Теорія електролітичної дисоціації

У 1805 р. Ф.Гротгус висловив думку, що в розчинах електролітів електричні заряди переносяться вільними іонами. При цьому він припускав, що розпад розчинених частинок на іони проходить лише під дією електричного струму. Ці припущення були загальноприйнятні до 80-х років ХІХ століття.

Р.Ленц висловив думку (1878 р.), що молекули розчинених речовин уже при розчиненні можуть розпадатись або утворювати сполуки між собою або з молекулами розчинника. При розгляданні причин занадто високого осмотичного тиску в розчинах електролітів природньо було припустити, що молекули розчиненої речовини розпадаються на якісь більш дрібні частинки так, що загальне число частинок у розчині зростає. А оскільки осмотичний тиск залежить від числа частинок розчиненої речовини, то із збільшенням їх він підвищується. Таке припущення було вперше висунуно в 1887 р. шведським ученим С. Арреніусом і лягло в основу його теорії електролітичної дисоціації, яка пояснює поведінку кислот, основ та солей у водних розчинах. Водні розчини солей, кислот та основ проводять електричний струм, що обумовлено наявністю в розчинах носіїв електричного заряду. Речовини, що розпадаються в розчинах на іони, називають електролітами.

Суть теорії електролітичної дисоціації зводиться до такого:

1. При розчиненні у воді електроліти розпадаються (дисоціюють) на позитивно й негативно заряджені іони.

2. Під дією електричного струму позитивно заряджені іони рухаються до катоду, а негативно заряджені – до аноду.

3. Не всі електроліти в однаковому ступені розпадаються на іони. Повнота розпаду залежить від природи електроліту, його концентрації та температури.

Позитивно заряджені іони називають катіонами, наприклад H⁺, Cu²⁺, Fe³⁺, негативно заряджені – аніонами, наприклад Cl^¯, SO₄^2–, OH^¯. Як і молекули розчинника, іони у розчині знаходяться в стані невпорядкованого теплового руху. Процес електролітичної дисоціації зображають, у вигляді хімічного рівняння, наприклад:

HCl H⁺ + Cl^¯.

Розпад електролітів на іони пояснює відхилення від законів Вант-Гоффа і Рауля. Так, у розведеному розчині барій хлориду, який дисоціює за рівнянням

BaCl₂ Ba²⁺ + 2Cl,^¯

осмотичний тиск буде втричі більший від разрахованого за законом Вант-Гоффа, оскільки число частинок у розчині виявляється втричі більшим, ніж у випадку, коли б BaCl₂ знаходився в ньому у вигляді молекули.

Теорія електролітичної дисоціації пояснює багато явищ, але не враховує всієї складності їх у розчинах. Вона розглядає іони як вільні незалежні від молекул розчинника частинки. Теорії Арреніуса протистояла хімічна або гідратна теорія Менделєєва, в основі якої лежить уявлення про взаємодію розчиненої речовини з розчинником. У подоланні протиріччя, що виникло, велика заслуга належить російському вченому І.А. Каблукову, який уперше висловив припущення про гідратацію іонів. Розвиток цієї ідеї спричинив об’єднання теорій С. Арреніуса і Д.І. Менделєєва.

Процес електролітичної дисоціації солей, кислот та основ є оборотним і зображається так:

Al₂(SO₄)₃ 2Al³⁺ + 3SO₄^2–;

H₂SO₄ 2H⁺ + SO₄^2–;

Ca(OH)₂ Ca²⁺ + 2OH^¯.

Досвід показує, що розпад молекул солей, кислот і основ на іони відбувається тільки в розчинниках, молекули яких полярні, а властивостями електроліту володіють речовини із сильно полярними та іонними зв’язками.

Розглянемо дисоціацію речовини з іонною структурою (рис. 27).

Коли кристал солі, наприклад калій хлориду, потрапляє у воду, то розташовані на його поверхні іони притягують до себе молекули води (іон – дипольна взаємодія). До іонів калію молекули води притягуються своїми негативними полюсами, а до іонів хлору – позитивними.

Молекули води притягують до себе іони солі. Теплового коливання диполів води та іонів у ґратці електроліту виявляється достатньо для відриву іонів від кристалічної ґратки й переходу їх у розчин у вигляді гідрат-іонів (у загальному випадку – у вигляді сольват-іонів).

Рис. 27. Схема електролітичної дисоціації молекул калій хлориду у водному розчині

Інакше проходить дисоціація полярних молекул (рис. 28):

Рис. 28. Схема електролітичної дисоціації полярної молекули у водному розчині

Молекули води, що притягуються до кінців полярної молекули (диполь – дипольна взаємодія), викликають розходження її полюсів – поляризують молекулу. Така поляризація у сполученні з коливальним тепловим рухом атомів у розглянутій молекулі, а також з безперервним тепловим рухом молекул води, що її оточують, приводить зрештою до розпаду полярної молекули на іони. Як і у випадку розчинення іонного кристалу, ці іони гідратуються. При цьому іон Н⁺ виявляється міцно зв’язаним у іон гідроксонію Н₃О⁺. Існують й інші форми гідроксонію: Н₅О₂⁺, Н₇О₃⁺, Н₉О₄⁺. Дисоціації речовин як іонної, так і молекулярної будови сприяє полярність молекул розчинника.

Поиск по сайту: