Растворы электролитов и их свойства
Сильные и слабые электролиты
Электролитами называют вещества, которые в растворе или расплаве самопроизвольно частично или полностью распадаются на ионы, способные к самостоятельному существованию. Раствор электролита электронейтрален. Число ионов каждого знака определяется стехиометрическими коэффициентами в формуле электролита при соблюдении закона электронейтральности.
Например:
NaCI ⇆ Na+ + CI-
CuSO4 ⇆ Cu2+ + SO42-
CaCI2 ⇆ Ca2+ + 2CI-
По способности к диссоциации электролиты разделяются на сильные и слабые.
К сильным электролитам принадлежат сильные кислоты, сильные основания и большинство солей. В растворах различной концентрации сильные электролиты практически полностью диссоциированы на ионы (KOH, NaOH, H2SO4, NaCI, K2SO4).
К слабым электролитам относят слабые кислоты (H2SO4, H3PO4, CH3COOH), слабые основания (NH4OH) и некоторые соли (HgCI2). Процесс диссоциации слабых электролитов обратим, ионы противоположного знака в растворе соединяются в молекулы. Слабые электролиты распадаются на ионы лишь частично.
По современным представлениям ионы в растворе гидратируемы или сольватируемы, т.е. окружены определенным числом ориентированных диполей растворителя.
Диссоциация молекулы электролита под действием полярных молекул растворителя
Сольватация ионов – это образование связей между ионом и молекулами растворителя.
Электролитическая диссоциация в растворе
|
|
Теория электролитической диссоциации Аррениуса.
Закон разведения Оствальда
Процесс распада растворенного вещества в растворе на ионы называется электролитической диссоциацией.
Первая количественная теория растворов электролитов (теория электролитической диссоциации) была высказана Аррениусом. По этой теории молекулы кислот, оснований и солей при растворении распадаются на противоположно заряженные ионы. Процесс диссоциации электролитов обратим, происходит образование молекулы из ионов, т.е. в растворе существуют ионы и молекулы. Равновесие между ионами и молекулами подчиняется закону действующих масс.
Для электролита AB, диссоциирующего в растворе на ионы по схеме
AB ⇆ A+ + B−
выражение для константы диссоциации имеет вид
(1.5)
В состоянии равновесия доля молекул, распавшихся на ионы, характеризует степень диссоциации электролита , которая зависит от:
1. природы растворителя;
2. концентрации электролита;
3. температуры;
4. присутствия других растворителей.
С учетом степени диссоциации равновесные концентрации частиц будут равны
Тогда
(1.6)
|
|
− это уравнение называется законом разведения Оствальда и описывает поведение слабых электролитов.
При малых значениях можно принять, что , тогда
(1.7)
Kдисс = f (T, природы растворителя), но не зависит от концентрации электролита в растворе.
Свойства растворов электролитов существенно отличаются от свойств идеальных растворов. Это объясняется увеличением числа частиц в растворе электролита за счет диссоциации и электролитическим взаимодействием между ними.
Вант-Гофф обнаружил увеличение осмотического давления в растворах электролитов
(1.8)
где – осмотическое давление
i– изотонический коэффициент Вант – Гоффа (i >1)
c– концентрация в моль/л
В водных растворах NaCI i ≈2, в BaCI2 ~3 – он (i) показывает приближенно число ионов, на которые диссоциируют молекулы электролита.
Для слабых электролитов, при диссоциации которых образуется ν ионов
(1.9)
i связан со степенью диссоциации .
Отклонение свойств реальных растворов от свойств идеальных растворов учитывается с помощью коэффициентов активности, а концентрацию слабых электролитов заменяют на активность
|
|
(1.10)
Ka – термодинамическая константа диссоциации.
Ионы в растворах электролитов сольватированы молекулами растворителя, поэтому при написании выражений для константы диссоциации необходимо учитывать и молекулы растворителя.
Например: HA – слабый электролит, органическая кислота в водном растворе, тогда диссоциация идет по уравнению
HA + H2O ⇆ H₃O⁺ +A–
H3O+ – ион гидроксония
(1.11)
Процесс ионизации (или диссоциации) одноосновной кислоты правильно будет представить совокупностью двух уравнений
Вклад реакции (Б) в общее изменение концентрации H3O+ невелик, им можно пренебречь.
Тогда
или для идеальных разбавленных растворов
, где [H3O⁺], [A-], [HA] - равновесные концентрации.
Значение Ka при 298 K это справочная величина.
Сложнее обстоит дело с диссоциацией двухосновных кислот (H2S, H2CO3, H2SO3 и т.д.)
Обозначим их общей формулой H2A
При установлении протолитического равновесия справедливы следующие реакции:
H2A + H2O → H3O+ + HA– (A)
HA– + H2O → H3O+ + A2- (Б)
H2O + H2O → H3O+ + OH– (B)
Вклад реакции (В) в общее изменение концентрации невелик.
|
|
При ионизации кислот по первой ступени
,
а по второй ступени
Таким образом, в растворе в равновесном состоянии одновременно могут находиться недиссоциированная кислота H2A и ионы: HA– и A2-.
Уравнение материального баланса по аниону имеет следующий вид:
.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 512; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!