Хімія. 9 клас. Гранкіна

§ 10. ЕЛЕКТРОЛІТИ Й НЕЕЛЕКТРОЛІТИ. ЕЛЕКТРОЛІТИЧНА ДИСОЦІАЦІЯ

Ще на зорі вивчення електричних явищ учені помітили, що струм можуть проводити не тільки метали, але й розчини. Але не будь-які. Так, водні розчини кухонної солі й інших солей, розчини сильних кислот і лугів добре проводять струм. Розчини оцтової кислоти, вуглекислого газу проводять його набагато гірше. А от розчини спирту, цукру й більшості інших органічних сполук електричний струм зовсім не проводять.

Чому розчини одних речовин проводять електричний струм, а інші — ні?

• Згадаємо, що таке електричний струм. Це потік заряджених частинок. Виходить, якщо розчин проводить електричний струм, то в ньому мають бути заряджені частинки. Звідки ж вони можуть узятися в розчині?

ЕЛЕКТРОЛІТИ Й НЕЕЛЕКТРОЛІТИ

Дослід «Дослідження речовин та їх водних розчинів на електричну провідність»

Досліджувані речовини: кристалічний натрій хлорид, дистильована вода, розчин натрій хлориду, кристалічний цукор, розчин цукру, хлоридна кислота.

Зберемо таке електричне коло (рис. 30):

Рис. 30. Електричне коло для дослідження речовин на електричну провідність

У склянку по черзі будемо поміщати різні речовини та вмикати джерело електричного струму. Якщо речовина струм проводить, лампочка буде горіти.

Отже, кристалічний натрій хлорид — лампочка не горить, значить, ця кристалічна сіль електричний струм не проводить.

  • Дистильована вода — лампочка не горить, значить, чиста вода електричний струм не проводить.
  • Розчин натрій хлориду — лампочка горить, отже, цей розчин проводить електричний струм.
  • Кристалічний цукор — лампочка не горить, значить, кристалічний цукор електричний струм не проводить.
  • Розчин цукру — лампочка не горить, значить, розчин цукру електричний струм не проводить.
  • Хлоридна кислота — лампочка горить, отже, цей розчин проводить електричний струм.

— У побуті ми завжди використовуємо воду, в якій розчинені певні речовини: солі, гази. З хімічної точки зору, це не вода, а розчин. Тому електричний струм вона проводить.

Висновок: далеко не всі речовини та їх розчини проводять електричний струм. Причому кристалічна кухонна сіль електричний струм не проводить, а її розчин — проводить. Чому?

За створення теорії електролітичної дисоціації Арреніус 1903 року був удостоєний Нобелівської премії з хімії.

1887 року шведський фізик і хімік Сванте Арреніус, досліджуючи електропровідність водних розчинів, висловив припущення, що під час розчинення речовини розпадаються на заряджені частинки — йони, які можуть пересуватися до електродів — негативно зарядженого катода (катіони) і позитивно зарядженого анода (аніони). Це і є причина виникнення електричного струму в розчинах (рис. 31 і 32). Очевидно, чим більше йонів у розчині, тим краще він проводить електричний струм.

Рис. 31. Під час розчинення (або розплавлення) речовини йони рухаються хаотично

Рис. 32. Під час пропускання електричного струму катіони й аніони рухаються спрямовано — виникає електричний струм

Речовини, які розпадаються в розчинах або розплавах на йони й завдяки цьому проводять електричний струм, називають електролітами.

Речовини, які в розчинах і розплавах на йони не розпадаються і не проводять електричний струм, називають неелектролітами.

• До електролітів належать речовини з йонними й ковалентними полярними зв'язками: кислоти, луги й розчинні солі, до неелектролітів — речовини, в молекулах яких є тільки ковалентні неполярні або малополярні зв'язки, наприклад більшість органічних сполук. Так як речовини розпадаються на йони під час розчинення у воді, то належність їх до електролітів можна визначити за таблицею розчинності. Якщо сіль, кислота або основа розчинна, то вона є електролітом.

Дослід «Рух йонів у електричному полі»

Можна побачити рух йонів до електродів, якщо вони забарвлені. Приєднаємо до батарейки два електроди й закріпимо їх на фільтрувальному папері.

Попередньо змочимо папір водою, а ще краще водним розчином якого-небудь електроліту, наприклад кухонної солі. Помістимо посередині між електродами кристалик калій перманганату KMnO4 («марганцівки»). Через деякий час ми побачимо фіолетово-коричневу «доріжку» в напрямку до позитивно зарядженого електрода (рис. 33). Це рухаються забарвлені йони MnO-4. Цей дослід можна провести з іншими забарвленими йонами, наприклад блакитними йонами Cu2+. Звичайно, ці йони будуть рухатися до негативно зарядженого електрода.

Рис. 33. Рух йонів до електродів

Яким чином речовини розпадаються на йони — пояснює теорія електролітичної дисоціації.

ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОЇ ДИСОЦІАЦІЇ

Ми вже розглядали, як відбувається розчинення речовин у воді. Давайте стисло повторимо основні положення:

  • Молекула води має заряджені полюси, вона є диполем. Вода — полярний розчинник.
  • У воді добре розчиняються речовини з ковалентним полярним і йонним зв'язком.
  • Під час розчинення молекули води притягуються до часточок речовини, що розчиняється, — відбувається процес гідратації.
  • Під час гідратації виділяється енергія, яка використовується на розрив зв'язків у молекулах або кристалічних ґратках речовини, що розчиняється.
  • У розчин переходять гідратовані (оточені частинками води) частинки — молекули або йони.

Так описують розчинення будь-яких речовин: і електролітів, і неелектролітів. Теорія електролітичної дисоціації включає ці самі положення, але тільки щодо електролітів. Таким чином, для розчинних речовин з йонними або ковалентними полярними зв'язками процеси розчинення і дисоціації — це одне й те саме.

Теорію дисоціації застосовують не тільки до розчинів, але й до розплавів електролітів.

Розпад електролітів на йони під час розчинення їх у воді або розплавлення називають електролітичною дисоціацією.

«Електролітична» — це від слова «електроліт»;

— «дисоціація» — від лат. dissociation «розподіл». Те саме слово англійською dissociation, німецькою Dissoziation має таке саме значення.

Розглянемо малюнок, який ілюструє електролітичну дисоціацію речовин з йонним зв'язком:

У закордонних підручниках хімії поряд із йонами, які містяться у водному розчині, поряд у дужках нижнім індексом пишуть (aq), наприклад Na+(aq), показуючи в такий спосіб, що йон гідратований. У наших підручниках так писати не прийнято, але ми маємо пам'ятати про це.

Розглянути процес розчинення й дисоціації речовин із ковалентним полярним зв'язком можна на прикладі гідроген хлориду.

Зв'язок H-Cl — ковалентний, полярний. Молекули HCl — диполі з негативним зарядом на атомі Cl і позитивним — на атомі Н. У водному розчині молекули HCl оточені з усіх боків молекулами води так, що позитивні полюси молекул H2O притягуються до негативних полюсів молекул HCl, а негативні полюси — до позитивних полюсів молекул HCl. У результаті зв'язок H - Cl додатково поляризується й розривається з утворенням гідратованих катіонів H+ й аніонів Cl-. Диполі H2O ніби розривають молекули HCl на окремі йони.

Дізнайтеся більше

Йон H+ — по суті протон — приєднується до молекули води, утворюючи йон гідроксонію H3O+. Йон гідроксонію, у свою чергу, може об'єднуватися з іншими молекулами води, утворюючи гідратовані йони, наприклад H5O+2, H7O+3, H9O+4.

Таким чином, унаслідок електролітичної дисоціації речовин у розчині утворюються йони, які обумовлюють його електропровідність.

Висновок:

ПЕРЕВІРТЕ ВАШІ ЗНАННЯ

  • 131. Які речовини називають електролітами? Наведіть приклади.
  • 132. Які речовини називають неелектролітами? Наведіть приклади.
  • 133. Які положення включає теорія електролітичної дисоціації?
  • 134. Поясніть, чому розчини натрій гідроксиду й гідроген броміду проводять електричний струм.
  • 135. Які хімічні зв'язки в електролітах? неелектролітах?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

136. Електроліти — це речовини:

  • а) що складаються з йонів;
  • б) що у твердому стані проводять електричний струм;
  • в) розчини яких проводять електричний струм;
  • г) розчини й розплави яких проводять електричний струм.

137. Речовини, що проводять електричний струм тільки в розплаві, мають:

  • а) атомні кристалічні ґратки;
  • б) молекулярні кристалічні ґратки;
  • в) йонні кристалічні ґратки;
  • г) атомні та йонні кристалічні ґратки.

138. Речовини, що проводять електричний струм у розчині, мають:

  • а) ковалентний неполярний зв'язок;
  • б) ковалентний полярний зв'язок;
  • в) йонний і ковалентний полярний зв'язок;
  • г) йонний зв'язок.

139. Виберіть зі списку йони, які будуть рухатися:

  • а) до позитивно зарядженого електроду — анода;
  • б) до негативно зарядженого електроду — катода.

Йони: Mg2+, Cl-, SO2-4, Fe3+, Ni2+, NO-3.

140. Після випарювання всієї води з розчину калій хлориду масою 2000 г отримали суху сіль масою 4 г. Обчисліть масову частку солі у вихідному розчині.