
- •Тема: Химия как наука
- •Тема: Строение атома
- •Тема: Периодическая система д.И. Менделеева
- •Тема: Химическая связь и строение молекул.
- •Тема: Химическая кинетика и равновесие
- •Тема: Растворы. Растворы неэлектролитов
- •Тема: Растворы. Растворы электролитов
- •Тема: ионные реакции. Гидролиз Ионные реакции в растворе
- •Правила составления ионных уравнений реакций
- •Порядок составления ионных уравнений реакции
- •Условия необратимости реакций ионного обмена
- •Растворимость солей, кислот и оснований в воде
- •Ионное произведение воды
- •PH раствора
- •Определение гидролиза
- •Отсутствие гидролиза в растворах
- •Гидролиз по катиону
- •Гидролиз по аниону
- •Гидролиз по катиону и аниону
- •Реакции обмена, сопровождаемые гидролизом
- •Количественные характеристики реакции гидролиза
- •Тема: Дисперсные системы. Коллоидные растворы.
- •Тема: окислительно-восстановительные реакции Степень окисления
- •Расчет степени окисления
- •Окислительно-восстановительные свойства вещества и степени окисления входящих в него атомов
- •Важнейшие восстановители и окислители
- •Классификация окислительно-восстановительных реакций Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции
- •Внутримолекулярные окислительно- восстановительные реакции
- •Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций
- •Типичные реакции окисления-восстановления Реакции с участием перманганата калия в качестве окислителя
- •Реакции в кислой среде.
- •Реакции в нейтральной среде
- •Реакции в щелочной среде.
- •Реакции с дихроматом калия в качестве окислителя
- •Окислительные свойства азотной кислоты
- •Пероксид водорода в окислительно-восстановительных реакциях
- •Тема: классификация неорганических веществ
- •Аллотропия
- •Основания
- •Получение
- •Химические свойства
- •Оксиды Классификация
- •Получение
- •Химические свойства
- •Кислоты
- •Классификация
- •Получение
- •Химические свойства
- •Классификация
- •Средние соли Получение
- •Химические свойства
- •Тема: Электродные потенциалы и электродвижущие силы
- •Тема: Электролиз как окислительно-восстановительный процесс
- •Тема: Коррозия металлов
Тема: Растворы. Растворы электролитов
Общие свойства растворов электролитов
Вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Свойства электролитов были рассмотрены и обобщены в трудах Аррениуса, развиты в трудах И.А. Каблукова, В.А. Кистяковского, на основе гидратной теории растворения Д.И. Менделеева. Основные положения теории электролитической диссоциации (ионизации):
1. При растворении солей, кислот и оснований в воде происходит диссоциация (ионизация) этих соединений с образованием электрически заряженных частиц -катионов и анионов.
2. Электрическая проводимость растворов солей, кислот и оснований в воде прямо пропорциональна общей концентрации ионов в растворе.
Уравнение электролитической диссоциации можно записать, опустив промежуточные стадии, указав лишь начальные и конечные продукты реакции:
АВ+(n+m)Н2О ↔ АР+nН2О + Вq–mН2О (1)
Коэффициенты n и m меняются с изменением концентрации, температуры и других параметров раствора. Поэтому молекулы растворителя обычно опускают и записывают: АВ ↔Ap+ + Вq–.
Растворами электролитов являются растворы щелочей, солей и неорганических кислот в воде и других полярных растворителях (жидком аммиаке, ацетонитриле и др.). Растворы электролитов являются ионными проводниками (проводниками второго рода).
В растворах электролитов наблюдаются отклонения от законов Вант-Гоффа и Рауля. По закону Рауля при растворении 0,1 моль неэлектролита (глюкозы) в 1000 г воды температура замерзания снижается на 0,186 К. Поэтому Вант-Гофф ввел в уравнение =СRТ поправочный коэффициент i, который назван изотоническим коэффициентом. Для любых разбавленных растворов Росм=iСRТ. Изотонический коэффициент характеризует отклонение от законов идеальных растворов вследствие электролитической диссоциации.
Здесь
– изменения температур замерзания и
кипения, осмотического давления и
понижения давления пара для электролита
к аналогичному свойству раствора
неэлектролита той же концентрации (
).
Для раствора электролита всегда i>1,
для раствора неэлектролита i=1.
Степень диссоциации электролитов.
Отношение числа молекул, диссоциированных на ионы, к общему числу молекул растворенного электролита называется степенью диссоциации (ионизации) ά: ά = n/nо, где n - число частиц, подвергшихся диссоциации, nо - общее число растворенных частиц. По степени диссоциации электролиты делятся на слабые (ά <3%) и сильные (ά >30%). Степень диссоциации зависит от природы (полярности) растворителя. Чем более полярна молекула растворителя, тем при прочих равных условиях выше степень ионизации растворенного вещества. Поскольку электролитическая диссоциация сопровождается тепловым эффектом, то ά зависит от температуры, причем ее влияние можно оценить по принципу Ле-Шателье: если диссоциация представляет собой эндотермический процесс, то с повышением температуры степень диссоциации растет, с понижением температуры уменьшается.
Сильно влияет на степень электролитической диссоциации концентрация раствора. Если рассматривать диссоциацию как равновесный обратимый химический процесс, то в соответствии с принципом смещения равновесия разбавление водой увеличивает количество диссоциированных молекул, то есть степень диссоциации с разбавлением растет.
Константа диссоциации
Процесс электролитической
диссоциации удобнее характеризовать
константой диссоциации, применив к нему
законы химического равновесия. Так, для
реакции КА↔К++А–
константа диссоциации
.
Здесь и далее в
квадратных скобках обозначаются молярные
концентрации компонентов. Чем больше
величина
,
тем сильнее электролит. Константа
диссоциации зависит от природы
диссоциирующего вещества и растворителя,
а также от температуры, и не зависит от
концентрации раствора. Между константой
и степенью диссоциации существует
количественная зависимость. Пусть в
рассмотренном выше процессе диссоциации
общее количество растворенного вещества
КА равно С, а степень диссоциации ά.
Тогда [К+]=[А-]=
άС, и, соответственно, концентрация
недиссоциированных частиц [КА]= (1- ά)С.
Подставив это значение в выражение для
константы диссоциации, получим:
.
Это соотношение называется
законом разбавления Оствальда. Для
слабых электролитов, когда ά много
меньше 1,
.
Отсюда
,
где V=1/С
- разбавление.
Из уравнения Оствальда следует, что ά уменьшается с увеличением концентрации слабого электролита. Например, при разбавлении раствора в 1 00 раз степень диссоциации возрастает в 10 раз.
В растворах слабых электролитов взаимодействие ионов друг с другом относительно невелико, вследствие их незначительной концентрации. Сильные электролиты в растворах диссоциированы практически полностью, поэтому концентрация их ионов велика и свойства таких растворов зависят от степени взаимодействия образующихся ионов друг с другом и с полярными молекулами растворителя. За счет этого взаимодействия создается впечатление, что диссоциация прошла и в растворе имеется некоторое количество недиссоциированных молекул. Поэтому ά, определяемая в растворах сильных электролитов экспериментально, является кажущейся и ее значение менее 100%. Поэтому для растворов сильных электролитов не применимы законы идеальных растворов. Чтобы эти законы использовать для описания реальных растворов, Льюис ввел представление об эффективной концентрации - активности а: а=γС, где С - концентрация, γ - коэффициент активности (величина безразмерная). Активность и концентрация измеряются в одних и тех же единицах. Коэффициент активности характеризует степень отклонения свойств данного раствора от свойств идеального. Для бесконечно разбавленных растворов электролитов, где практически отсутствует взаимодействие ионов, а=С и γ=1. Если вместо С в уравнения Вант-Гоффа, Рауля, Оствальда подставлять экспериментальные значения а, то уравнения остаются справедливыми и для сильных электролитов, и вообще для любых реальных растворов.
Вода служит не только
наиболее распространенным растворителем,
но и сама является идеальным амфолитом.
Процесс диссоциации воды называется
самоионизацией или автопротолизом, и
может быть записан: Н2О+Н2О↔Н3О++ОН–.
Часто этот процесс записывают в более
простом виде: Н2О↔Н++ОН–.
Константа диссоциации этого процесса
,
более строго через активности ионов:
.
Так как вода - слабый
электролит, можно использовать данные
выражения с учетом того, что концентрация
воды постоянна: [Н2О]=55,56
моль/л. Тогда [Н+][ОН-]=55,56=КW=10-14
– ионное произведение воды. Так как при
диссоциации воды [Н+]=[ОН-]=
=10-7
моль/л.
Ионы водорода являются носителями кислотных свойств, гидроксил-анионы - щелочных. Поэтому при равенстве этих ионов раствор будет нейтральным. Для характеристики кислотности (щелочности) среды введен водородный показатель рН=-lg[Н+]. При рН=7 среда нейтральная, для кислых растворов рН меньше 7, для щелочных рН больше 7.
Аналогичным образом реакция среды может быть охарактеризована гидроксильным показателем рОН=-lg[ОН–]. Для воды рН=рОН=7, рН+рОН=14.
Рассмотрим обменную реакцию
КС1+АgNОз=АgС1+КNО3.
Равновесие в такой реакции смещено
вправо, так как хлорид серебра -
малорастворимое соединение. Для
насыщенного раствора АgС1,
находящегося в равновесии с твердой
фазой (осадком), будет характерен
следующий процесс: АgCl↔Аg++С1–.
Константа равновесия этого гетерогенного
процесса Кр=Пр=
[Аg+][С1–].
Она не зависит от концентрации твердой
фазы (АgС1),
является постоянной величиной при
данной температуре. Эту величину называют
произведением растворимости Пр. Более
строго в Пр используют не концентрации,
а активности ионов электролита Пр=.
Применение понятия о Пр аналогично
использованию КW.
КW
определяет ионное
равновесие для малодиссоциированного
слабого электролита, а произведение
растворимости описывает описывает
аналогичный процесс для сильного, но
малорастворимого соединения.