Механизм электролитической диссоциации. Гидратация ионов.

Причины и механизм диссоциации электролитов объясняются химической (гидратной) теорией растворов Д.И.Менделеева и природой химической связи. Электролитами являются вещества с ионной или ковалентной сильно полярной связями. Растворители, в которых происходит диссоциация, состоят из полярных молекул. Например, вода – полярный растворитель. Диссоциация электролитов с ионной и полярной связями протекает различно.

Вода представляет собой диполь – двухполюсная молекула, т.е. имеет два поля зарядов «+» и «-» (молекула полярна)². Диполь схематически изображают .

Растворители обладают способностью ослаблять химические связи в молекулах растворённых веществ – диэлектрическая проницаемость растворителя. У воды она равна 81, что означает: вода способна ослаблять химические связи в молекулах растворяемых веществ в 81 раз.

I. Механизм диссоциации электролитов с ионной связью в водных растворах

1. Растворение вещества с ионной связью в воде. Вода – полярный растворитель.

2. Происходит ориентация диполей воды вокруг ионов натрия и ионов хлора (рис 6).

При этом химические связи между ионами натрия и хлора ослабляются. Диполи воды как бы «изымают» ионы из разрушающейся кристаллической решётки хлорида натрия, т.е. в результате химического взаимодействия между молекулами растворителя и ионами электролита, притяжение между ионами в кристаллической решётки ослабевает. Кристаллическая решётка разрушается, и ионы переходят в раствор.

Рис 6 Ориентация диполей воды

3. Образование гидратированных ионов.

Образующиеся ионы в водном растворе находятся не в свободном состоянии, а связаны с молекулами воды, т.е. являются гидратирован-ными ионами (рис 7).

Диссоциация ионных соединений в водном растворе происходит полностью.

Таким образом диссоциируют все растворимые в воде соли и щёлочи (КCl, NaCl, NaOH, КОН и др.).

Рис 7 Образование гидратированных ионов

II. Механизм диссоциации электролитов с ковалентной полярной связью в водных растворах

1. Растворение вещества с ковалентной полярной связью в воде (например НCl).

2. Так как в молекуле вещества нет ионов, то диполи воды ориентируются вокруг полюсов (рис 8).

Происходит взаимодействие диполей воды с молекулами растворённого вещества. Диполи ориентируются вокруг полюсов в молекуле НСl.

Рис 8 Ориентация диполей воды

3. Поляризация связи в молекуле НСl.

Под влиянием молекул воды изменяется характер связи в

молекуле НСl: связь становится более полярной, т.е. диполи

воды как бы «растягивают» связь в НСl (рис 9).

Рис 9 Поляризация связи

4. Образование гидратированных ионов.

Результатом процесса является диссоциация электролита и образование в растворе гидратированных ионов (рис 10).

Таким образом диссоциируют кислородсодержа-щие и бескислородные кислоты: HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄ и другие. Диссоциация электролитов с полярной связью может быть полной или частичной. Это зависит от полярности связей в молекулах электролитов.

Рис 10 Гидратированные ионы

Причина диссоциации

Главной причиной диссоциации в водных растворах является гидратация ионов. В растворах электролитов все ионы находятся в гидратированном состоянии. Рассмотрим, гидратацию ионов водорода. Катион водорода Н⁺ (протон) соединяется с молекулой воды и образуется ион гидроксония³ Н₃О⁺ по донорно-акцепторному механизму⁴:

Н₂О + Н⁺ → Н₃О⁺

или

структурные формулы иона гидроксония

Кислород выступает в качестве донора (предоставляет неподелённую электронную пару), катион водорода в качестве акцептора (предоставляет свободную атомную орбиталь).

Лекция 4