РАСТВОРЫ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

В результате успешного освоения материала этой главы студент должен:

знать

  • • определения понятий «электролитическая диссоциация», «электролит», «сильный электролит»;
  • • типы сильных электролитов;

уметь

• записывать уравнения реакций электролитической диссоциации сильных электролитов;

владеть

• представлениями о гидратации ионов, первичной и вторичной гидратной оболочках, кристаллогидратах, об активности и коэффициентах активности, о причинах различной растворимости веществ и количественных характеристиках растворимости.

Диссоциация сильных электролитов

Электролитическая диссоциация — распад молекул или кристаллов растворяемого вещества на катионы и анионы.

Экспериментальное и теоретическое обоснование существования свободных ионов в растворах дал шведский ученый С. Аррениус в 1886 г. Однако в его работах не был раскрыт механизм диссоциации веществ. Крупный вклад в развитие теории электролитической диссоциации внес русский ученый И. А. Каблуков, который установил, что причина распада растворяемых веществ на ионы заключается в их взаимодействии с молекулами растворителя — сольватации.

Вещества, молекулы и кристаллы которых в растворе вследствие электролитической диссоциации распадаются на ионы, называют электролитами.

Растворы электролитов обладают способностью проводить электрический ток. По способности к электролитической диссоциации различают сильные и слабые электролиты.

Сильные электролиты — это вещества, которые при растворении практически полностью диссоциируют на ионы.

Растворы сильных электролитов содержат частицы только одного типа: гидратированные ионы (катионы и анионы). Закономерности процессов взаимодействия ионов с молекулами растворителя и друг с другом, полученные при изучении растворов сильных электролитов, справедливы и при рассмотрении поведения ионов в растворах слабых электролитов.

Понятие «сильный электролит» относительно. Оно характеризует не только растворяемое вещество, но и растворитель. Например, хлороводород, растворенный в воде, - сильный электролит, а хлороводород, растворенный в безводной уксусной кислоте, — слабый электролит.

По отношению к воде сильными электролитами являются следующие группы веществ:

  • • почти все простые соли. Исключения: ZnCb, Znl2, CdCb, Cdl2, HgCl2, Hg(CN)2, Fe(NCS)3;
  • • многие соли с комплексными ионами (см. гл. 13). Например, К4| Fe(CN)e |, [Ni(NH3)6|Cl2;
  • • сильные кислоты: марганцовая IIM11O4, хлорная НСЮ4, азотная HN03, хлороводородная НС1, бромоводородная ПВг, иодоводородная HI, серная II2SO4 (по первой ступени диссоциации);
  • • сильные основания: LiOH, NaOH, КОН, CsOH, RbOH, Са(ОН)2, Sr(OH)2, Ва(ОН)2.

Гидратация. Причиной электролитической диссоциации электролитов в водных растворах является гидратация.

Гидратация — взаимодействие веществ с молекулами воды.

Она обусловлена диполь-дипольным, иои-дииольным взаимодействием, образованием координационных и реже водородных связей.

В результате гидратации образуются гидратированные ионы.

Различают слабую и сильную гидратацию. Слабая гидратация свойственна малозарядным ионам (катионам и анионам) с большим радиусом. В случае слабой гидратации ионы только ориентируют диполи воды, ориентация не превращается в химическую связь, число ориентированных молекул воды постоянно меняется, диполи воды быстро выходят из контакта с ионом, замещаются другими и имеют малое время жизни в гидратной оболочке. Энергия Гиббса слабой гидратации невелика (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Сравнение характеристик слабо- и сильногидратированных ионов

Характеристика

Слабо-

гидратированные

ионы

Сильно-

гидратированные

ионы

Na+

К*

др

СР

Радиус иона в кристаллах, пм (1 пм - 10 12 м)

116

152

67,5

75,5

Среднее время жизни молекулы воды в гидратной оболочке, с

1,2 10 9

8,0-10 10

0,5

Часы

Дегидратации» кДж/МОЛЬ

-406

-331

-4570

-4380

Сильная гидратация характерна для многозарядных катионов с малым радиусом и проявляется в образовании двух гидратных оболочек (рис. 7.1). В первичной оболочке, которая на рисунке заключена внутри пунктирной линии, ориентация диполей воды перерастает в химическую связь. Время жизни молекул воды в ней может достигать нескольких часов. Во вторичной гидратной оболочке молекулы воды так

Строение гидратированного катиона при сильной гидратации же, как при слабой гидратации, только ориентированы относительно первичной гидратной оболочки, которую можно рассматривать как крупный катион

Рис. 7.1. Строение гидратированного катиона при сильной гидратации же, как при слабой гидратации, только ориентированы относительно первичной гидратной оболочки, которую можно рассматривать как крупный катион (аквакатион). Время жизни молекул во вторичной гидратной оболочке составляет доли секунды.

В целом сильная гидратация сопровождается большими изменениями энергии Гиббса (см. табл. 7.1).

Если гидратная вода сильно удерживается ионами, то из пересыщенных водных растворов выпадают не простые соли, содержащие только катион и анион, а так называемые кристаллогидраты. В них на каждый ион соли приходится строго определенное число молекул воды. В кристаллогидратах часто сохраняется первичная гидратная оболочка. Примерами могут служить А1С1з'6Н20, СгС1з-6Н20 и MgCI2-6H2(), в кристаллических решетках которых каждый катион окружен шестью молекулами воды.

Если сушкой при высоких температурах часть кристаллизационной воды удалить, соль будет поглощать влагу из воздуха. Такое свойство, гигроскопичность, проявляет СаС12. Эта соль, поглощая из воздуха воду, образует раствор.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >