Что диссоциирует в водном растворе. Электролитическая диссоциация

Фундаментальной опорой химии, наравне с периодической системой Д. И. Менделеева, строением органических соединений А. М. Бутлерова, другими значимыми открытиями, является и теория электролитической диссоциации. В 1887 году она была разработана Сванте Аррениусом для объяснения специфического поведения электролитов в воде, других полярных жидкостях и расплавах. Он нашёл компромисс между двумя категорически разными, существующими на то время теориями о растворах - физической и химической. Первая утверждала, что растворённое вещество и растворитель никак друг с другом не взаимодействуют, образуя простую механическую смесь. Вторая, что между ними происходит химическая связь. Оказалось, что на самом деле растворам присущи и те, и другие свойства.

В последующих этапах развития науки многие учёные продолжали исследования и разработки в этой области, опираясь на имеющиеся сведения о строении атомов и природе химических связей между ними. В частности И. А. Каблуков занимался вопросом сольватационных процессов, В. А. Кистяковский определил зависимость поднятия столба жидкости в капилляре в условиях температуры кипения от молекулярного веса.

Современная трактовка теории

До появления данного открытия многие свойства и обстоятельства процессов расщепления были не изучены, как и сами растворы. Электролитическая диссоциация - это процесс распада вещества на составляющие его ионы в воде или других полярных жидкостях, взаимодействия частиц соединения с молекулами растворителя, появления подвижности катионов и анионов в узлах кристаллической решетки из-за расплавления. В результате этого образованные субстанции получают новое свойство - электрическую проводимость.

Ионы, находясь в свободном состоянии раствора или расплава, взаимодействуют между собой. Одноимённо заряженные отталкиваются, разноименные - притягиваются. Заряженные частицы сольватированы молекулами растворителя - каждая плотно окружена строго ориентированными диполями соответственно силам притяжения Кулона, в частном случае гидратированы, если среда водная. Катионы всегда имеют большие радиусы, чем анионы из-за специфики расположения вокруг них частиц с локализованными по краям зарядами.

Состав, классификация и названия заряженных частиц в свете электролитической диссоциации

Ионом называют атом или группу атомов, которые являются носителями положительного или отрицательного заряда. Им присуще условное подразделение на простые (К (+) , Са (2+) , Н (+) - состоящие из одного химического элемента), сложные и комплексные (ОН (-) , SO 4 (2-) , НСО 3 (-) - из нескольких). Если катион или анион связан с молекулой растворителя, он называется сольватированным, с диполем молекулы Н 2 О - гидратированным.

Когда происходит электролитическая диссоциация воды, образуется две заряженные частицы Н (+) и ОН (-) . Протон водорода принимает на вакантную орбиталь неподелённую электронную пару кислорода из другой молекулы воды, в результате чего образуется ион гидроксония Н 3 О (+) .

Основные положения открытия Аррениуса

Все представители классов неорганических соединений, кроме оксидов, в растворах ориентированных диполей жидкостей распадаются, говоря химическим языком - диссоциируют на составляющие их ионы в большей или меньшей степени. Наличия электрического тока этот процесс не требует, уравнение электролитической диссоциации является его схематической записью.

Попадая в раствор или расплав, ионы могут подвергаться действию электрического тока и направленно двигаться к катоду (отрицательному электроду) и аноду (положительному). Последние притягивают противоположно заряженные атомные агрегаты. Отсюда частицы и получили свои названия - катионы и анионы.

Параллельно и одновременно с распадом вещества идёт обратный процесс - ассоциация ионов в исходные молекулы, поэтому стопроцентного растворения вещества не происходит. Такое уравнение реакции электролитической диссоциации содержит знак равенства между правой и левой его частями. Электролитическая диссоциация, как любая другая реакция, подчиняется законам, регулирующим химическое равновесие, не является исключением и закон действующих масс. Он гласит, что скорость процесса распада на ионы пропорциональна концентрации электролита.

Классификация веществ при диссоциации

Химическая терминология подразделяет вещества на нерастворимые, малорастворимые и растворимые. Два последних - это слабые и сильные электролиты. Сведения о растворимости тех или иных соединений сведены в таблицу растворимости. Диссоциация сильных электролитов - это необратимый процесс, они нацело распадаются на ионы. Слабые - лишь частично, им присуще явление ассоциации, а следовательно, равновесность происходящих процессов.

Важно отметить, что прямой зависимости между растворимостью и силой электролита нет. У сильных она может быть слабо выражена. Так же как и слабые электролиты могут быть хорошо растворимы в воде.

Примеры соединений, растворы которых проводят электрический ток

К классу «сильные электролиты» относят все хорошо диссоциирующие кислоты, такие как азотная, соляная, бромная, серная, хлорная и другие. В одинаковой степени и щёлочи - гидроокислы щелочных и отдельные представители группы «щелочноземельные металлы». Интенсивна электролитическая диссоциация солей, кроме определённых цианатов и тиоцианатов, а также хлорида ртути (II).

Класс «слабые электролиты» представляют остальные минеральные и почти все органические кислоты: угольная, сульфидная, борная, азотистая, сернистая, кремниевая, уксусная и другие. А также малорастворимые и углеводородные основания и амфотерные гидроксиды (гидроокиси магния, бериллия, железа, цинка в степени окисления (2+)). В свою очередь, молекулы воды являются очень слабыми электролитами, но всё же распадаются на ионы.

Количественное описание диссоциирующих процессов

Степень электролитической диссоциации фактически характеризует масштабы процесса расщепления. Её можно вычислить - число расщепившихся на ионы частиц необходимо разделить на общую численность молекул растворённого вещества в системе. Обозначают эту величину буквой «альфа».

Логично, что для сильных электролитов «α» равна единице, или ста процентам, так как число распавшихся частиц равно общему их количеству. Для слабых - всегда меньше единицы. Полного распада исходных молекул на ионы в водной среде не происходит, и идёт обратный процесс.

Главные факторы, влияющие на полноту распада

На степень электролитической диссоциации влияет ряд неоспоримых факторов. В первую очередь важна природа растворителя и вещества, распадающегося в нём. Например, все сильные электролиты имеют ковалентный сильно полярный или ионный тип связи между составными частицами. Жидкости представлены диполями, в частности вода, в молекулах имеется разделение зарядов, и в результате их специфической ориентации происходит электролитическая диссоциация растворённого вещества.

На значение «альфа» обратно пропорционально влияет концентрация. При её увеличении значение степени диссоциации уменьшается, и наоборот. Сам процесс всецело эндотермический, то есть для его инициации необходимо определённое количество теплоты. Влияние температурного фактора обосновано так: чем он выше, тем больше степень диссоциации.

Второстепенные факторы

Многоосновные кислоты, такие как фосфорная, и основания в составе с несколькими гидроксильными группами, например, Fe(ОН) 3 , распадаются на ионы ступенчато. Определена зависимость - каждая последующая стадия диссоциации характеризуется степенью, которая в тысячи или десятки тысяч раз меньше предыдущей.

Изменить степень распада может и добавление в систему других электролитов, изменяющих концентрацию одного из ионов основного растворённого вещества. Это влечёт за собой смещение равновесия в сторону, которое определяется правилом Ле Шателье-Брауна - реакция протекает в том направлении, в котором наблюдается нейтрализация влияния, оказанного на систему извне.

Классическая константа равновесного процесса

Для характеристики процесса распада слабого электролита, помимо его степени, применяется константа электролитической диссоциации (К д), которая выражается отношением концентраций катионов и анионов к количественному содержанию в системе исходных молекул. По сути, она является обычной постоянной химического равновесия для обратимой реакции расщепления растворённого вещества на ионы.

Например, для процесса распада соединения на составляющие его частицы константа диссоциации (К д) будет определяться частным постоянных концентраций катионов и анионов в составе раствора, возведённых в степени, соответствующие цифрам, стоящим перед ними в химическом уравнении, и общего числа оставшихся не продиссоциировавших формульных единиц растворённого вещества. Прослеживается зависимость - чем выше (К д), тем больше число катионов и анионов в системе.

Связь концентрации слабого распадающегося соединения, степени диссоциации и константы определяется с помощью закона разведения Оствальда уравнением: К д = α 2 с.

Вода как слабо диссоциирующее вещество

Дипольные молекулы в крайне небольшой степени распадаются на заряженные частицы, так как это энергетически невыгодно. Всё же идёт расщепление на катионы водорода и гидроксильные анионы. С учётом гидратационных процессов можно говорить об образовании из двух молекул воды иона гидроксония и ОН (-) .

Постоянная диссоциация определяется отношением произведения протонов водорода и гидроксидных групп, называемого ионным произведением воды, к равновесной концентрации не распавшихся молекул в растворе.

Электролитическая диссоциация воды обуславливает наличие в системе Н (+) , которые характеризуют её кислотность, а присутствие ОН (-) - основность. Если концентрации протона и гидроксильной группы равны, такая среда называется нейтральной. Существует так называемый водородный показатель - это отрицательный логарифм от общего количественного содержания Н (+) в растворе. рН меньше 7 говорит о том, что среда кислая, больше - о её щелочности. Это очень важная величина, по её экспериментальному значению анализируют биологические, биохимические и химические реакции различных водных систем - озёр, прудов, рек и морей. Неоспорима также актуальность водородного показателя для промышленных процессов.

Запись реакций и обозначения

Уравнение электролитической диссоциации с помощью химических знаков описывает процессы распада молекул на соответствующие частицы и называется ионным. Оно в разы проще стандартного молекулярного и имеет более общий вид.

При составлении такого уравнения нужно учитывать, что вещества, осаждающиеся или удаляющиеся из реагирующей смеси в составе паров газа в ходе реакции, всегда необходимо записывать только в молекулярной форме, в отличие от соединений электролитов, сильные представители которых только в расщепившемся на ионы виде входят в состав растворов. Электролитическая диссоциация для них - необратимый процесс, так как ассоциация невозможна в силу образования не расщепляющихся веществ или газов. Для такого типа уравнения действуют те же правила, что и для прочих химических реакций - суммы коэффициентов левых и правых частей обязательно должны быть равны друг другу для соблюдения материального баланса.

Электролитическая диссоциация кислот и оснований может идти в несколько стадий, если вещества многоосновные или многокислотные. Для каждой подреакции записывается своё уравнение.

Роль в химической науке и её развитии

Величайшее значение создание теории Сванте Аррениуса имело для общего процесса становления физической и, в частности, электрохимической науки. На основе открытия такого явления, как электролитическая диссоциация, интенсивное развитие получили электродные процессы, специфика прохождения токов через различные среды, теория наведения катодно-анодных потенциалов. Кроме этого, значительно продвинулась вперёд теория растворов. Небывалые открытия ждали и химическую кинетику, область коррозии металлов и сплавов, а также работы по поиску новых средств защиты от неё.

В современном мире ещё так много нового и неизвестного. С каждым днём учёные продвигаются всё дальше в познании такой великой дисциплины, как химия. Электролитическая диссоциация, а также её создатели и последователи навсегда заняли почётное место в контексте развития мировой науки.

1. ЭЛЕКТРОЛИТЫ

1.1. Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации. Сила электролитов

Согласно теории электролитической диссоциации, соли, кислоты, гидроксиды, растворяясь в воде, полностью или частично распадаются на самостоятельные частицы – ионы.

Процесс распада молекул веществ на ионы под действием полярных молекул растворителя называют электролитической диссоциацией . Вещества, диссоциирующие на ионы в растворах, называют электролитами. В результате раствор приобретает способность проводить электрический ток, т.к. в нем появляются подвижные носители электрического заряда. Согласно этой теории, при растворении в воде электролиты распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы называют катионами ; к ним относятся, например, ионы водорода и металлов. Отрицательно заряженные ионы называются анионами ; к ним принадлежат ионы кислотных остатков и гидроксид-ионы.

Для количественной характеристики процесса диссоциации введено понятие степени диссоциации. Степенью диссоциации электролита (α) называется отношение числа его молекул, распавшихся в данном растворе на ионы (n ), к общему числу его молекул в растворе (N ), или

α = .

Степень электролитической диссоциации принято выражать либо в долях единицы, либо в процентах.

Электролиты со степенью диссоциации больше 0,3 (30%) обычно называют сильными, со степенью диссоциации от 0,03 (3%) до 0,3 (30%)-средними, менее 0,03 (3%)-слабыми электролитами. Так, для 0,1 M раствора CH 3 COOH α = 0,013 (или 1,3 %). Следовательно, уксусная кислота является слабым электролитом. Степень диссоциации показывает, какая часть растворенных молекул вещества распалась на ионы. Степень электролитической диссоциации электролита в водных растворах зависит от природы электролита, его концентрации и температуры.

По своей природе электролиты можно условно разделить на две большие группы: сильные и слабые . Сильные электролиты диссоциируют практически полностью (α = 1).

К сильным электролитам относятся:

1) кислоты (H 2 SO 4 , HCl , HNO 3 , HBr , HI , HClO 4 , H М nO 4 );

2) основания – гидроксиды металлов первой группы главной подгруппы (щелочи) – LiOH , NaOH , KOH , RbOH , CsOH , а также гидроксиды щелочноземельных металлов – Ba (OH ) 2 , Ca (OH ) 2 , Sr (OH ) 2 ;.

3) соли, растворимые в воде (см. таблицу растворимости).

Слабые электролиты диссоциируют на ионы в очень малой степени, в растворах они находятся, в основном в недиссоциированном состоянии (в молекулярной форме). Для слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами.

К слабым электролитам относятся:

1) неорганические кислоты (H 2 CO 3 , H 2 S , HNO 2 , H 2 SO 3 , HCN , H 3 PO 4 , H 2 SiO 3 , HCNS , HСlO и др.);

2) вода (H 2 O );

3) гидроксид аммония (NH 4 OH );

4) большинство органических кислот

(например, уксусная CH 3 COOH, муравьиная HCOOH);

5) нерастворимые и малорастворимые соли и гидроксиды некоторых металлов (см. таблицу растворимости).

Процесс электролитической диссоциации изображают, пользуясь химическими уравнениями. Например, диссоциация соляной кислоты (НС l ) записывается следующим образом:

HCl → H + + Cl – .

Основания диссоциируют с образованием катионов металла и гидроксид-ионов. Например, диссоциация КОН

КОН → К + + ОН – .

Многоосновные кислоты, а также основания многовалентных металлов диссоциируют ступенчато. Например,

H 2 CO 3 H + + HCO 3 – ,

HCO 3 – H + + CO 3 2– .

Первое равновесие – диссоциация по первой ступени – характеризуется константой

.

Для диссоциации по второй ступени:

.

В случае угольной кислоты константы диссоциации имеют следующие значения: K I = 4,3 × 10 –7 , K II = 5,6 × 10 –11 . Для ступенчатой диссоциации всегда K I >K II >K III > ... , т.к. энергия, которую необходимо затратить для отрыва иона, минимальна при отрыве его от нейтральной молекулы.

Средние (нормальные) соли, растворимые в воде, диссоциируют с образованием положительно заряженных ионов металла и отрицательно заряженных ионов кислотного остатка

Ca(NO 3) 2 → Ca 2+ + 2NO 3 –

Al 2 (SO 4) 3 → 2Al 3+ +3SO 4 2– .

Кислые соли (гидросоли) – электролиты, содержащие в анионе водород, способный отщепляться в виде иона водорода Н + . Кислые соли рассматривают как продукт, получающийся из многоосновных кислот, в которых не все атомы водорода замещены на металл. Диссоциация кислых солей происходит по ступеням, например:

KHCO 3 → K + + HCO 3 – (первая ступень)

Существуют две основные причины прохождения электрического тока через проводники: либо за счет переноса элек-тронов , либо за счет переноса ионов. Электронная проводимость присуща, прежде всего, металлам. Ионная проводимость присуща многим химическим соединениям, обладающим ионным строением, например, солям в твердом или расплавленном состояниях, а также многим водным и неводным растворам.

Все вещества по их поведе-нию в растворах принято делить на две категории:

а) вещества, рас-творы которых обладают ионной проводимостью (электролиты);

б) вещества, растворы которых не обладают ионной проводимостью (неэлектролиты).

К электролитам относится большинство неорга-нических кислот, оснований и солей. К неэлектролитам относятся многие органические соединения, например, спирты и углеводы.

Оказалось, что растворы электролитов обладают более низкими значениями температуры плавления и более высокими температу-рами кипения по сравнению с соответствующими значениями для чистого растворителя или для раствора неэлектролита в этом же растворителе. Для объяснения этих фактов Аррениус предложил теорию электролитической дис-социации.

Под электролитической диссоциацией понимается распад моле-кул электролита в растворе с образованием положительно и отрица-тельно заряженных ионов - катионов и анионов. Например, моле-кула уксусной кислоты так диссоциирует в водном растворе:

СН 3 СООН СН 3 СОО - + Н +

Процесс диссоциации во всех случаях является обратимым, по-этому при написании уравнений реакции диссоциации применяется знак обратимости . Различные электролиты диссоциируют на ио-ны в различной степени. Полнота распада зависит от природы элек-тролита, его концентрации, природы растворителя, температуры.

Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации. Кон-станта диссоциации. Степенью диссоциации α называют - отношение числа молекул, распавшихся на ионы (n) к общему числу растворенных молекул (n 0).

α = (n/n 0) ?100

Степень диссоциации может изменяться от 0 до 1, от отсутствия диссоциации до полной диссоциации. В зависимости от величины степени диссоциации различают слабые и сильные электролиты. К слабым электролитам относят ве-щества, у которых степень диссоциации в 0,1 М растворах меньше 3%; если степень диссоциации в 0,1 М растворе превышает 30%, то такой электролит называют сильным. Электролиты, степень диссо-циации которых лежит в пределах от 3% до 30%, называются элек-тролитами средней силы.

К сильным электролитам относятся большинство солей, некоторые кислоты - НСl, НВr, НI, НNО 3 , НСlO 4 , Н 2 SO 4 и ос-нования щелочных и щелочноземельных металлов - щелочи LiОН, NаОН, КОН, RbОН, СsОН, Са(ОН) 2 , Sr(ОН) 2 , Ва(ОН) 2 .

Уравнение реакции диссоциации электролита АК на катионы К + и анионы А - можно в общем виде представить сле-дующим образом:

КА К + + А -

и степень диссоциации α в данном случае можно выразить отноше-нием молярной концентрации образовавшихся ионов [К + ] или [А - ] к первоначальной молярной концентрации электролита [АК] о, т.е.

С увеличением концентрации раствора степень диссо-циации электролита уменьшается.

Многоосновные кислоты и основания диссоциируют ступенчато - вначале от молекулы отщепляется один из ионов, затем другой и т.д. Каждая ступень диссоциации характеризуется своим значением константы диссоциации.

I ступень: Н 2 SO 4 → Н + + НSO 4 -

II ступень: НSO 4 - Н + + SO 4 2-

Общее уравнение: Н 2 SO 4 2Н + + SO 4 2-

Процесс электролитической диссоциации характеризуют константой диссоциации (К) . Так, для реакции КА К + + А - константа диссоциации:

К = [К + ]? [ А - ]/[КА]

Между константой и степенью электролитической диссоциации существует количественная связь. В приведенном примере общую концентрацию растворенного вещества обозначим с , а степень диссоциации α . Тогда [К + ] = [А - ] = α?с и соответственно концентрация недиссоциированных частиц [КА] = (1 - α )с .

Подставив значения в выражение для константы диссоциации, получим соотношение

Поскольку молярная концентрация равна C = 1/V, то

Данные уравнения является математическим выражением закона разведения Оствальда : константа диссоциации электролита не зависит от разведения раствора .

Ионное произведение воды. рН раствора. Значение константы диссоциации воды К Н2О = 1·10 -14 . Данную константу для воды называ-ют ионным произведением воды, которое зависит только от темпера-туры.

Согласно реакции Н 2 О Н + + ОН - , при диссоциации воды на каждый ион Н + образуется один ион ОН - , следовательно, в чистой воде концен-трации этих ионов одинаковы: [Н + ] = [ОН - ] = 10 -7 .

рН = -lg[Н + ]

Водные растворы имеют значение рН в интервале от 1 до 14. По соотношению концентраций этих ионов различают три типа сред: нейтральную, кислую и щелочную.

Нейтральная среда - среда, в которой концентрации ионов [Н + ] = [ОН - ] = 10 -7 моль/л (рН = 7).

Кислая среда - среда, в которой концентрация ионов [Н + ] больше концентрации ионов [ОН - ], т.е. [Н + ] > 10 -7 моль/л (рН < 7).

Щелочная среда - среда, в которой концентрация ионов [Н + ] меньше концентрации ионов [ОН - ], т.е. [Н + ] < 10 -7 моль/л (рН > 7).

Качественно реакцию среды и рН водных растворов электролитов определяют при помощи индикаторов и рН-метра.

Например, если концентрация ионов = 10 -4 моль/л, то рН = - lg10 -4 = 4 и среда раствора кислая, а если концентрация ионов [ОН - ] = 10 -4 моль/л, то [Н + ] = К (Н 2 O) - [ОН - ] = 10 -14 - 10 -4 = 10 -10 , а рН = - lg10 -10 = 10 и среда раствора щелочная.

Произведение растворимости. Растворение твердого вещест-ва в воде прекращается тогда, когда образуется насыщенный рас-твор, т.е. устанавливается равновесие между твердым веществом и частицами того же вещества, находящимися в растворе. Так, на-пример, в насыщенном растворе хлорида серебра устанавливается равновесие:

AgCl тв Ag + водн + Сl - водн

В насыщенном растворе электролита произве-дение концентраций его ионов есть величина постоянная при дан-ной температуре и эта величина количественно характеризует спо-собность электролита растворяться, называется она произведением растворимости (ПР).

ПР(АgCl) = [Аg + ]

Произведение растворимости - это постоянная величина, равная произведению концентраций ионов малорастворимого электролита в его насыщенном растворе . В общем случае для малорастворимого электролита состава A m B n можно записать: A m B n ↔ mA + nB

ПР AmBn = [A] m ? [B] n

Зная величины произведений растворимости, можно решать во-просы, связанные с образованием или растворением осадков при химических реакциях, что особенно важно для аналитической хи-мии.

Растворение любого вещества в воде сопровождается образованием гидратов. Если при этом в растворе не происходит формульных изменений у частиц растворенного вещества, то такие вещества относят к неэлектролитам . Ими являются, например, газ азот N 2 , жидкость хлороформ CHCl 3 , твердое вещество сахароза C 12 H 22 O 11 , которые в водном растворе существуют в виде гидратов этих молекул.
известно много веществ (в общем виде МА), которые после растворения в воде и образования гидратов молекул МА nH 2 O претерпевают существенные формульные изменения. В результате в растворе появляются гидратированные ионы – катионы М + * nH 2 O и анионы А * nH 2 O:
МА * nH 2 O → М + * nH 2 O + А — * nH 2 O
Такие вещества относятся к электролитам.
Процесс появления гидратированных ионов в водном растворе называется электролитической диссоциацией (С. Аррениус 1887).
Электролитическая диссоциация ионных кристаллических веществ (М +)(А —) в воде является необратимой реакцией:
(М +)(А —) (т) →(М +)(А —) (р) =(М +) (р) + (А —) (р)
Такие вещества относятся к сильным электролитам , ими являются многие основания и соли, например:

NaOH = Na + + OH — K 2 SO 4 = 2K + + SO 4 —
Ba(OH) 2 = Ba 2+ + 2OH — Na 2 = 2Na + + S 2-
Электролитическая диссоциация вещества МА, состоящих из полярных ковалентных молекул, является обратимой реакцией:
(М-А) (г,ж,т) → (М-А) (р) ↔ М + (р) А — (р)
такие вещества относят к слабым электролитам, ими являются многие кислоты и некоторые основания, например:
а) HNO 2 ↔ H + + NO 2-
б) CH 3 COOH ↔ H + + CH 3 COO —
в) H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 — (первая ступень)
HCO 3 — ↔ H + + CO 3 2- (вторая ступень)
г) NH 3 * H 2 O ↔ NH 4 + OH —
В разбавленных водных растворах слабых электролитов мы всегда обнаружим как исходные молекулы, так и продукты их диссоциации – гидратированные ионы.
Качественная характеристика диссоциации электролитов называется степенью диссоциации и обозначается ɑ 1 , всегда ɑ › 0.
Для сильных электролитов ɑ = 1 по определению (диссоциация таких электролитов полная).
Для слабых электролитов степень диссоциации – отношение малярной концентрации продиссоциировавшего вещества (с д) к общей концентрации вещества в растворе (с):

Степень диссоциации – это доля единицы от 100%. Для слабых электролитов ɑ ˂ С 1 (100%). Для слабых кислот H n A степень диссоциации по каждой следующей ступени резко уменьшается по сравнению с предыдущей:
H 3 PO 4 ↔ H + + H 2 PO 4 — = 23,5%
H 2 PO 4 — ↔ H + + HPO 4 2- = 3*10 -4 %
HPO 4 2- ↔ H + + PO 4 3- = 2*10 -9 %
Степень диссоциации зависит от природы и концентрации электролита, а также от температуры раствора; она растет при уменьшении концентрации вещества в растворе (т.е. при разбавлении раствора) при нагревании .
В разбавленных растворах сильных кислот H n A их гидротионы H n -1 A не существуют, например:
H 2 SO 4 = H + + (1 → 1)
= H + + SO 4 -2 (1 → 1)
В итоге: H 2 SO 4(разб.) = 2H + + SO 4 -2
в концентрированных растворах содержание гидроанионов (и даже исходных молекул) становятся заметными:
H 2 SO 4 — (конц.) ↔ H + + HSO 4 — (1 ˂ 1)
HSO 4 — ↔ H + + SO 4 2- (2 ˂ 1 ˂ 1)
(суммировать уравнения стадий обратимой диссоциации нельзя!). При нагревании значения 1 и 2 возрастают, что способствует протеканию реакций с участием концентрированных кислот.
Кислоты — это электролиты, которые при диссоциации поставляют в водный раствор катионы водорода и никаких других положительных анионов не образуют:
* буквой обозначают степень протекания любых обратимых реакций, в том числе и степень гидролиза.
H 2 SO 4 = 2H + = SO 4 2- , HF ↔ H + + F —
Распространенные сильные кислоты :
Кислородсодержащие кислоты

Бескислородные кислоты
HCl, HBr, HI, HNCS
В разбавленном водном растворе (условно до 10%-ного или 0,1-молярного) эти кислоты диссоциируют полностью. Для сильных кислот H n A в список вошли их гидротионы (анионы кислых солей), также диссоциирующие полностью в этих условиях.
Распространенные слабые кислоты :
Кислородсодержащие кислоты

Бескислородные кислоты
Основание – это электролиты, которые при диссоциации поставляют в водный раствор гидроксид-ионы и никаких других отрицательных ионов не образуют:
KOH = K + + OH — , Ca(OH) 2 = Ca 2+ + 2OH —
Диссоциация малорастворимых оснований Mg(OH) 2 , Cu(OH) 2 , Mn(OH) 2 , Fe(OH) 2 и других практического значения не имеет.
К сильным основаниям (щелочам ) относятся NaOH, KOH, Ba(OH) 2 некоторые другие. Самым известным слабым основанием является гидрат аммиака NH 3 H 2 O.
Средние соли – это электролиты, которые при диссоциации поставляют в водный раствор любые катионы, кроме H + , и любые анионы, кроме OH :
Cu(NO 3) 2 = Cu 2+ + 2NO 3 —
Al 2 (SO 4) 3 =2Al 3+ + 3SO 4 2-
Na(CH 3 COO) = Na + + CH 3 COO —
BaCl 2 = Ba 2+ + 2Cl
K 2 S = 2K + + S 2-
Mg(CN) 2 = Mg 2+ + 2CN —
речь идет не только о хорошо растворимых солях. Диссоциация малорастворимых и практически нерастворимых солей значения не имеет.
Аналогично диссоциируют двойные соли:
KAl(SO 4) 2 = K + + Al 3+ + 2SO 4 2-
Fe(NH 4) 2 (SO 4) 2 = Fe 2+ + 2NH 4 + 2SO 4 2-
Кислые соли (большинство из них растворимы в воде) диссоциируют полностью по типу средних солей:
KHSO 4 = K + + HSO 4 —
KHCr 2 O 7 = K + + HCr 2 O 7 —
KH 2 PO 4 = K + + H 2 PO 4 —
NaHCO 3 = Na + + HCO 3 —
Образующиеся гидроанионы подвергаются, в свою очередь, воздействию воды:
а) если гидроанион принадлежит сильной кислоте, то он и сам диссоциирует также полностью:
HSO 4 — = H + + HSO 4 2- , HCr 2 O 7 — = H + + Cr 2 O 7 2-
и полное уравнение реакции диссоциации запишется в виде:
KHSO 4 = K + + H + + SO 4 2-
KHCr 2 O 7 = K + + H + Cr 2 O 7 2-
(растворы этих солей обязательно будут кислыми, как и растворы соответствующих кислот);
б) если гидротион принадлежит слабой кислоте, то его поведение в воде двойственно – либо неполная диссоциация по типу слабой кислоты:
H 2 PO 4 — ↔ H + + HPO 4 2- (1)
HCO 3 — ↔ H + CO 3 2- (1)

Либо взаимодействие с водой (называемым обратимым гидролизом):
H 2 PO 4 — + H 2 O ↔ H 3 PO 4 + OH — (2)
HCO 3 — + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH — (2)
При 1 2 преобладает диссоциация (и раствор будет кислым), а при 1 2 – гидролиз (и раствор соли будет щелочным). Так, кислыми будут растворы солей с анионами HSO 3 — , H 2 PO 4 — , H 2 AsO 4 — и HSeO 3 , растворы солей с другими анионами (их большинство) будут щелочными. Другими словами, название «кислые» для солей с большинством гидроанионов не предполагает, что эти анионы будут вести себя в растворе как кислоты (гидролиз гидроанионов и расчет отношения между 1 и 2 изучаются только в высшей школе)

Основные соли MgCl(OH), CuCO 3 (OH) 2 и другие в своембольшинстве практически нерастворимы в воде, и обсуждать их поведение в водном растворе невозможно.

Вещества, растворы (или расплавы) которых проводят электрический ток, называются э л е к т р о л и т а м и. Нередко электролитами называют и сами растворы этих веществ. Эти растворы (расплавы) электролитов являются проводниками второго рода, так как передача электричества осуществляется в них движением и о н о в - заряженных частиц. Частица, заряженная положительно называется катионом (Са +2), частица несущая отрицательный заряд - анионом (ОН ־). Ионы могут быть простые (Са +2 , Н +) и сложные (РО 4 ־ 3 , НСО 3 ־ 2).

Основоположником теории электролитической диссоциации является шведский ученый С. Аррениус. Согласно теории электролитической диссоциацией называется распад молекул на ионы при их растворении в воде, причем это происходит без воздействия электрического тока. Однако эта теория не отвечала на вопросы: какие причины обусловливают появление в растворах ионов и почему положительные ионы, сталкиваясь с отрицательными, не образуют нейтральных частиц.

Свой вклад в развитие этой теории внесли русские ученые: Д.И. Менделеев, И. А. Каблуков – сторонники химической теории растворов, обращавшие внимание на влияние растворителя в процессе диссоциации. Каблуков утверждал, что растворенное вещество взаимодействует с растворителем (процесс с о л ь в а т а ц и и ) образуя продукты переменного состава (с о л ь в а т ы ).

Сольват представляет собой ион, окруженный молекулами растворителя (сольватная оболочка), которых может быть разное количество (именно за счет этого достигается переменный состав). Если растворителем является вода, то процесс взаимодействия молекул растворенного вещества и растворителя называется г и д р а т а ц и е й, а продукт взаимодействия - г и д р а т о м.

Таким образом, причиной электролитической диссоциации является сольватация (гидратация). И именно сольватация (гидратация) ионов препятствует обратному соединению в нейтральные молекулы.

Количественно процесс диссоциации характеризуется величиной степени электролитической диссоциации ( α ), которая представляет собой отношение количества распавшегося на ионы вещества к общему количеству растворенного вещества. Отсюда следует, что для сильных электролитов α = 1 или 100 % (в растворе присутствуют ионы растворенного вещества), для слабых электролитов 0 < α < 1 (в растворе присутствуют наряду с ионами растворенного вещества и его недиссоциированные молекулы), для неэлектролитов α = 0 (ионы в растворе отсутствуют). Помимо природы растворенного вещества и растворителя величина α зависит от концентрации раствора и температуры.

Если растворителем является вода, к сильным электролитам относятся:

1) все соли;

2) следующие кислоты: HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HNO 3 , HClO 4 ;

3) следующие основания: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 .

Процесс электролитической диссоциации является обратимым, следовательно, его можно охарактеризовать величиной константы равновесия, которая, в случае слабого электролита, называется константой диссоциации (К Д ) .

Чем больше эта величина, тем легче электролит распадается на ионы, тем больше его ионов в растворе. Например: HF ═ H + + F־

Эта величина постоянная при данной температуре и зависит от природы электролита, растворителя.

Многоосновные кислоты и многокислотные основания диссоциируют ступенчато. Например, молекулы серной кислоты в первую очередь отщепляют один катион водорода:

H 2 SO 4 ═ Н + + HSO 4 ־ .

Отщепление второго иона по уравнению

HSO 4 ־ ═ Н + + SO 4 ־ 2

идет уже значительно труднее, так как ему приходится преодолевать притяжение со стороны двухзарядного иона SO 4 ־ 2 , который, конечно, притягивает к себе ион водорода сильнее, чем однозарядный ион HSO 4 ־ . Поэтому вторая ступень диссоциации происходит в гораздо меньшей степени, чем первая.

Основания, содержащие более одной гидроксильной группы в молекуле, тоже диссоциируют ступенчато. Например:

Ba(OH) 2 ═ BaOH + + OH - ;

BaOH + = Ba 2+ + OH - .

Средние (нормальные) соли всегда диссоциируют на ионы металлов и кислотных остатков:

CaCl 2 = Ca 2+ + 2Cl - ;

Na 2 SO 4 = 2Na + + SO 4 2- .

Кислые соли, подобно многоосновным кислотам, диссоциируют ступенчато. Например:

NaHCO 3 = Na + + HCO 3 - ;

HCO 3 - = H + + CO 3 2- .

Однако степень диссоциации по второй ступени очень мала, так что раствор кислой соли содержит лишь незначительное число ионов водорода.

Основные соли диссоциируют на ионы основных и кислотных остатков. Например:

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

Вторичной диссоциации ионов основных остатков на ионы металла и гидроксила почти не происходит.