Сильные и слабые электролиты
Что такое электролиты
Под воздействием молекул воды или при нагревании молекулы некоторых веществ распадаются на ионы. В растворе или в расплаве остаются положительно и отрицательно заряженные частицы – катионы и анионы. Они являются переносчиками электрического тока, поэтому растворы и расплавы, содержащие ионы, проводят электрический ток.
Вещества, способные распадаться на ионы, называются электролитами, а процесс распада – электролитической диссоциацией.
Рис. 1. Пример диссоциации.
Электролиты отличаются друг от друга степенью электролитической диссоциации. Это величина, показывающая отношение распавшихся ионов к общему количеству молекул вещества. Чем больше степень диссоциации, тем быстрее растворяются или расплавляются вещества.
Степень диссоциации вычисляется по формуле α = n/N, где n – количество распавшихся молекул, N – общее количество молекул. Чтобы выразить степень диссоциации в процентах, необходимо n/N умножить на 100 %.
В зависимости от степени диссоциации выделяют два типа электролитов:
Диссоциации подвергаются вещества с ковалентными полярными или ионными связями. Молекулы воды оттягиваю полярные молекулы вещества. Нагревание кристаллических веществ вызывает колебание ионов в узлах кристаллической решётки вплоть до её разрушения.
Рис. 2. Молекулы воды оттягивают полярные молекулы.
Различия
Краткая характеристика сильных и слабых электролитов представлена в таблице.
Признак
Электролиты
– сильные неорганические кислоты (HNO3, H2SO4, HCl, HBr);
– гидроксид аммония NH4OH
На степень диссоциации влияют внешние факторы – температура, давление, концентрация вещества или растворителя. При неизменных условиях устанавливается равновесие – константа диссоциации.
Что мы узнали?
Из урока химии узнали, что такое электролиты. Это вещества, способные проводить электрический ток за счёт содержания положительно и отрицательно заряженных ионов – катионов и анионов. Электролиты бывают двух видов. Сильные электролиты необратимо распадаются на ионы. К ним относится большинство солей, сильные кислоты, щёлочи. Слабые электролиты плохо распадаются на ионы. Диссоциация в этом случае протекает обратимо. К слабым электролитам относятся органические и слабые кислоты, вода и нерастворимые основания.
Теория электролитической диссоциации
Темы кодификатора ЕГЭ: Электролитическая диссоциация электролитов вводных растворах. Сильные и слабые электролиты.
Электролиты – это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток.
Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля. Таким образом, в растворах или расплавах электролитов есть заряженные частицы. В растворах электролитов, как правило, электрическая проводимость обусловлена наличием ионов.
Ионы – это заряженные частицы (атомы или группы атомов). Разделяют положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы).
Электролитическая диссоциация — это процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.
Разделяют вещества — электролиты и неэлектролиты. К неэлектролитам относятся вещества с прочной ковалентной неполярной связью (простые вещества), все оксиды (которые химически не взаимодействуют с водой), большинство органических веществ (кроме полярных соединений — карбоновых кислот, их солей, фенолов) — альдегиды, кетоны, углеводороды, углеводы.
К электролитам относят некоторые вещества с ковалентной полярной связью и вещества с ионной кристаллической решеткой.
В чем же суть процесса электролитической диссоциации?
NaCl = Na + + Cl –
При расплавлении, когда происходит нагревание кристалла, ионы начинают совершать интенсивные колебания в узлах кристаллической решётки, в результате чего она разрушается, образуется расплав, который состоит из ионов.
Процесс электролитической диссоциации характеризуется величиной степени диссоциации молекул вещества:
Степень диссоциации — это отношение числа продиссоциировавших (распавшихся) молекул к общему числу молекул электролита. Т.е., какая доля молекул исходного вещества распадается в растворе или расплаве на ионы.
Nпродисс — это число продиссоциировавших молекул,
Nисх — это исходное число молекул.
По степени диссоциации электролиты делят на делят на сильные и слабые.
Сильные электролиты (α≈1):
1. Все растворимые соли (в том числе соли органических кислот — ацетат калия CH3COOK, формиат натрия HCOONa и др.)
2. Сильные кислоты: HCl, HI, HBr, HNO3, H2SO4 (по первой ступени), HClO4 и др.;
3. Щелочи: NaOH, KOH, LiOH, RbOH, CsOH; Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2.
Сильные электролиты распадаются на ионы практически полностью в водных растворах, но только в ненасыщенных. В насыщенных растворах даже сильные электролиты могут распадаться только частично. Т.е. степень диссоциации сильных электролитов α приблизительно равна 1 только для ненасыщенных растворов веществ. В насыщенных или концентрированны растворах степень диссоциации сильных электролитов может быть меньше или равна 1: α≤1.
Слабые электролиты (α
1. Слабые кислоты, в т.ч. органические;
2. Нерастворимые основания и гидроксид аммония NH4OH;
3. Нерастворимые и некоторые малорастворимые соли (в зависимости от растворимости).
Неэлектролиты:
1. Оксиды, не взаимодействующие с водой (взаимодействующие с водой оксиды при растворении в воде вступают в химическую реакцию с образованием гидроксидов);
2. Простые вещества;
3. Большинство органических веществ со слабополярными или неполярными связями (альдегиды, кетоны, углеводороды и т.д.).
Как диссоциируют вещества? По степени диссоциации различают сильные и слабые электролиты.
Сильные электролиты диссоциируют полностью (в насыщенных растворах), в одну ступень, все молекулы распадаются на ионы, практически необратимо. Обратите внимание — при диссоциации в растворе образуются только устойчивые ионы. Самые распространенные ионы можно найти в таблице растворимости — это ваша официальная шпаргалка на любом экзамене. Степень диссоциации сильных электролитов примерно равна 1. Например, при диссоциации фосфата натрия образуются ионы Na + и PO4 3– :
Диссоциация слабых электролитов : многоосновных кислот и многокислотных оснований происходит ступенчато и обратимо. Т.е. при диссоциации слабых электролитов распадается на ионы только очень небольшая часть исходных частиц. Например, угольная кислота:
HCO3 – ↔ H + + CO3 2–
Гидроксид магния диссоциирует также в 2 ступени:
Mg(OH)2 ⇄ Mg(OH) + OH –
Mg(OH) + ⇄ Mg 2+ + OH –
Кислые соли диссоциируют также ступенчато, сначала разрываются ионные связи, затем — ковалентные полярные. Например, гидрокабонат калия и гидроксохлорид магния:
KHCO3 ⇄ K + + HCO3 – (α=1)
HCO3 – ⇄ H + + CO3 2– (α + + Cl – (α=1)
MgOH + ⇄ Mg 2+ + OH – (α 1. При растворении в воде электролиты диссоциируют (распадаются) на ионы.
2. Причина диссоциации электролиты в воде – это его гидратация, т.е. взаимодействие с молекулами воды и разрыв химической связи в нем.
3. Под действием внешнего электрического поля положительно заряженные ионы двигаюися к положительно заряженному электроду — катоду, их называют катионами. Отрицательно заряженные электроны двигаются к отрицательному электроду – аноду. Их называют анионами.
4. Электролитическая диссоциация происходит обратимо для слабых электролитов, и практически необратимо для сильных электролитов.
5. Электролиты могут в разной степени диссоциировать на ионы — в зависимости от внешних условий, концентрации и природы электролита.
6. Химические свойства ионов отличаются от свойств простых веществ. Химические свойства растворов электролитов определяются свойствами тех ионов, которые из него образуются при диссоциации.
1. При неполной диссоциации 1 моль соли общее количество положительных и отрицательных ионов в растворе составило 3,4 моль. Формула соли – а) K2S б) Ba(ClO3)2 в) NH4NO3 г) Fe(NO3)3
Решение: для начала определим силу электролитов. Это легко можно сделать по таблице растворимости. Все соли, приведенные в ответах — растворимые, т.е. сильные электролиты. Далее, запишем уравнения электролитической диссоциации и по уравнению определим максимально число ионов в каждом растворе:
Сильные и слабые электролиты — степень диссоциации
Электролиты — вещества, расплавы или растворы которых могут проводить электрический ток.
Неэлектролиты — вещества, расплавы или растворы которых не могут проводить электрический ток.
Диссоциация и степень диссоциации
Диссоциация — это распад соединений на ионы.
Степень диссоциации (α) — это отношения числа продиссоциировавших, то есть распавшихся на ионы молекул к их общему числу растворенных молекул.
Формула:
Стрелкой → обозначают распад соединений на ионы.
Стрелкой ← обозначают обратный процесс.
Сильные электролиты
Сильные электролиты — это вещества, которые при растворении в воде почти полностью диссоциируют на ионы.
Поэтому в уравнениях диссоциации ставят знак равенства (=) для сильных электролитов.
К сильным электролитам относятся:
Слабые электролиты
Слабые электролиты — это такие вещества, которые только частично диссоциируют на ионы.
Поэтому в уравнениях диссоциации ставят знак обратимости (⇄) для слабых электролитов.
К слабым электролитам относятся:
Сильные и слабые электролиты
Как различить сильные и слабые электролиты? Сильные электролиты в растворах почти полностью диссоциированы. К данной группе в большой степени относятся соли, сильные кислоты и щелочи. Слабые электролиты включают слабые основания и кислоты, а также некоторые соли, цианид ртути (II), хлорид ртути (II), иодид кадмия и роданид железа (II).
Степень диссоциации, сильные и слабые электролиты — видео
Электролитическая диссоциация (ЭД) электролитов в водных растворах. Сильные и слабые электролиты
Содержание:
Понятие об электролитах и неэлектролитах
Ещё в начале XIX в. М. Фарадей обнаружил, что одни растворы веществ пропускают электрический ток, другие – нет.
Если в металлах электрический ток возникает за счёт направленного движения электронов, то в растворах, а также в расплавах электрический заряд переносится ионами.
Соединениям, которые распадаются в растворах на ионы и проводят электрический ток, химики дали название электролиты.
Физики же их называют проводниками 2-го рода.
Растворённые вещества, неспособные пропускать электричество, называются неэлектролитами. В растворах они существуют в виде электронейтральных молекул. Большинство органических соединений – неэлектролиты.
Процессы диссоциации и ассоциации в электролитах по теории Аррениуса, степень диссоциации
Распад электролита на ионы называется электролитической диссоциацией (ЭД) или ионизацией.
В 1887 г. шведским химиком С.Аррениусом были сформулированы основные принципы этого явления:
На эту характеристику влияют:
Эти основные положения теории электролитической диссоциации (ТЭД) в 1891 г. были дополнены русским химиком И. Каблуковым понятием сольватации (гидратации) катионов и анионов. Он, используя теорию Д.Менделеева о растворах, доказал, что между растворителем и растворяемым веществом формируются химические связи.
Механизм ЭД
Межмолекулярные связи этого реагента ослабевают, оно разрушается, ионы перемещаются в раствор. Там ионы связываются с молекулами H2O и становятся гидратированными. Это наглядно видно на примере ионизации NaCl.
Классификация и некоторые особенности диссоциации электролитных растворов
С учетом степени ЭД электролиты классифицируют по 3 группам (см. Таблицу 1):
Классификация электролитов
Сильные электролиты
Средние электролиты
Слабые электролиты
Значение степени диссоциации (α)
α + и анион кислотного остатка.
а) Для многоосновных кислот отрыв иона H + происходит ступенчато, причём самая высокая степень ионизации достигается на первой стадии
б) Именно из-за присутствия ионов H + кислоты обладают кислым вкусом и происходит соответствующие окрашивание индикаторов.
Аналогично кислотам многокислотные основания отщепляют гидроксид-ионы ступенчато:
При этом возможны несколько вариантов этого процесса:
Диссоциация также может вести к образованию двойных и смешанных солей.
Константа электролитической диссоциации
Наиболее общей характеристикой электролитов (прежде всего слабых) является константа диссоциации Кд.
В слабых электролитах из-за неполной их ионизации возникает равновесие между нераспавшимися молекулами и ионами. Одновременно идут процессы диссоциации и ассоциации (молекуляризации). Кд по сравнению со степенью диссоциации (α) более объективно характеризует способность электролита к ионизации.
С увеличением Кд растёт количество ионов, а значит сильнее становится электролит. Для слабых электролитов при данной температуре константа диссоциации постоянная величина, для сильных – переменная, зависимая от концентрации раствора.
Кд и α связаны формулой: Кд = (α 2 ·c) / (1 – α), где c – молярная концентрация раствора.
Реакции ионного обмена
РИО между сильными электролитами необратимы. Их продукты выходят из реакции или в виде нерастворимого осадка, или газообразными, или малодиссоциирующими электролитами. Такое условие необратимости ионообменных реакций сформулировано в 1803 г. французским химиком Бертолле.
Реакции в электролитах письменно оформляются в 3 видах: сначала в молекулярной форме, затем в полной ионной и сокращенной ионной.
| Молекулярная форма уравнения | K2CO3 + H2SO4 = K2SO4 + CO2↑ + H2O |
| Полное ионное уравнение | 2K + + CO3 2- + 2H + + SO4 2- = 2K + + SO4 2- + CO2↑ + H2O |
| Сокращённое ионное уравнение | CO3 2- + 2H + = CO2↑ + H2O |
Значение электролитов
Без них невозможно существование живых организмов, в том числе человека. Все биохимические и физиологические процессы проходят при их непосредственном участии: транспортировка кислорода в крови, регулирование водно-солевого баланса, работа кишечника и сердца.
В технике электролиты участвуют в таких процессах как электролиз, электрокатализ, защита металлов от коррозии. В энергетике создаются новые топливные элементы, солнечные батареи, электрохимические преобразователи информации.
Как узнать сильный или слабый электролит
1.1. Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации. Сила электролитов
Согласно теории электролитической диссоциации, соли, кислоты, гидроксиды, растворяясь в воде, полностью или частично распадаются на самостоятельные частицы – ионы.
Процесс распада молекул веществ на ионы под действием полярных молекул растворителя называют электролитической диссоциацией. Вещества, диссоциирующие на ионы в растворах, называют электролитами. В результате раствор приобретает способность проводить электрический ток, т.к. в нем появляются подвижные носители электрического заряда. Согласно этой теории, при растворении в воде электролиты распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы называют катионами; к ним относятся, например, ионы водорода и металлов. Отрицательно заряженные ионы называются анионами; к ним принадлежат ионы кислотных остатков и гидроксид-ионы.
Для количественной характеристики процесса диссоциации введено понятие степени диссоциации. Степенью диссоциации электролита (α) называется отношение числа его молекул, распавшихся в данном растворе на ионы ( n ), к общему числу его молекул в растворе ( N ), или
Степень электролитической диссоциации принято выражать либо в долях единицы, либо в процентах.
Электролиты со степенью диссоциации больше 0,3 (30%) обычно называют сильными, со степенью диссоциации от 0,03 (3%) до 0,3 (30%)—средними, менее 0,03 (3%)—слабыми электролитами. Так, для 0,1 M раствора CH 3 COOH α = 0,013 (или 1,3 %). Следовательно, уксусная кислота является слабым электролитом. Степень диссоциации показывает, какая часть растворенных молекул вещества распалась на ионы. Степень электролитической диссоциации электролита в водных растворах зависит от природы электролита, его концентрации и температуры.
По своей природе электролиты можно условно разделить на две большие группы: сильные и слабые. Сильные электролиты диссоциируют практически полностью (α = 1).
К сильным электролитам относятся:
3) соли, растворимые в воде (см. таблицу растворимости).
Слабые электролиты диссоциируют на ионы в очень малой степени, в растворах они находятся, в основном в недиссоциированном состоянии (в молекулярной форме). Для слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами.
К слабым электролитам относятся:
3) гидроксид аммония ( NH 4 OH );
4) большинство органических кислот
(например, уксусная CH3COOH, муравьиная HCOOH);
5) нерастворимые и малорастворимые соли и гидроксиды некоторых металлов (см. таблицу растворимости).
Процесс электролитической диссоциации изображают, пользуясь химическими уравнениями. Например, диссоциация соляной кислоты (НС l ) записывается следующим образом:
Основания диссоциируют с образованием катионов металла и гидроксид-ионов. Например, диссоциация КОН
Многоосновные кислоты, а также основания многовалентных металлов диссоциируют ступенчато. Например,
Первое равновесие – диссоциация по первой ступени – характеризуется константой
.
Для диссоциации по второй ступени:
.
Средние (нормальные) соли, растворимые в воде, диссоциируют с образованием положительно заряженных ионов металла и отрицательно заряженных ионов кислотного остатка
KHCO 3 → K + + HCO 3 – (первая ступень)
HCO 3 – 
H + + CO 3 2– (вторая ступень).
Однако степень электролитической диссоциации по второй ступени очень мала, поэтому раствор кислой соли содержит лишь незначительное число ионов водорода.
FeOHCl 2 
FeOH 2+ + 2 Cl – (первая ступень);
FeOH 2+ Fe 3+ + OH – (вторая ступень);
( ZnOH )2 SO 4 2 ZnOH + + SO 4 2– (первая ступень);
ZnOH + Zn 2+ + OH – (вторая ступень).
