Главная / Теоретические основы / Электролитическая диссоциация

Электролитическая диссоциация

1. Что такое электролиты и неэлектролиты?

В начале XIX века Майкл Фарадей установил, что растворы некоторых веществ способны проводить электрический ток. Позже Сванте Аррениус создал теорию электролитической диссоциации.

Электролитическая диссоциация — это процесс распада электролита на ионы (положительно и отрицательно заряженные частицы) при растворении в воде или расплавлении.
⚡

Электролиты

▼

Вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток.

К ним относятся вещества с ионной или ковалентной сильнополярной связью.

Соли ($NaCl$, $K_2SO_4$) Кислоты ($HCl$, $H_2SO_4$) Основания ($NaOH$, $KOH$)
🔌

Неэлектролиты

▼

Вещества, растворы и расплавы которых не проводят электрический ток.

Имеют ковалентную неполярную или слабополярную связь.

Простые газы ($O_2$, $N_2$) Органические (сахар, спирт) Оксиды

Пример: Раствор сахара в воде ток не проводит.

Ионы — это заряженные частицы:

  • Катионы (+) — положительно заряженные ионы (движутся к катоду). Пример: $Na^+$, $H^+$, $Ca^{2+}$.
  • Анионы (–) — отрицательно заряженные ионы (движутся к аноду). Пример: $Cl^-$, $SO_4^{2-}$, $OH^-$.

Вопрос 1: Проводимость растворов

Проверка

Какое из перечисленных веществ при растворении в воде образует раствор, хорошо проводящий электрический ток? 1) сахароза; 2) этанол; 3) хлорид натрия; 4) бензол.

Ответ: 3) Хлорид натрия.

Пояснение: Хлорид натрия — ионное соединение, типичный электролит. При растворении он распадается на подвижные ионы, которые и проводят ток. Сахароза и этанол — неэлектролиты, бензол в воде вообще не растворяется.

Вопрос 2: Условия диссоциации

Проверка

Проводит ли электрический ток расплав сахара (сахарозы)?

Ответ: Нет, не проводит.

Пояснение: Сахар имеет молекулярное строение с ковалентными связями. При его плавлении молекулы лишь отдаляются друг от друга, но не распадаются на заряженные ионы. Переносчиков тока (ионов) не возникает.

2. Механизм диссоциации в растворах

Главную роль играют молекулы воды ($H_2O$), которые являются диполями (имеют положительный и отрицательный полюса).

Для веществ с ионной связью (NaCl):

Диссоциация NaCl
Рис. 2. Диссоциация NaCl
  1. Ориентация: Молекулы воды окружают кристалл соли. Отрицательные концы воды (кислород) притягиваются к катионам ($Na^+$), положительные (водород) — к анионам ($Cl^-$).
  2. Гидратация: Образуются связи между ионами и водой.
  3. Распад: Связь между ионами в кристалле ослабевает, и они переходят в раствор в виде гидратированных ионов.

В расплавах процесс проще: тепловая энергия разрушает кристаллическую решетку, и ионы становятся подвижными без участия воды.

Вопрос 1: Механизм диссоциации

Проверка

Какова главная роль полярных молекул воды (диполей) при растворении ионных кристаллов (например, $NaCl$)?

Ответ: Они ориентируются вокруг ионов кристалла и за счет энергии гидратации отрывают их от решетки.

Пояснение: Отрицательные полюса воды (кислород) притягиваются к ионам $Na^+$, а положительные (водород) — к $Cl^-$. Выделяющаяся при этом энергия гидратации компенсирует энергию, нужную для разрушения кристалла.

Вопрос 2: Степень диссоциации

Проверка

Что физически показывает степень электролитической диссоциации ($\alpha$)?

Ответ: Отношение числа распавшихся на ионы молекул к общему числу растворенных молекул.

Пояснение: Она показывает долю вещества, перешедшую в ионное состояние. Если $\alpha \rightarrow 1$ (или 100%), электролит сильный, он распался полностью. Если $\alpha \ll 1$ — слабый электролит.

3. Сильные и слабые электролиты

Не все электролиты распадаются на ионы одинаково хорошо. Мерой распада является степень диссоциации ($\alpha$).

$$ \alpha = \frac{n}{N} $$

Где $n$ — число распавшихся молекул, $N$ — общее число растворенных молекул.

Кислоты

Бескислородные
$HCl$
$HBr$
$HI$
$HF$
$H_2S$
$HCN$
Кислородсодержащие
$H_2SO_4$
$HNO_3$
$HClO_4$
$HClO_3$
$HMnO_4$
$H_2SO_3$
$H_2CO_3$
$HNO_2$
$H_3PO_4$
$HClO$
$H_2SiO_3$
Органические
$CH_3COOH$
$HCOOH$

Основания

Щёлочи (IА, IIА)
$NaOH$
$KOH$
$LiOH$
$Ba(OH)_2$
$Ca(OH)_2$
$Sr(OH)_2$
Нерастворимые и др.
$NH_3 \cdot H_2O$
$Mg(OH)_2$
$Fe(OH)_2$
$Cu(OH)_2$
$Al(OH)_3$
$Zn(OH)_2$

Соли и Другое

Большинство солей
Почти все растворимые соли ($NaCl$, $NH_4NO_3$)
Исключения
$HgCl_2$
$Fe(SCN)_3$
Вода ($H_2O$)
* Примечание: $Ca(OH)_2$ и $Sr(OH)_2$ — малорастворимы, но их растворенная часть диссоциирует полностью, поэтому их часто относят к сильным электролитам (щелочам).

Вопрос 1: Анализ электролитов

Проверка

Выберите все сильные электролиты из перечня: $HNO_3$, $H_2S$, $Ba(OH)_2$, $Al(OH)_3$, $H_2O$.

Ответ: $HNO_3$ и $Ba(OH)_2$.

Пояснение: Азотная кислота — сильная кислота. Гидроксид бария — растворимая щелочь (сильное основание). Они диссоциируют нацело. $H_2S$ — слабая кислота, $Al(OH)_3$ — осадок, вода — слабый амфотерный электролит.

Вопрос 2: Закон разведения

Проверка

Как зависит степень диссоциации слабой уксусной кислоты от разбавления ее раствора водой?

Ответ: Она увеличивается при разбавлении.

Пояснение: По закону разведения Оствальда, при добавлении воды концентрация частиц падает. Ионам сложнее встретиться для обратной ассоциации (соединения в молекулу), поэтому равновесие диссоциации смещается вправо.

4. Уравнения электролитической диссоциации

🔴 Кислоты
🔵 Основания
⚪ Соли

Диссоциируют на катионы водорода ($H^+$) и анионы кислотных остатков.

$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$
$HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-$

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато (постепенно отщепляя $H^+$). Процесс обратим, первая ступень идет легче всего.

Пример: Ортофосфорная кислота $H_3PO_4$
  • I ступень: $H_3PO_4 \leftrightarrows H^+ + H_2PO_4^-$ (дигидрофосфат-ион)
  • II ступень: $H_2PO_4^- \leftrightarrows H^+ + HPO_4^{2-}$ (гидрофосфат-ион)
  • III ступень: $HPO_4^{2-} \leftrightarrows H^+ + PO_4^{3-}$ (фосфат-ион)

Диссоциируют на катионы металла (или $NH_4^+$) и гидроксид-анионы ($OH^-$).

$NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$
$Ba(OH)_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2OH^-$

Многокислотные слабые основания также диссоциируют ступенчато:

Пример: $Fe(OH)_2$ (очень слабо диссоциирует)
  • I ступень: $Fe(OH)_2 \leftrightarrows Fe(OH)^+ + OH^-$ (гидроксо-катион железа)
  • II ступень: $Fe(OH)^+ \leftrightarrows Fe^{2+} + OH^-$

Диссоциируют на катионы металла (или $NH_4^+$) и анионы кислотного остатка.

Средние соли (диссоциируют полностью в одну стадию):

$Na_2SO_4 \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-}$
$Al_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Al^{3+} + 3SO_4^{2-}$

Кислые соли (содержат H) — диссоциируют ступенчато:

Пример: $NaHCO_3$
  • I ступень (как соль, полностью): $NaHCO_3 \rightarrow Na^+ + HCO_3^-$
  • II ступень (как слабая кислота, обратимо): $HCO_3^- \leftrightarrows H^+ + CO_3^{2-}$

Комплексные соли (диссоциация внешней сферы):

$K[Al(OH)_4] \rightarrow K^+ + [Al(OH)_4]^-$

Внутренняя сфера $[Al(OH)_4]^-$ очень прочная и диссоциирует крайне слабо (вторичная диссоциация).

Вопрос 1: Ступенчатая диссоциация

Проверка

Какая из перечисленных кислот диссоциирует в водном растворе ступенчато (в несколько стадий)? 1) $HCl$; 2) $HNO_3$; 3) $H_3PO_4$; 4) $HClO_4$.

Ответ: 3) Ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$).

Пояснение: Ступенчато диссоциируют только многоосновные слабые кислоты и кислоты средней силы. На первой ступени отрывается один протон ($H^+$), на второй — следующий (гораздо тяжелее) и т.д. Остальные из списка — одноосновные.

Вопрос 2: Баланс ионов

Проверка

Сколько всего моль ионов образуется при полной (100%) диссоциации 1 моль сульфата алюминия $Al_2(SO_4)_3$?

Ответ: 5 моль ионов.

Пояснение: Уравнение диссоциации выглядит так: $Al_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Al^{3+} + 3SO_4^{2-}$. Из одного моля соли образуется 2 моля катионов алюминия и 3 моля сульфат-анионов. В сумме: 2 + 3 = 5 моль.

🎯 Пройди тест по теме
Проверь свои знания по теме "Электролитическая диссоциация". Задания формата ЕГЭ.
Начать тест →
← Химическое равновесие Реакции ионного обмена →