این درس به مطالعه مبحث "تجزیه الکترولیتی" اختصاص دارد. در روند مطالعه این موضوع، ماهیت برخی از حقایق شگفت انگیز را درک خواهید کرد: چرا محلول های اسیدها، نمک ها و قلیاها الکتریسیته را هدایت می کنند. چرا نقطه جوش محلول الکترولیت بالاتر از محلول غیر الکترولیت است؟

موضوع: پیوند شیمیایی

درس:تفکیک الکترولیتی

موضوع درس ما این است تفکیک الکترولیتی". ما سعی خواهیم کرد چند واقعیت شگفت انگیز را توضیح دهیم:

چرا محلول های اسیدها، نمک ها و قلیاها جریان الکتریسیته را هدایت می کنند؟

چرا نقطه جوش یک محلول الکترولیت همیشه بالاتر از نقطه جوش یک محلول غیر الکترولیت با همان غلظت است؟

اسوانته آرنیوس

در سال 1887 یک فیزیکدان سوئدی شیمیدان سوانته آرنیوس،با بررسی رسانایی الکتریکی محلول های آبی، او پیشنهاد کرد که در چنین محلول هایی مواد به ذرات باردار - یون هایی که می توانند به سمت الکترودها حرکت کنند - یک کاتد با بار منفی و یک آند با بار مثبت تجزیه می شوند.

این دلیل جریان الکتریکی در محلول ها است. این فرآیند نامیده می شود تفکیک الکترولیتی(ترجمه تحت اللفظی - شکافتن، تجزیه تحت تأثیر الکتریسیته). این نام همچنین نشان می دهد که تجزیه تحت عمل جریان الکتریکی رخ می دهد. تحقیقات بیشتر نشان داده است که چنین نیست: یون ها فقط هستندحامل های بار در محلول و بدون توجه به عبور آن در آن وجود دارندمحلول جریان دارد یا نهبا مشارکت فعال سوانت آرنیوس، نظریه تفکیک الکترولیتی تدوین شد که اغلب به نام این دانشمند نامگذاری می شود. ایده اصلی این تئوری این است که الکترولیت ها تحت تأثیر یک حلال خود به خود به یون تجزیه می شوند. و این یون ها هستند که حامل بار هستند و وظیفه هدایت الکتریکی محلول را بر عهده دارند.

جریان الکتریکی حرکت مستقیم ذرات باردار آزاد است. شما قبلاً این را می دانید محلول ها و مذاب های نمک ها و قلیاها رسانای الکتریکی هستند،زیرا آنها از مولکول های خنثی نیستند، بلکه از ذرات باردار - یون ها تشکیل شده اند. هنگامی که ذوب یا حل می شود، یون ها تبدیل می شوند رایگانحامل های بار الکتریکی

فرآیند تجزیه یک ماده به یون های آزاد در حین انحلال یا ذوب آن را تفکیک الکترولیتی می گویند.

برنج. 1. طرح تجزیه به یون های کلرید سدیم

ماهیت تفکیک الکترولیتی این است که یون ها تحت تأثیر یک مولکول آب آزاد می شوند. عکس. 1. فرآیند تجزیه الکترولیت به یون ها با استفاده از یک معادله شیمیایی نمایش داده می شود. اجازه دهید معادله تفکیک کلرید سدیم و برومید کلسیم را بنویسیم. تفکیک یک مول کلرید سدیم یک مول کاتیون سدیم و یک مول آنیون کلرید تولید می کند. NaCl⇄ Na + + Cl -

تفکیک یک مول برمید کلسیم یک مول کاتیون کلسیم و دو مول آنیون برمید تولید می کند.

حدودبرادر 2 ⇄ حدود 2+ + 2 برادر -

توجه داشته باشید: از آنجایی که فرمول یک ذره خنثی الکتریکی در سمت چپ معادله نوشته شده است، بار کل یون ها باید برابر با صفر باشد..

نتیجه: در طی تفکیک نمک ها، کاتیون های فلزی و آنیون های باقی مانده اسید تشکیل می شوند.

فرآیند تفکیک الکترولیتی قلیاها را در نظر بگیرید. اجازه دهید معادله تفکیک را در محلول هیدروکسید پتاسیم و هیدروکسید باریم بنویسیم.

تفکیک یک مول هیدروکسید پتاسیم یک مول کاتیون پتاسیم و یک مول آنیون هیدروکسید تولید می کند. KOH⇄ ک + + اوه -

تفکیک یک مول هیدروکسید باریم یک مول کاتیون باریم و دو مول آنیون هیدروکسید تولید می کند. با(اوه) 2 ⇄ با 2+ + 2 اوه -

نتیجه:در طی تفکیک الکترولیتی قلیایی ها، کاتیون های فلزی و آنیون های هیدروکسید تشکیل می شوند.

پایه های نامحلول در آبعملا مشمول نیستندالکترولیتی تفکیکاز آنجایی که عملاً در آب نامحلول هستند و با حرارت دادن تجزیه می شوند به طوری که در مذاب به دست نمی آیند.

برنج. 2. ساختار مولکول های کلرید هیدروژن و آب

فرآیند تفکیک الکترولیتی اسیدها را در نظر بگیرید. مولکول های اسید توسط یک پیوند کووالانسی قطبی تشکیل می شوند، به این معنی که اسیدها از یون ها تشکیل نمی شوند، بلکه از مولکول ها تشکیل شده اند.

این سوال مطرح می شود - پس چگونه اسید تجزیه می شود، یعنی چگونه ذرات باردار آزاد در اسیدها تشکیل می شوند؟ به نظر می رسد که یون ها در محلول های اسیدی دقیقاً در هنگام انحلال تشکیل می شوند.

فرآیند تفکیک الکترولیتی هیدروژن کلرید در آب را در نظر بگیرید، اما برای این کار ساختار مولکول های کلرید هیدروژن و آب را یادداشت می کنیم. شکل 2.

هر دو مولکول توسط یک پیوند قطبی کووالانسی تشکیل می شوند. چگالی الکترون در مولکول کلرید هیدروژن به اتم کلر و در مولکول آب - به اتم اکسیژن منتقل می شود. یک مولکول آب می تواند یک کاتیون هیدروژن را از یک مولکول کلرید هیدروژن جدا کند و کاتیون هیدرونیوم H 3 O + تشکیل می شود.

در معادله واکنش برای تفکیک الکترولیتی، تشکیل کاتیون هیدرونیوم همیشه در نظر گرفته نمی شود - معمولاً گفته می شود که یک کاتیون هیدروژن تشکیل می شود.

سپس معادله تفکیک هیدروژن کلرید به صورت زیر است:

HCl⇄ اچ + + Cl -

در طی تفکیک یک مول کلرید هیدروژن، یک مول کاتیون هیدروژن و یک مول آنیون کلرید تشکیل می شود.

تفکیک گام به گام اسید سولفوریک

فرآیند تفکیک الکترولیتی اسید سولفوریک را در نظر بگیرید. اسید سولفوریک به صورت مرحله ای و در دو مرحله تجزیه می شود.

من-مرحله اول تفکیک

در مرحله اول یک کاتیون هیدروژن جدا می شود و یک آنیون هیدروسولفات تشکیل می شود.

II - مرحله اول تجزیه

در مرحله دوم، تجزیه بیشتر آنیون های هیدروسولفات رخ می دهد. HSO 4 - ⇄ اچ + + بنابراین 4 2-

این مرحله برگشت پذیر است، یعنی یون های سولفات به دست آمده می توانند کاتیون های هیدروژن را به خود متصل کرده و به آنیون های هیدروسولفات تبدیل شوند. این با علامت برگشت پذیری نشان داده می شود.

اسیدهایی وجود دارند که حتی در مرحله اول کاملاً تجزیه نمی شوند - چنین اسیدهایی ضعیف هستند. به عنوان مثال، اسید کربنیک H 2 CO 3.

اکنون می‌توانیم توضیح دهیم که چرا نقطه جوش محلول الکترولیت بالاتر از نقطه جوش محلول غیر الکترولیت است.

هنگامی که حل می شود، مولکول های حل شونده با مولکول های حلال، به عنوان مثال، آب تعامل می کنند. هرچه ذرات یک املاح در یک حجم آب بیشتر باشد، نقطه جوش آن بالاتر خواهد بود. حال تصور کنید که مقادیر مساوی از یک ماده الکترولیتی و یک ماده غیرالکترولیتی در حجم های مساوی آب حل شود. الکترولیت موجود در آب به یون تجزیه می شود، به این معنی که تعداد ذرات آن بیشتر از انحلال غیرالکترولیت خواهد بود. بنابراین، وجود ذرات آزاد در الکترولیت توضیح می دهد که چرا نقطه جوش محلول الکترولیت بالاتر از نقطه جوش محلول غیر الکترولیت خواهد بود.

جمع بندی درس

در این درس، شما آموختید که محلول های اسیدها، نمک ها و قلیاها رسانای الکتریکی هستند، زیرا زمانی که آنها حل می شوند، ذرات باردار - یون ها تشکیل می شوند. این فرآیند تفکیک الکترولیتی نامیده می شود. در طی تفکیک نمک ها، کاتیون های فلزی و آنیون های باقی مانده های اسیدی تشکیل می شوند. در طی تفکیک قلیایی ها، کاتیون های فلزی و آنیون های هیدروکسید تشکیل می شوند. در طی تفکیک اسیدها، کاتیون های هیدروژن و آنیون های باقی مانده اسید تشکیل می شوند.

1. رودزیتیس جی.ای. شیمی معدنی و آلی. کلاس 9: کتاب درسی برای موسسات آموزشی: سطح پایه / G. E. Rudzitis، F.G. فلدمن م.: روشنگری. 2009 119 pp.: ill.

2. Popel P.P. شیمی: کلاس هشتم: کتاب درسی برای مؤسسات آموزشی عمومی / P.P. پوپل، ال.اس. کریولیا. -ک .: آی سی "آکادمی"، 2008.-240 ص: بد.

3. Gabrielyan O.S. علم شیمی. درجه 9 کتاب درسی. ناشر: درفا.: 1380. 224 ثانیه

1. شماره 1،2 6 (ص13) رودزیتیس G.E. شیمی معدنی و آلی. کلاس 9: کتاب درسی برای موسسات آموزشی: سطح پایه / G. E. Rudzitis، F.G. فلدمن م.: روشنگری. 2009 119 pp.: ill.

2. تفکیک الکترولیتی چیست؟ الکترولیت ها کدام دسته از مواد هستند؟

3. موادی با چه نوع پیوندی الکترولیت هستند؟

بسته به مکانیسم عبور جریان از هادی ها، هادی های نوع اول و دوم تشخیص داده می شوند. رساناهای نوع اول با رسانایی الکترونیکی شامل فلزات، اکسیدها، سولفیدها، زغال سنگ است. رسانای نوع دوم موادی هستند که تحت شرایط خاصی به یون تجزیه می شوند: آنها رسانایی یونی دارند. موادی که محلول یا مذاب آنها رسانای الکتریسیته هستند، الکترولیت نامیده می شوند. موادی که محلول ها یا مذاب آنها جریان الکتریکی را رسانا نمی کنند، غیر الکترولیت نامیده می شوند. الکترولیت ها شامل اسیدها، بازها و تقریباً تمام نمک ها می شوند؛ غیر الکترولیت ها بیشتر ترکیبات آلی را شامل می شوند. در یک محلول یا مذاب، الکترولیت ها به یون تجزیه می شوند. تجزیه الکترولیت ها به یون ها هنگام حل شدن در آب، تفکیک الکترولیتی نامیده می شود. تفکیک در محلول ها تحت تأثیر مولکول های حلال قطبی انجام می شود. در مذاب ها، تجزیه به دلیل گرم شدن ماده انجام می شود. تئوری تفکیک الکترولیتی توسط شیمیدان معروف سوئدی S. Arrhenius (1887) ارائه شد. مفاد اصلی تئوری مدرن تفکیک الکترولیتی: |T] هنگامی که الکترولیت ها در آب حل می شوند، به ذرات مثبت و منفی (یون ها) تجزیه می شوند (تجزیه می شوند) که در یک حرکت آشفته در محلول هستند. 1 K°> "برای مرحله دوم تفکیک HS"<± Н+ + S2" значение константы диссоциации KD равно: n2s К D Для полной диссоциации H9S 7=* 2Н+ + S2" н,s значение константы диссоциации KDr равно произведению констант диссоциации по первой и второй ступени: KH2S V^i® . V D Dl Da . При прочих равных условиях KDj >>... KD . در حالی که جدا شدن پروتون از یک مولکول خنثی همیشه راحت تر از یون های دارای بار منفی انجام می شود. یک فرآیند مهم تفکیک، تفکیک آب است: H20 t ± H + + OH. ثابت برای این فرآیند در 25 درجه سانتیگراد برابر است با تعداد کل مول های آب در 1 لیتر، یعنی [H20] \u003d 1000 / 18 - 55.56 مول، سپس [H +] [OH "] - \u003d 10 ~ 14. از این رو، حاصلضرب غلظت یون های H + و OH "در دمای معین ثابت است. این محصول را محصول یونی آب (Kj ^ q) می نامند، زیرا غلظت یون های هیدروژن هیدراته و یون های هیدروکسید در آب برابر است. [H +] = [OH"] - = 10 تا 7 مول در لیتر. محلولی با غلظت مساوی از یون ها خنثی نامیده می شود. محلولی که در آن [H+] > [OH~] اسیدی است. محلولی که در آن [H+]< [ОН"] - щелочным (основным). На практике использование концентрации ионов водорода для характеристики кислотности среды неудобно. Обычно для этой цели применяют величину отрицательного десятичного логарифма концентрации водородных ионов, которую называют водородным показателем рН («пэ аш»): pH--lg. Тогда для нейтральной среды рН = -lglO"7 = 7, для кислых растворов рН < 7, для щелочных рН >7. مثال 1 غلظت یون های هیدروژن و یون های هیدروکسید را در محلول 5 10 ~ 4 مولار اسید کلریدریک تعیین کنید. با توجه به: Cm (HC1) « 5 10 "4 M پیدا کنید: [H +]؛ [OH "] راه حل: از آنجایی که HC1 یک الکترولیت قوی است، [H +] برابر با غلظت مولی اسید خواهد بود، یعنی CH + \u003d 5 10~4 mol/l، 10"14 10"14 = WT ~ 5 > 10-4 "2" 10 M0L/L-پاسخ: [H+] = 5 10~4 mol/l; [OH "] \u003d 2 10 اینچ p mol/l. مثال 2 pH محلول 0.01 مولار KOH را تعیین کنید. داده شده: پیدا کنید: pH (p-ra) راه حل: KOH یک الکترولیت قوی است و بنابراین [OH ~] برابر با غلظت قلیایی است، یعنی [OH "] \u003d 10" 2 mol / l. 1 (G14 KG1 mol / l "pH - -lg \u003d -lglO" 12 \u003d 12. پاسخ: pH \u003d 12.

ستون اساسی شیمی، همراه با سیستم تناوبی D.I. Mendeleev، ساختار ترکیبات آلی A. M. Butlerov و سایر اکتشافات مهم، نظریه تفکیک الکترولیتی است. در سال 1887 توسط Svante Arrhenius برای توضیح رفتار خاص الکترولیت ها در آب، دیگر مایعات قطبی و مذاب ها توسعه یافت. او مصالحه‌ای بین دو نظریه کاملاً متفاوت از راه‌حل‌هایی که در آن زمان وجود داشت پیدا کرد - فیزیکی و شیمیایی. اولی استدلال کرد که املاح و حلال به هیچ وجه با یکدیگر تعامل ندارند و یک مخلوط مکانیکی ساده را تشکیل می دهند. دوم این که بین آنها پیوند شیمیایی وجود دارد. معلوم شد که در واقع، هر دو ویژگی ذاتی راه حل ها هستند.

در مراحل بعدی توسعه علم، بسیاری از دانشمندان بر اساس اطلاعات موجود در مورد ساختار اتم ها و ماهیت پیوندهای شیمیایی بین آنها، به تحقیق و توسعه در این زمینه ادامه دادند. به طور خاص، I. A. Kablukov با موضوع فرآیندهای حلالیت سروکار داشت، V. A. Kistyakovsky وابستگی افزایش یک ستون مایع در یک مویرگ را تحت شرایط دمای جوش به وزن مولکولی تعیین کرد.

تفسیر مدرن از نظریه

قبل از ظهور این کشف، بسیاری از خواص و شرایط فرآیندهای شکاف و همچنین خود راه حل ها مورد مطالعه قرار نگرفتند. تفکیک الکترولیتی فرآیند تجزیه یک ماده به یون های تشکیل دهنده آن در آب یا مایعات قطبی دیگر، برهمکنش ذرات ترکیب با مولکول های حلال، ظهور تحرک کاتیون ها و آنیون ها در گره های شبکه بلوری در اثر ذوب است. در نتیجه، مواد تشکیل شده خاصیت جدیدی به دست می آورند - هدایت الکتریکی.

یون ها که در حالت آزاد محلول یا مذاب هستند، با یکدیگر برهم کنش می کنند. بارهای مشابه دفع می کنند، بر خلاف شارژ جذب می کنند. ذرات باردار توسط مولکول های حلال حل می شوند - هر کدام با توجه به نیروهای جاذبه کولن توسط دوقطبی های کاملاً جهت دار احاطه شده اند، در یک مورد خاص اگر محیط آبی باشد، هیدراته می شوند. کاتیون‌ها همیشه شعاع‌های بزرگ‌تری نسبت به آنیون‌ها دارند که دلیل آن چینش خاص ذرات در اطراف آن‌ها با بارهای موضعی در لبه‌ها است.

ترکیب، طبقه بندی و نام ذرات باردار در پرتو تفکیک الکترولیتی

یون یک اتم یا گروهی از اتم ها است که حامل بار مثبت یا منفی هستند. آنها با تقسیم شرطی به موارد ساده (K (+) ، Ca (2+) ، H (+) - متشکل از یک عنصر شیمیایی)، پیچیده و پیچیده (OH (-) ، SO 4 (2-) مشخص می شوند. HCO 3 (- ) - از چندین). اگر یک کاتیون یا آنیون با یک مولکول حلال همراه باشد، به آن حلال گفته می شود، با دو قطبی مولکول H 2 O - هیدراته.

هنگامی که تفکیک الکترولیتی آب اتفاق می افتد، دو ذره باردار H (+) و OH (-) تشکیل می شوند. یک پروتون هیدروژن یک جفت الکترون مشترک اکسیژن را از یک مولکول آب دیگر به یک اوربیتال خالی می پذیرد، در نتیجه یک یون هیدرونیوم H 3 O (+) تشکیل می شود.

مفاد اصلی کشف آرنیوس

همه نمایندگان کلاس های ترکیبات معدنی، به جز اکسیدها، در محلول های دوقطبی مایعات جهت دار تجزیه می شوند، از نظر شیمیایی - آنها به یون های تشکیل دهنده خود به میزان بیشتر یا کمتر تجزیه می شوند. این فرآیند نیازی به حضور جریان الکتریکی ندارد، معادله تفکیک الکترولیتی نمایش شماتیک آن است.

یون ها با وارد شدن به یک محلول یا مذاب می توانند در معرض جریان الکتریکی قرار گیرند و در جهتی به سمت کاتد (الکترود منفی) و آند (مثبت) حرکت کنند. دومی مصالح اتمی با بار مخالف را جذب می کند. از اینجا ذرات نام خود را گرفتند - کاتیون ها و آنیون ها.

به موازات و همزمان با فروپاشی ماده، فرآیند معکوس رخ می دهد - پیوند یون ها به مولکول های اصلی، بنابراین، انحلال صد در صد ماده رخ نمی دهد. چنین معادله ای برای واکنش تفکیک الکترولیتی حاوی علامت مساوی بین قسمت راست و چپ آن است. تفکیک الکترولیتی مانند هر واکنش دیگری از قوانین حاکم بر تعادل شیمیایی پیروی می کند و قانون عمل جرم نیز از این قاعده مستثنی نیست. بیان می کند که سرعت فرآیند تجزیه به یون ها متناسب با غلظت الکترولیت است.

طبقه بندی مواد در حین تفکیک

اصطلاحات شیمیایی مواد را به نامحلول، کمی محلول و محلول تقسیم می کند. دو مورد آخر الکترولیت های ضعیف و قوی هستند. اطلاعات مربوط به حلالیت ترکیبات خاص در جدول حلالیت خلاصه شده است. تفکیک الکترولیت های قوی یک فرآیند برگشت ناپذیر است؛ آنها کاملاً به یون تجزیه می شوند. ضعیف - فقط تا حدی، پدیده تداعی در آنها ذاتی است، و بنابراین، تعادل فرآیندهای در حال انجام است.

توجه به این نکته ضروری است که هیچ رابطه مستقیمی بین حلالیت و قدرت الکترولیت وجود ندارد. در قوی ممکن است ضعیف بیان شود. درست مانند الکترولیت های ضعیف، آنها می توانند به شدت در آب حل شوند.

نمونه هایی از ترکیباتی که محلول های آنها رسانای الکتریسیته است

کلاس "الکترولیت های قوی" شامل تمام اسیدهای با تفکیک خوب مانند نیتریک، هیدروکلریک، برم، سولفوریک، پرکلریک و غیره است. به همان میزان، قلیایی ها هیدروکسیدهای قلیایی و نمایندگان فردی گروه "فلزات قلیایی خاکی" هستند. تفکیک الکترولیتی نمکها به جز سیاناتها و تیوسیاناتهای خاص و همچنین کلرید جیوه (II) شدید است.

کلاس "الکترولیت های ضعیف" توسط بقیه مواد معدنی و تقریباً تمام اسیدهای آلی نشان داده می شود: کربنیک، سولفید، بوریک، نیتروژن دار، گوگرد، سیلیس، استیک و غیره. و همچنین بازهای کم محلول و هیدروکربنی و هیدروکسیدهای آمفوتریک (هیدروکسیدهای منیزیم، بریلیم، آهن، روی در حالت اکسیداسیون (2+)). به نوبه خود، مولکول های آب الکترولیت های بسیار ضعیفی هستند، اما همچنان به یون ها تجزیه می شوند.

توصیف کمی فرآیندهای تفکیک

درجه تفکیک الکترولیتی در واقع میزان فرآیند تقسیم را مشخص می کند. می توان آن را محاسبه کرد - تعداد ذرات تقسیم شده به یون ها باید بر تعداد کل مولکول های ماده محلول در سیستم تقسیم شود. این مقدار با حرف "آلفا" نشان داده می شود.

منطقی است که برای الکترولیت های قوی "α" برابر با یک یا صد درصد باشد، زیرا تعداد ذرات پوسیده برابر با تعداد کل آنها است. برای ضعیف - همیشه کمتر از یک. تجزیه کامل مولکول های اولیه به یون ها در یک محیط آبی رخ نمی دهد و فرآیند معکوس انجام می شود.

عوامل اصلی موثر بر کامل بودن پوسیدگی

درجه تفکیک الکترولیتی تحت تأثیر تعدادی از عوامل غیرقابل انکار است. اول از همه، ماهیت حلال و ماده ای که در آن تجزیه می شود مهم است. به عنوان مثال، تمام الکترولیت های قوی دارای پیوند کووالانسی بسیار قطبی یا یونی بین ذرات تشکیل دهنده هستند. مایعات توسط دوقطبی نشان داده می شوند، به ویژه آب، جداسازی بارها در مولکول ها وجود دارد و در نتیجه جهت گیری خاص آنها، تفکیک الکترولیتی املاح رخ می دهد.

مقدار آلفا به طور معکوس تحت تأثیر غلظت قرار می گیرد. با افزایش آن، مقدار درجه تفکیک کاهش می یابد و بالعکس. این فرآیند به خودی خود کاملا گرماگیر است، یعنی مقدار معینی گرما برای شروع آن مورد نیاز است. تأثیر ضریب دما به شرح زیر اثبات می شود: هر چه بیشتر باشد، درجه تفکیک بیشتر است.

عوامل ثانویه

اسیدهای پلی بازیک مانند فسفریک و بازهایی با گروه های هیدروکسیل متعدد مانند Fe(OH) 3 به یون ها تجزیه می شوند. وابستگی مشخص می شود - هر مرحله بعدی از تفکیک با درجه ای مشخص می شود که هزاران یا ده ها هزار بار کمتر از مرحله قبلی است.

درجه تجزیه را نیز می توان با افزودن الکترولیت های دیگر به سیستم تغییر داد که غلظت یکی از یون های املاح اصلی را تغییر می دهد. این مستلزم تغییر تعادل به سمت است که توسط قانون Le Chatelier-Brown تعیین می شود - واکنش در جهتی پیش می رود که در آن خنثی سازی تأثیر اعمال شده بر سیستم از خارج مشاهده می شود.

ثابت فرآیند تعادل کلاسیک

برای توصیف فرآیند تجزیه یک الکترولیت ضعیف، علاوه بر درجه آن، از ثابت تفکیک الکترولیتی (Kd) استفاده می شود که با نسبت غلظت کاتیون ها و آنیون ها به محتوای کمی مولکول های اولیه در سیستم بیان می شود. . در واقع، ثابت تعادل شیمیایی معمول برای واکنش برگشت پذیر تجزیه یک املاح به یون است.

به عنوان مثال، برای فرآیند تجزیه یک ترکیب به ذرات تشکیل دهنده آن، ثابت تفکیک (Kd) با ضریب غلظت ثابت کاتیون ها و آنیون ها در ترکیب محلول تعیین می شود که به توان های مربوط به اعداد روبروی آنها در معادله شیمیایی و تعداد کل واحدهای فرمول تفکیک نشده باقیمانده ماده محلول. یک وابستگی وجود دارد - هر چه بیشتر (K d) باشد، تعداد کاتیون ها و آنیون ها در سیستم بیشتر است.

رابطه بین غلظت یک ترکیب ضعیف پوسیده، درجه تفکیک و ثابت با استفاده از قانون رقت استوالد با معادله: K d \u003d α 2 s تعیین می شود.

آب به عنوان یک ماده ضعیف تجزیه کننده

مولکول های دوقطبی تا حد بسیار کمی به ذرات باردار تجزیه می شوند، زیرا این امر از نظر انرژی نامطلوب است. با این حال، تقسیم به کاتیون های هیدروژن و آنیون های هیدروکسیل وجود دارد. با در نظر گرفتن فرآیندهای هیدراتاسیون، می توان در مورد تشکیل یون هیدرونیوم و OH (-) از دو مولکول آب صحبت کرد.

تفکیک ثابت با نسبت محصول پروتون های هیدروژن و گروه های هیدروکسید، که محصول یونی آب نامیده می شود، به غلظت تعادلی مولکول های پوسیده نشده در محلول تعیین می شود.

تفکیک الکترولیتی آب حضور در سیستم H (+)، که اسیدیته آن را مشخص می کند و وجود OH (-) - بازی را تعیین می کند. اگر غلظت پروتون و گروه هیدروکسیل برابر باشد، چنین محیطی خنثی نامیده می شود. یک شاخص pH به اصطلاح وجود دارد - این یک لگاریتم منفی از محتوای کمی کل H (+) در یک محلول است. pH کمتر از 7 نشان می دهد که محیط اسیدی است، بیشتر - در مورد قلیایی بودن آن. این یک مقدار بسیار مهم است، با توجه به ارزش تجربی آن، واکنش های بیولوژیکی، بیوشیمیایی و شیمیایی سیستم های مختلف آبی - دریاچه ها، برکه ها، رودخانه ها و دریاها مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. ارتباط شاخص هیدروژن برای فرآیندهای صنعتی نیز غیرقابل انکار است.

ثبت واکنش ها و علامت گذاری

معادله تفکیک الکترولیتی با استفاده از علائم شیمیایی، فرآیندهای تجزیه مولکول ها به ذرات مربوطه را توصیف می کند و یونی نامیده می شود. این چند برابر ساده تر از مولکولی استاندارد است و شکل کلی تری دارد.

هنگام تهیه چنین معادله ای، باید در نظر گرفت که موادی که در طول واکنش به عنوان بخشی از بخار گاز رسوب می کنند یا از مخلوط واکنش خارج می شوند، باید همیشه فقط به شکل مولکولی نوشته شوند، برخلاف ترکیبات الکترولیت که فقط نمایندگان قوی آنها هستند. در شکل تقسیم شده به یون ها در ترکیب گنجانده شده است. تفکیک الکترولیتی برای آنها یک فرآیند برگشت ناپذیر است، زیرا به دلیل تشکیل مواد یا گازهای غیر شکافت پذیر، تداخل غیرممکن است. برای این نوع معادله، قوانین مشابهی مانند سایر واکنش های شیمیایی اعمال می شود - مجموع ضرایب قسمت های چپ و راست لزوماً باید با یکدیگر برابر باشند تا تعادل مواد حفظ شود.

تفکیک الکترولیتی اسیدها و بازها می تواند در چند مرحله انجام شود اگر مواد پلی بازیک یا پلی اسیدی باشند. هر زیرواکنش معادله خود را دارد.

نقش در علم شیمی و توسعه آن

ایجاد نظریه سوانته آرنیوس برای فرآیند کلی شکل گیری علم فیزیکی و به ویژه الکتروشیمیایی بیشترین اهمیت را داشت. بر اساس کشف پدیده‌ای مانند تفکیک الکترولیتی، فرآیندهای الکترود، ویژگی‌های عبور جریان از طریق رسانه‌های مختلف، و نظریه القای پتانسیل‌های کاتد-آند توسعه گسترده‌ای یافته‌اند. علاوه بر این، تئوری راه حل ها پیشرفت قابل توجهی داشته است. اکتشافات بی سابقه ای در انتظار سینتیک شیمیایی، زمینه خوردگی فلزات و آلیاژها و همچنین کار برای یافتن ابزارهای جدید محافظت در برابر آن بود.

چیزهای جدید و ناشناخته زیادی در دنیای مدرن وجود دارد. دانشمندان هر روز بیشتر و بیشتر در حال پیشرفت در دانش چنین رشته بزرگی مانند شیمی هستند. تفکیک الکترولیتی، و همچنین سازندگان و پیروان آن، برای همیشه جای خود را در زمینه توسعه علم جهانی به خود اختصاص داده اند.

موادی که محلول (یا مذاب) آنها رسانای الکتریسیته هستند نامیده می شوند e le c t r o l i t a m i اغلب محلول های خود این مواد را الکترولیت نیز می نامند. این محلول ها (ذوب) از الکترولیت ها هستند هادی های نوع دوم،زیرا انتقال الکتریسیته در آنها با حرکت انجام می شود i o n o v - ذرات باردار. ذره ای که بار مثبت دارد نامیده می شود کاتیون (Ca +2)، ذره ای حامل بار منفی - آنیون (آیا او -). یون ها می توانند ساده (Ca +2، H +) و پیچیده (RO 4 ־ 3، HCO 3 ־ 2) باشند.

بنیانگذار تئوری تفکیک الکترولیتی دانشمند سوئدی S. Arrhenius است. طبق نظریه تفکیک الکترولیتی تجزیه مولکول ها به یون ها هنگامی که در آب حل می شوند نامیده می شود و این بدون تأثیر جریان الکتریکی رخ می دهد. با این حال، این نظریه به این سؤال پاسخ نداد: چه چیزی باعث پیدایش یون‌ها در محلول‌ها می‌شود و چرا یون‌های مثبت، در برخورد با منفی، ذرات خنثی را تشکیل نمی‌دهند.

دانشمندان روسی سهم خود را در توسعه این نظریه انجام دادند: D.I. مندلیف، I. A. Kablukov - حامیان نظریه شیمیایی محلول ها، که به تأثیر حلال در فرآیند تفکیک توجه کردند. کابلوکوف استدلال کرد که یک املاح با یک حلال تعامل دارد ( فرآیند حل ) تشکیل محصولات با ترکیب متغیر ( s o l v a t y ).

حلال یونی است که توسط مولکول های حلال احاطه شده است (پوسته حلال) که می تواند مقادیر متفاوتی داشته باشد (به این دلیل است که یک ترکیب متغیر به دست می آید). اگر حلال آب باشد، فرآیند برهمکنش مولکول های حل شونده و حلال نامیده می شود. g i d r a t a c i e y، و محصول تعامل است g i d r a t o m.

بنابراین، علت تفکیک الکترولیتی حلال شدن (هیدراتاسیون) است. و این حلال شدن (هیدراتاسیون) یونها است که از اتصال معکوس به مولکولهای خنثی جلوگیری می کند.

از نظر کمی، فرآیند تفکیک با مقدار مشخص می شود درجات تفکیک الکترولیتی ( α ), که نسبت مقدار ماده یونیزه شده به مقدار کل املاح است. نتیجه آن است که برای الکترولیت های قوی α = 1 یا 100% (یون های محلول در محلول وجود دارند)، برای الکترولیت های ضعیف 0< α < 1 (в растворе присутствуют наряду с ионами растворенного вещества и его недиссоциированные молекулы), для неэлектролитов α = 0 (هیچ یونی در محلول وجود ندارد). علاوه بر ماهیت املاح و حلال، مقدار α به غلظت محلول و دما بستگی دارد.

اگر حلال آب باشد، الکترولیت های قوی عبارتند از:

1) تمام نمک ها؛

2) اسیدهای زیر: HCl، HBr، HI، H2SO4، HNO3، HClO4.

3) بازهای زیر: LiOH، NaOH، KOH، RbOH، CsOH، Ca(OH) 2، Sr(OH) 2، Ba(OH) 2.

فرآیند تفکیک الکترولیتی برگشت پذیر است، بنابراین، می توان آن را با مقدار ثابت تعادل مشخص کرد، که در مورد یک الکترولیت ضعیف، نامیده می شود. ثابت تفکیک (K دی ) .

هرچه این مقدار بزرگتر باشد، الکترولیت راحت تر به یون تجزیه می شود، یون های آن بیشتر در محلول هستند. به عنوان مثال: HF ═ H + + F־

این مقدار در دمای معین ثابت است و به ماهیت الکترولیت، حلال بستگی دارد.

اسیدهای پلی بازیک و بازهای پلی اسیدی در مراحل مختلف تفکیک می شوند. به عنوان مثال، مولکول های اسید سولفوریک ابتدا یک کاتیون هیدروژن را حذف می کنند:

H 2 SO 4 ═ H + + HSO 4 ־.

حذف یون دوم طبق معادله

HSO 4 ־ ═ H + + SO 4 ־ 2

کار بسیار دشوارتر است، زیرا باید بر جاذبه یون دارای بار مضاعف SO 4 ־ غلبه کند، که البته، یون هیدروژن را با شدت بیشتری نسبت به یون تک بار HSO 4 ־ به سمت خود جذب می کند. بنابراین، مرحله دوم تجزیه به میزان بسیار کمتری نسبت به مرحله اول رخ می دهد.

بازهای حاوی بیش از یک گروه هیدروکسیل در مولکول نیز در مراحل مختلف تفکیک می شوند. مثلا:

Ba(OH) 2 ═ BaOH + + OH - ;

BaOH + \u003d Ba 2+ + OH -.

نمک های متوسط ​​(معمولی) همیشه به یون های فلزی و باقی مانده های اسیدی تجزیه می شوند:

CaCl 2 \u003d Ca 2 + + 2Cl -؛

Na 2 SO 4 \u003d 2Na + + SO 4 2-.

نمک های اسیدی مانند اسیدهای پلی بازیک در مراحل مختلف تجزیه می شوند. مثلا:

NaHCO 3 \u003d Na + + HCO 3 -;

HCO 3 - \u003d H + + CO 3 2-.

اما درجه تفکیک در مرحله دوم بسیار کم است، به طوری که محلول نمک اسیدی تنها حاوی تعداد کمی یون هیدروژن است.

نمک های بازی به یون های باقی مانده های بازی و اسیدی تجزیه می شوند. مثلا:

Fe(OH)Cl 2 = FeOH 2 + + 2Cl -.

تفکیک ثانویه یون های باقی مانده اصلی به یون های فلزی و هیدروکسیل تقریباً رخ نمی دهد.

قوانین تدوین معادلات تفکیک الکترولیتی مواد

فرآیند تخریب یا تجزیه الکترولیت به یون را تفکیک الکترولیتی می گویند. اجزای تشکیل دهنده مولکول ها یا کریستال های تجزیه شده ذراتی هستند که بار دارند. آنها یون نامیده می شوند.

یون ها منفی و مثبت هستند. یون های مثبت را کاتیون و یون های منفی را آنیون می نامند.

محلول‌هایی از موادی که مولکول‌ها یا کریستال‌های آن‌ها قادر به تجزیه به یون‌ها (تجزیه) هستند، می‌توانند جریان الکتریکی را هدایت کنند. به همین دلیل به آنها الکترولیت می گویند. اغلب فرآیند تفکیک الکترولیتی را به سادگی می گویند: تفکیک.

فرآیند انحلال یک ماده با تفکیک متفاوت است از این جهت که پس از انحلال، ذرات ماده به طور مساوی در بین مولکول های حلال (آب) در سراسر حجم محلول توزیع می شوند و در فرآیند تجزیه، ذرات این ماده (کریستال ها یا مولکول ها) به قطعات تشکیل دهنده تجزیه می شود.

بنابراین، با حلالیت خوب، ماده همیشه به خوبی تفکیک نمی شود.

موادی وجود دارند که مولکول ها یا کریستال های آنها به راحتی به یون تجزیه می شوند. آنها الکترولیت های قوی نامیده می شوند.

الکترولیت های قوی:

تفکیک الکترولیت های قوی برگشت ناپذیر است

موادی وجود دارند که مولکول ها یا کریستال های آنها به راحتی به یون تجزیه نمی شوند. آنها الکترولیت ضعیف نامیده می شوند.

الکترولیت های ضعیف:

تفکیک الکترولیت‌های ضعیف به صورت برگشت‌پذیر اتفاق می‌افتد، یعنی یون‌هایی که در طی فروپاشی مولکول تشکیل می‌شوند، دوباره با هم ترکیب می‌شوند و مولکول اصلی را تشکیل می‌دهند. برگشت پذیری واکنش با فلش های چند جهته نشان داده می شود: ↔ برای الکترولیت های ضعیف، واکنش معکوس (ارتباط) بر تجزیه مولکول ها به یون ها غالب است.

1. تفکیک الکترولیت های قوی

در طول تفکیک اسیدها، مولکول های آنها همیشه به nones هیدروژنی با بار مثبت H و یون های با بار منفی باقی مانده های اسید تجزیه می شوند.

معادله تفکیک اسید در یک الکترولیت قوی را در نظر بگیرید. (درس تصویری)

در طول تفکیک بازها، مولکول های آنها همیشه به هیچ فلزی با بار مثبت و یون های هیدروکسید با بار منفی (OH -) تجزیه می شوند.

2. معادله تفکیک یک پایه - یک الکترولیت قوی را در نظر بگیرید (درس ویدیویی)

3. در طول تفکیک نمک ها، مولکول های آنها همیشه به یون های فلزی با بار مثبت و هیچ باقی مانده اسیدی با بار منفی تجزیه می شوند.

معادله تفکیک نمک، یک الکترولیت قوی را در نظر بگیرید. (درس تصویری)

4. ترسیم یک معادله تفکیک نمک که در آن باقیمانده اسید از یک عنصر (کلرید (C1)، سولفیدها (اس )، با معادلاتی که در آن مولکول های نمک دو عنصر در باقی مانده اسید دارند، متفاوت است. (درس تصویری)

5. تفکیک الکترولیت های ضعیف(درس تصویری)

تفکیک اسیدهای پلی بازیک الکترولیت های ضعیف به یون ها به تدریج (به تدریج) اتفاق می افتد. در این حالت، در هر مرحله از تفکیک، یک یون هیدروژن H و یون های با بار منفی باقیمانده های اسیدی تشکیل می شود. اجازه دهید معادله تفکیک یک الکترولیت ضعیف اسیدی (H2CO3) را در نظر بگیریم.

6 مرحله دوم تفکیک HCO 3 - ↔ H + + CO 3 -

تعداد مراحل تفکیک یک اسید، یک الکترولیت ضعیف، برابر است با تعداد اتم های هیدروژن H در مولکول آن.

تفکیک الکترولیت های ضعیف بازهای پلی اسیدی به یون ها به تدریج (به صورت گام به گام) اتفاق می افتد. در این حالت در هر مرحله از تفکیک 1 یون هیدروکسید (OH-) تشکیل می شود.(درس تصویری)

چنین پایه هایی معمولاً حاوی چندین گروه OH هستند. اجازه دهید معادله تفکیک یک پایه - یک الکترولیت ضعیف را در نظر بگیریم Mg (OH) 2

مرحله اول تفکیک

Mg (OH) 2 ↔ MgOH + + OH -

تعداد مراحل تفکیک پایه - یک الکترولیت ضعیف برابر با تعداد گروه های OH در مولکول آن است. (درس تصویری)

معادلات تفکیک نمک های الکترولیت های ضعیف به یون ها در یک مرحله نوشته شده است. در این حالت یون های فلزی با بار مثبت و یون های با بار منفی باقی مانده اسید تشکیل می شوند. معادله تفکیک نمک - یک الکترولیت ضعیف را در نظر بگیرید Ca 3 (RO 4) 2

Ca 3 (RO 4) 2 ↔ 3Ca 2+ + 2RO 4 3- (درس ویدیویی)

واکنش به آزمایشات (درس تصویری)

1. واکنش های تبادل یونی با تکامل گاز

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d CO 2 + H 2 O + 2 NaCl

2. واکنش های تبادل یونی که منجر به تشکیل نمک های رنگارنگ می شود

FeCl 3 + 3KNCS \u003d Fe (NCS) 3 + 3KCl

BaCl 2 + K 2 CrO 4 = BaCrO 4 ↓ + 2KCl

NiSO 4 + 2NaOH \u003d Ni (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

CuSO 4 + 2NaOH \u003d Cu (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

3. واکنش خنثی سازی

NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O

4. تغییرات در تفکیک الکترولیت ها در دماهای مختلف