Тема 9. Растворы электролитов

“Вода именно разлагает на отдельные ионы молекулы растворенного вещества, но при этом образующиеся ионы могут соединяться с водой в более сложные группы, находящиеся в состоянии диссоциации”.

И.А. Каблуков

Электролитами называются вещества, распадающиеся на ионы в растворах или расплавах и потому проводящие электрический ток. К электролитам относятся неорганические кислоты, гидроксиды, соли. Электролиты образуют ионные растворы.

Соответственно, неэлектролиты – вещества, которые в растворе на ионы не распадаются, электрический ток не проводят и образуют молекулярные растворы. К неэлектролитам относятся большинство газов, органические соединения и молекулы с неполярными и малополярными связями.

9.1. Теория электролитической диссоциации

Распад электролитов на ионы при растворении их в воде называется электролитической диссоциацией.

Для объяснения особенностей водных растворов электролитов шведский ученый Сванте Аррениус в 1887 году предложил теорию электролитической диссоциации.

В представленной к защите в Упсальском университете диссертационной работе под названием “О диссоциации растворенных в воде веществ“ Аррениус излагал новые идеи о самопроизвольной диссоциации электролита на ионы при его растворении в воде. Многие ученые того времени, путая ионы с атомами, отвергли новую теорию. К числу этих ученых принадлежал и Д.И. Менделеев.

В числе сторонников Аррениуса были Оствальд и Вант-Гофф, но и они не сразу согласились с выводами автора. Оствальд вспоминал: “Я провел лихорадочную ночь со скверными снами. У меня одновременно появились жестокая зубная боль, новорожденная дочка и статья Аррениуса “Исследования по проводимости электролитов. То, что было написано в работе, настолько отличалось от привычного и известного, что я сначала был склонен все в целом принять за бессмыслицу”. Однако к началу XX века теория электролитической диссоциации получила всеобщее признание.

В 1903 году за разработку этой теории С. Аррениус был удостоен Нобелевской премии.

9.1.1. Основные положения теории

электролитической диссоциации

1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы положительные и отрицательные. В растворах ионы беспорядочно передвигаются в различных направлениях.

2. Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду (и называются катионами), отрицательно заряженные – к аноду (и называются анионами).

3. Диссоциация – процесс обратимый: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов (ассоциация)

NaNO₃ ⇄ Na⁺ + (NO₃)⁻

4. Число отрицательных и положительных ионов в растворе может быть разным, но сумма всех положительных зарядов всегда равна сумме всех отрицательных зарядов у ионов, находящихся в растворе, поэтому раствор в целом электронейтрален.

5. Заряженные ионы отличаются по свойствам от атомов и молекул. Так, ион водорода Н⁺ совершенно не похож по свойствам на атом водорода Н.

Однако Аррениус считал, что только заряженные ионы определяют свойства и строение раствора. Эта ошибочная позиция была подвергнута критике со стороны Д.И. Менделеева.

По мнению Менделеева при растворении в воде образуются гидраты растворенных веществ, т.е. вода принимает активное участие в образовании растворов.

“Примирил” эти две теории русский ученый Иван Алексеевич Каблуков. Он доказал, что при растворении солей они распадаются на ионы под действием молекул воды, а образовавшиеся ионы гидратируются. Таким образом в растворе существуют положительные и отрицательные ионы, окруженные молекулами воды.

Доказательством существования гидратных оболочек может служить образование кристаллогидратов. При кристаллизации эти соли удерживают в своем составе определенное число молекул воды. Самым показательным примером служит соль CuSO₄ – сульфат меди (II). Безводная соль белого цвета, а при растворении в воде гидратированные ионы меди имеют голубой цвет. При кристаллизации можно получить соль также голубого цвета, т.к. часть молекул воды входит в состав соли  кристаллогидрата [Cu(H₂O)₄]SO₄H₂O.