галогенводороды НХ) распад молекул на ионы происходит при взаимодействии с полярными молекулами растворителя. Образование растворов электролитов приводит к уменьшению растворимости в них нейтральных молекул, например, растворимость газообразного хлора Сl2 в воде при 20 оС и 1 атм составляет 2 – 3 литра в 1000 г воды, а в 26 %-м растворе NaCl раствори- мость хлора понижается до 300 мл в 1000 г раствора. Необходимым условием, определяющим возможность процесса электролитической диссоциации, является наличие в растворяемом веществе ионных или полярных связей, а также достаточная полярность самого растворителя. Количественная оценка процесса электролитической диссоциации дается двумя величинами: степенью диссоциации α и константой диссоциации K. недиссоциированных молекул растворенного вещества при данных условиях используют понятие степень диссоциации. Обозначают ее, обычно, буквой «α». Степень диссоциации ─ это доля распавшихся молекул
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (483)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |