4 Механізм дисоціації. Гідратація іонів. Дисоціація кислот, основ та солей в водних розчинах. Сильні та слабкі електроліти.

Найлегше дисоціюють речовини з іонним зв’язком. Як відомо, ці речовини складаються з іонів Під час розчинення їх диполі води орієнтуються навколо позитивно і негативно заряджених іонів. Між іонами і диполями води виникають сили взаємного притягання. В результаті зв’язок між іонами послаблюється, відбувається перехід іонів з кристала в розчин. При цьому, утворюються гідратовані іони, тобто іони, хімічно зв’язані з молекулами води.

Аналогічно дисоціюють і електроліти, молекули яких утворені за типом полярного ковалентного зв’язку (полярні молекули). Навколо кожної полярної молекули речовини також орієнтуються диполі води, які своїми негативними полюсами притягуються до позитивного полюса молекули, а позитивними полюсами — до негативного полюса. В результаті цієї взаємодії зв’язуюча електронна хмара (електронна пара) повністю зміщується до атома з більшою електронегативністю, полярна молекула перетворюється на іонну і потім легко утворюються гідратовані іони Дисоціація полярних молекул може бути повною або частковою.

Отже, електролітами є сполуки з іонними або полярними зв’язками — солі, кислоти і основи. І дисоціювати на іони вони можуть у полярних розчинниках.

 Гідратація іонів

 Під час розчинення відбувається хімічна взаємодія розчиненої речовини з водою, яка приводить до утворення гідратів, а потім вони дисоціюють на іони. Ці іони сполучені з молекулами води, тобто гідратовані. І.О. Каблуков вважав, що у водному розчині містяться тільки гідратовані іони.. Отже, гідратація іонів (у загальному випадку сольватація ) — основна причина дисоціації. Вона частково утруднює їх зворотне сполучення (асоціацію).

Гідратовані іони містять як стале, так і змінне число молекул води. Гідрат сталого складу утворює іон гідрогену Н , що утримує одну молекулу води, — це гідратований протон Н (Н₂О). У науковій літературі його зображують формулою Н₃О⁺ (або ОН₃⁺) і називають іоном гідроксонію.

В розчинах немає іона Н⁺, а є іон Н₃О⁺, який іноді для спрощення умовно позначають символом Н⁺. Говорячи про іон гідрогену в розчинах, завжди мають на увазі іон гідроксонію.

¹ Сольватація — хімічний зв’язок іонів з молекулами неводного розчинника.

Механізм виникнення міцного ковалентного зв'язку в іоні Н₃О донорно-акцепторний:

Молекула води — донор, протон — акцептор.

СН₃СООН (водн.) ⇆ Н⁺ (водн.) + СН₃СОО^- (водн.);

HSO₄ (водн.) ⇆Н⁺ (водн.) + SO4^2- (водн.).

Проте, звичайно, для спрощення запису вказівки в дужках випускають.

Дисоціація кислот, основ і солей у водних розчинах

Речовини, які здатні дисоціювати в водних розчинах або розплавах, називають електролітами. До них належать кислоти, луги, солі. Розглянемо особливості їхньої дисоціації.

Запишемо рівняння електролітичної дисоціації кислот:

HCl → H⁺ + Cl^–

HNO₃ → H⁺ + NO₃^–

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2–.

Кислотні залишки в різних кислот різні, проте спільною ознакою всіх кислот є наявність у їхніх розчинах гідратованих катіонів Гідрогену Н₃О⁺ (у рівняннях для спрощення пишемо Н⁺).

Кислотами називають електроліти, при дисоціації яких у водних розчинах у якості катіонів утворюються тільки гідратовані йони Гідрогену.

Наявність катіонів Гідрогену в розчинах кислот зумовлює їхні загальні властивості: кислий смак, загальні хімічні властивості, дію на індикатори. Саме завдяки цьому всі кислоти однаково змінюють забарвлення індикаторів у своїх розчинах.

За кількістю катіонів Гідрогену, які утворюються в результаті дисоціації однієї молекули кислоти, визначають основність кислоти. Хлоридна HCl і нітратна HNO₃  кислоти є одноосновними. Сульфатна кислота H₂SO₄ — двохосновна, а ортофосфатна кислота H₃PO₄ — трьохосновна:

H₃PO₄ → 3H⁺ + PO₄^3–.

Багатоосновні кислоти дисоціюють ступінчасто, поступово відщеплюючи по одному катіону Гідрогену. Дисоціація за першим ступенем звичайно відбувається в більшій мірі, ніж за другим або третім.

Запишемо рівняння електролітичної дисоціації лугів:

NaOH → Na⁺ + OH^–

Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^–

Спільною ознакою всіх лугів є наявність у їхніх розчинах гідроксид-аніонів.

Лугами називають електроліти, при дисоціації яких у водних розчинах в якості аніонів утворюються тільки гідроксид-аніони.

Гідроксид-аніони в розчинах лугів зумовлюють їхні загальні властивості: милкість на дотик, руйнівний вплив на шкіру, папір, волосся тощо, дію на індикатори.

Луги — йонні речовини, тому їхня дисоціація є повною. Розгляньмо приклади дисоціації солей:

NaNO₃ → Na⁺ + NO₃^–

K₂SO₄ → 2К⁺ + SO₄^2–

BaCl₂ → Ba²⁺ + 2Cl^–.

Солями називають електроліти, при дисоціації яких у водних розчинах утворюються гідратовані катіони металічних елементів та аніони кислотних залишків.

Cолі — йонні речовини, тому їхня дисоціація є повною. Усі електроліти поділяють на сильні та слабкі. Сильні електроліти в розчинах дисоціюють повністю, а слабкі — частково, тобто частина молекул залишається в недисоційованому стані. До сильних електролітів відносять усі солі (за незначним винятком), луги (гідроксиди лужних металів, а також Барію, Стронцію й Кальцію) та деякі кислоти (НСl, НВr, НІ, HNO₃, H₂SO_4(розб)). Інші електроліти відносять до слабких. Силу електролітів можна пояснити ступенем іонності зв’язку, що підлягає розриву при дисоціації. Оскільки в солях між іонами металів та кислотних залишків зв’язок іонний, то майже всі солі належать до сильних електролітів. Силу оксигеновмісних кислот можна визначити за формулою Е(ОН)_mО_n. Якщо n < 2 — кислота слабка, якщо n більше або дорівнює 2 — сильна.

 Чим більше число атомів Оксигену, які не входять до групи ОН, тим полярніший зв’язок і сильніша кислота Залежність сили кислот від складу кислотного залишку.