Речовини-електроліти при розчиненні у воді розпадаються на заряджені частинки - іони. Зворотне явище - молярізація, або асоціація. Освіта іонів пояснює теорія електролітичноїдисоціації (Арреніус, 1887). На механізм розпаду хімічних сполук при розплавленні і розчиненні впливають особливості типів хімічних зв`язків, будова і характер розчинника.
Електроліти і непроводнікі
У розчинах і розплавах відбувається руйнування кристалічних решіток і молекул - електролітична дисоціація (ЕД). Розпад речовин супроводжується утворенням іонів, появою такого властивості, як електропровідність. Чи не кожне з`єднання здатне диссоциировать, а тільки речовини, які спочатку складаються з іонів або сильно полярних частинок. Присутністю вільних іонів пояснюється властивість електролітів проводити струм. Мають таку здатність підстави, солі, багато неорганічних і деякі органічні кислоти. Непроводнікі складаються з малополярних або неполяризована молекул. Вони не розпадаються на іони, будучи неелектролітами (багато органічні сполуки). Переносники зарядів - позитивні і негативні іони (катіони і аніони).
Роль С. Арреніуса та інших хіміків у вивченні дисоціації
Теорія електролітичноїдисоціації обгрунтована в 1887 році вченим зі Швеції С. Арреніус. Але перші великі дослідження властивостей розчинів були проведені ще російським вченим М. Ломоносовим. Внесли внесок у вивчення заряджених частинок, що виникають при розчиненні речовин, Т. Гротгус і М. Фарадей, Р. Ленц. Арреніус довів, що електролітами є багато неорганічних і деякі органічні сполуки. Шведський вчений пояснив електропровідність розчинів розпадом речовини на іони. Теорія електролітичноїдисоціації Аррениуса не надавала значення безпосередньої участі молекул води в цьому процесі. Російські вчені Менделєєв, Каблуков, Коновалов та інші вважали, що відбувається сольватация - взаємодія розчинника і розчиненої речовини. Коли йде мова про водних системах, то застосовується назва «гідратація». Це складний фізико-хімічний процес, про що свідчить утворення гідратів, теплові явища, зміна кольору речовини і поява осаду.
Основні положення теорії електролітичної дисоціації (ТЕД)
Багато вчених працювали над уточненням теорії С. Арреніуса. Знадобилося її удосконалення з урахуванням сучасних даних про будову атома, хімічний зв`язок. Сформульовано основні положення ТЕД, що відрізняються від класичних тез кінця XIX століття:
- Процес розплавлення або розчинення супроводжується дисоціацією електроліту на іони. Так (за пропозицією Фарадея) називають частинки, що володіють зарядом ( «+» або «-») Вони відрізняються від нейтральних атомів будовою валентних оболонок і стійкістю, бувають пофарбованими і безбарвними. Іони можуть бути простими: Na+, Cl-, S2, Al3+. Є заряджені частинки, що складаються з груп атомів: CO2, NH4+. З грецької мови назва «іон» перекладається як «мандрівний», що вказує на хаотичність поширення цих частинок.
- Вплив зовнішнього електричного поля призводить іони в впорядкований рух всередині простору електроліту. Кожна негативна частка спрямовується до анода (позитивного електрода). Іони зі знаком "+" починає рух в сторону катода (негативного електрода).
- Одночасно в розчинах відбувається розпад на іони і з`єднання цих частинок, тому дисоціація відноситься до оборотних фізико-хімічних процесів.
Відбуваються явища необхідно враховувати при складанні рівнянь: застосувати спеціальний знак оборотного процесу, підрахувати негативні і позитивні заряди: вони в сумі повинні збігатися.
Механізм ЕД іонних речовин
Сучасна теорія електролітичноїдисоціації враховує будову речовин-електролітів і розчинників. При розчиненні зв`язку між різнойменно зарядженими частинками в іонних кристалах руйнуються під впливом полярних молекул води. Вони буквально «витягують» іони із загальної маси в розчин. Розпад супроводжується утворенням навколо іонів сольватной (в воді - гідратної) оболонки. Крім води, підвищеної діелектричної проникністю володіють кетони, нижчі спирти. при дисоціації хлориду натрію на іони Na+ і Cl- реєструється початкова стадія, яка супроводжується орієнтацією диполів води щодо поверхневих іонів в кристалі. На заключному етапі гідратованих іони звільняються і дифундують в рідину.
Механізм ЕД з`єднань з ковалентним сільнополярних зв`язком
Молекули розчинника впливають на елементи кристалічної будови неіонних речовин. Наприклад, вплив диполів води на хлороводневу кислоту призводить до зміни типу зв`язку в молекулі з ковалентного полярної на іонну. Речовина дисоціює, в розчин надходять гідратованих іони водню і хлору. Цей приклад доводить важливість тих процесів, які виникають між частинками розчинника і розчиненої сполуки. Саме ця взаємодія призводить до утворення іонів електроліту.
Теорія електролітичноїдисоціації і основні класи неорганічних сполук
У світлі основних положень ТЕД кислотою можна назвати електроліт, при розпаді якого з позитивних іонів можна виявити тільки протон Н+. Дисоціація підстави супроводжується утворенням або звільненням з кристалічної решітки тільки аніону ОН- і катіона металу. Нормальна сіль при розчиненні дає позитивний іон металу і негативний - залишку кислоти. Основна сіль відрізняється наявністю двох видів аніонів: ОН-групи і кислотного залишку. У кислої солі з катіонів присутні тільки водень і метал.
сила електролітів
Для характеристики стану речовини в розчині використовується фізична величина - ступінь дисоціації (alpha-). Знаходять її значення з відношення кількості розпалися молекул до загального їх числа в розчині. Глибину дисоціації визначають різні умови. Важливі діелектричні показники розчинника, структура розчиненого з`єднання. Зазвичай ступінь дисоціації знижується з ростом концентрації і збільшується при підвищенні температури. Найчастіше ступінь дисоціації конкретного речовини виражають в частках від одиниці.
Класифікація електролітів
Теорія електролітичноїдисоціації в кінці XIX століття не містила положення про взаємодію іонів в розчині. Несуттєвим здавалося Арреніусу вплив молекул води на розподіл катіонів та аніонів. Уявлення Аррениуса про сильних і слабких електролітах були формальними. Виходячи з класичних положень, можна отримати значення alpha- = 0,75-0,95 для сильних електролітів. В експериментах доведена незворотність їх дисоціації (alpha- -1). Практично повністю розпадаються на іони розчинні солі, сірчана і соляна кислоти, лугу. Частково диссоциируют сірчиста, азотистая, плавикова, ортофосфорна кислоти. Слабкими електролітами вважаються кремнієва, оцтова, сірководнева і вугільна кислоти, гідроксид амонію, нерозчинні підстави. Воду також відносять до слабких електролітів. Дисоціює невелика частина молекул Н2О, одночасно відбувається молярізація іонів.
