Меню

Что не проводит электрический ток раствор хлороводорода

§ 36. Электролитическая диссоциация

Как вы знаете из уроков физики, растворы одних веществ способны проводить электрический ток, а других — нет. Чтобы опытным путём проверить эту способность у растворов различных веществ, воспользуемся следующим прибором (рис. 129).

Он состоит из стакана, в который наливают раствор исследуемого вещества. На стакан ставят пластинку из эбонита с вмонтированными в неё двумя угольными электродами, к клеммам которых присоединены провода. Один из них соединён с лампочкой.


Выходной контакт от лампочки и провод от другой клеммы идут к источнику тока. Если раствор, налитый в стакан, проводит электрический ток, то лампочка загорается, и чем лучше эта способность, тем ярче горит лампочка. Проводят электрический ток растворы солей, щелочей, кислот.

Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называют электролитами.

Растворы сахара, спирта, глюкозы и некоторых других веществ не проводят электрический ток.

Вещества, растворы которых не проводят электрический ток, называют неэлектролитами.

Почему же растворы электролитов проводят электрический ток?

Шведский учёный Сванте Аррениус, изучая электропроводность растворов различных веществ, пришёл в 1877 г. к выводу, что причиной электропроводности является наличие в растворе ионов, которые образуются при растворении электролита в воде.

Процесс распада электролита на ионы называют электролитической диссоциацией.

С. Аррениус, который придерживался физической теории растворов, не учитывал взаимодействия электролита с водой и считал, что в растворах находятся свободные ионы. В отличие от него русские химики И. А. Каблуков и В. А. Кистяковский применили к объяснению электролитической диссоциации химическую теорию Д. И. Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит химическое взаимодействие растворённого вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы. Они считали, что в растворах находятся не свободные, не «голые» ионы, а гидратированные, т. е. «одетые в шубку» из молекул воды.

Молекулы воды представляют собой диполи (два полюса), так как атомы водорода расположены под углом 104,5°, благодаря чему молекула имеет угловую форму. Молекула воды схематически представлена ниже.

Как правило, легче всего диссоциируют вещества с ионной связью и соответственно с ионной кристаллической решёткой, так как они уже состоят из готовых ионов. При их растворении диполи воды ориентируются противоположно заряженными концами вокруг положительных и отрицательных ионов электролита (рис. 130).

Рис. 130.
Схема электролитической диссоциации хлорида натрия на гидратированные ионы

Между ионами электролита и диполями воды возникают силы взаимного притяжения. В результате химическая связь между ионами ослабевает, и происходит переход ионов из кристалла в раствор. Очевидно, что последовательность процессов, происходящих при диссоциации веществ с ионной связью (солей и щелочей), будет такой:

  1. ориентация молекул — диполей воды около ионов кристалла;
  2. гидратация (взаимодействие) молекул воды с противоположно заряженными ионами поверхностного слоя кристалла;
  3. диссоциация (распад) кристалла электролита на гидратированные ионы.

Упрощённо происходящие процессы можно отразить с помощью следующего уравнения:

Аналогично диссоциируют и электролиты, в молекулах которых ковалентная полярная связь (например, молекулы хлороводорода НСl, рис. 131), только в этом случае под влиянием диполей воды происходит превращение ковалентной полярной связи в ионную, и последовательность процессов, происходящих при этом, будет такая:

  1. ориентация молекул воды вокруг полюсов молекулы электролита;
  2. гидратация (взаимодействие) молекул воды с молекулами электролита;
  3. ионизация молекул электролита (превращение ковалентной полярной связи в ионную);
  4. диссоциация (распад) молекул электролита на гидратированные ионы.

Рис. 131.
Схема электролитической диссоциации полярной молекулы хлороводорода на гидратированные ионы

Уравнение диссоциации соляной кислоты:

В растворах электролитов хаотически движущиеся гидратированные ионы могут столкнуться и объединиться. Этот обратный процесс называют ассоциацией.

Свойства гидратированных и негидратированных ионов различаются. Например, негидратированный ион меди Сu 2+ — бесцветный в безводных кристаллах сульфата меди (II) CuSO4 и имеет голубой цвет, когда гидратирован, т. е. связан с молекулами воды Сu 2+ • nH2O. Гидратированные ионы имеют как постоянное, так и переменное число молекул воды.

В растворах электролитов наряду с ионами присутствуют и молекулы. Поэтому растворы электролитов характеризуются степенью диссоциации, которую обозначают греческой буквой α («альфа»).

Степень диссоциации электролита определяют опытным путём и выражают в долях или в процентах. Если α = 0, то диссоциация отсутствует, а если α = 1, или 100%, то электролит полностью распадается на ионы. Электролиты имеют различную степень диссоциации, т. е. степень диссоциации зависит от природы электролита. Она также зависит и от концентрации: с разбавлением раствора степень диссоциации увеличивается.

По степени электролитической диссоциации электролиты разделяют на сильные и слабые.

Сильные электролиты при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы. У таких электролитов значение степени диссоциации стремится к единице в разбавленных растворах.

К сильным электролитам относят:

  1. практически все соли;
  2. сильные кислоты, например: H2SO4, НСl, HNO3;
  3. все щёлочи, например: NaOH, КOН.

Слабые электролиты при растворении в воде почти не диссоциируют на ионы. У таких электролитов значение степени диссоциации стремится к нулю.

К слабым электролитам относят:

  1. слабые кислоты, например: H2S, H2CO3, HNO2;
  2. водный раствор аммиака NH3 • Н2O.
Читайте также:  Сила тока закон ома обозначение

Ключевые слова и словосочетания

  1. Электролиты и неэлектролиты.
  2. Электролитическая диссоциация и ассоциация.
  3. Механизм диссоциации веществ с различным типом связи.
  4. Степень электролитической диссоциации.
  5. Сильные и слабые электролиты.

Работа с компьютером

  1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
  2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока — сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

  1. Объясните, почему раствор гидроксида калия проводит электрический ток, а раствор глюкозы С6Н12O6 — нет.
  2. Почему при разбавлении раствора электролита степень его диссоциации увеличивается?
  3. Докажите, что деление химических связей на ковалентную полярную и ионную условно.
  4. Как отличается по своей природе электропроводность металлов и электролитов?
  5. Как объяснить электрическую проводимость водных растворов электролитов?

Источник



Теоретическая часть. Все вещества по способности проводить электрический ток можно подразделить на две группы: проводники и диэлектрики

date image2015-05-10
views image7416

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Все вещества по способности проводить электрический ток можно подразделить на две группы: проводники и диэлектрики. Среди проводников есть вещества, которые проводят электрический ток за счет направленного движения электронов проводники I рода. К таким веществам относятся металлы, характеризующиеся электронной проводимостью. Существуют вещества способные проводить электрический ток в растворенном или расплавленном состояниях. Эту способность обуславливают ионы, образующиеся при диссоциации данных веществ, при растворении в полярных растворителях или при плавлении при повышенных температурах. Такие вещества, растворы или расплавы которых содержат подвижные ионы, называютэлектролитами. В отличие от металлов электролиты относятся к проводникам II рода и характеризуются ионной проводимостью. К электролитам относятся кислоты, основания и соли. Это вещества с ионным или ковалентным полярным типом связи.

Неэлектролитаминазываются вещества, растворы или расплавы которых не содержат ионов, а, следовательно, не могут проводить электрический ток. Это вещества с ковалентными неполярными или малополярными химическими связями.

· некоторые газы (азот, кислород)

· некоторые твердые вещества (сера, кремний, медь)

· некоторые органические соединения (сахароза, бензин, спирт).

Сухая кристаллическая соль хлорид натрия электрический ток не проводит. Имеющиеся в кристаллической решетке хлорида натрия ионы натрия (Nа + ) и (Сl — ) сильно притягиваются друг к другу и не могут свободно перемещаться. При растворении соли в воде ионы, образующие данный электролит, под действием полярных молекул воды отрываются друг от друга и распределяются между молекулами растворителя. Происходит процесс электролитической диссоциации.

Электролитическая диссоциация процесс распада электролита в растворе с образованием положительно заряженных ионов (катионов) и отрицательно заряженных ионов (анионов).

При растворении в воде или при плавлении неэлектролитов, например, сахара происходит распад его кристаллов только на отдельные электронейтральные молекулы. При этом ионов не образуется и растворы или расплавы неэлектролитов электрический ток не проводят.

Для объяснения особенностей поведения электролитов шведским ученым С. Аррениусом в 1887 году была предложена теория, получившая название теории электролитической диссоциации. Сущность данной теории состоит в следующем:

1. Электролиты при растворении или в расплаве распадаются, диссоциируют на ионы – заряженные положительно (катионы) и заряженные отрицательно (анионы). Свойства ионов совершенно иные, чем у образовавших их атомов.

2. Под действием разности потенциалов, между электродами, погруженными в раствор электролита, ионы приобретают направленное движение, положительно заряженные ионы (катионы) движутся к отрицательно заряженному электроду (катоду), отрицательно заряженные (анионы) — к положительно заряженному электроду (аноду). Раствор электролита проводит электрический ток.

3. Диссоциация в общем случае является процессом обратимым. Это означает, что параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация), идет обратный процесс соединения ионов в молекулы (ассоциация).

Чтобы отметить эту особенность процессов электролитической диссоциации в уравнениях знак равенства заменяют знаком обратимости (D). Например, уравнение диссоциации молекул некоторого электролита (КtАn) на катион Кt + и анион Аn — записывается в виде:

Если электролит является сильным (см. далее), то преимущественно протекает процесс распада на ионы, а обратный процесс ассоциации выражен незначительно. Изображая диссоциацию таких электролитов, вместо знака обратимости ставят одну стрелку, указывающую на направление преимущественного протекание процесса.

С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты (по Аррениусу)сложные вещества, диссоциирующие на катионы водорода и анионы кислотного остатка:

Кислотные остатки (С1 — , NO3 — и др.) для различных кислот различны, но общим для всех кислот является образование в растворах иона водорода (H + ). Наличие в растворах кислот иона водорода, точнее, гидратированного иона водорода — гидроксония (H + ∙H2O или Н3O + ), обусловливает общие свойства кислот: кислый вкус, действие на индикаторы, взаимодействие с металлами с выделением водорода и др.

Основания (по Аррениусу)– сложные вещества, диссоциирующие анионы гидроксила и катионы металла (или заменяющих его групп).

Общие свойства оснований (мыльность на ощупь, соответствующее действие на индикатор, взаимодействие с кислотами и др.) определяются наличием в растворах оснований ионов гидроксила (ОН — ).

Солями называются сложные вещества, диссоциирующие на катионы металла и анионы кислотного остатка.

Читайте также:  Максимальный ток usb ноутбука

Для количественной оценки процесса электролитической диссоциации используется понятие степени электролитической диссоциации.

Степень электролитической диссоциации a — это отношение числа молекул, распавшихся на ионы (n), к общему числу молекул растворенного вещества(No) в растворе:

Степень диссоциации выражается в долях единицы или в процентах.

Например, если a = 30%, то это означает, что из каждых 100 молекул электролита на ионы распадается 30 молекул (a = 0, 3).

Степень электролитической диссоциации зависит от:

· природы растворяемого вещества,

Зависимость диссоциации от природы электролита определяется полярностью связей между атомами в частице электролита. Вещества с ковалентными неполярными или малополярными связями либо не диссоциируют, либо диссоциируют незначительно. Хорошо распадаются на ионы вещества с ковалентными сильно полярными или ионными связями. Следовательно, в растворах хлорида натрия (ионная связь), хлороводорода (ковалентная полярная связь) и хлора (ковалентная неполярная связь) распадаться на ионы будут NаС1 и НС1, а Сl2 будет находиться в растворе в виде молекул.

Если же в растворе оказываются молекулы сложных веществ с различным видом связи, то распад молекулы на ионы произойдет в том месте молекулы, где атомы связаны ионной или ковалентной сильно полярной связью.

Например, молекула гидрокарбоната калия КНСО3характеризуется наличием ионных (К–О) и ковалентных полярных (Н–О и С–О) связей.

К – О ОЭО (К) = 0,91

0,91 3,5 С = О ОЭО (Н) = 2,1

Н – О 2,5ОЭО (С) = 2,5

2,1 3,5ОЭО (О) = 3,5

ΔОЭО (К–О) = 3,5–0,91=2,59 связь ионная;

ΔОЭО (Н–О) = 3,5–2,1=1,4 связь ковалентная сильнополярная;

ΔОЭО (С–О) = 3,5–2,5=1,0 связь ковалентная слабополярная.

Наибольшую величину разности относительных электроотрицательностей (ΔО.Э.О.) имеет связь К-О и, поэтому, диссоциация обусловлена разрывом этой, наиболее полярной (фактически ионной) связи:

Диссоциация этого вещества возможна и по второй ступени. Она связана с разрывом достаточно сильно полярной связи Н – О и протекает незначительно:

II cтупень: НСО3 — D Н + + СО3 2-

Разрыв малополярной связи С — О не происходит.

Важную роль в процессе диссоциации играет растворитель. Чем большей полярностью обладают молекулы растворителя, тем лучше диссоциирует в нем данный электролит, и тем больше степень диссоциации последнего. Если представить диссоциирующее вещество как систему из двух точечных зарядов, то сила взаимодействия ионов (F), на которые диссоциирует данное вещество, определяется в соответствии с законом Кулона:

Эта сила зависит не только от величины зарядов частиц (е1 и е2) и расстояния между ними ( r ), но и от природы среды, в которой взаимодействуют частицы. Природа среды характеризуется значением диэлектрической проницаемости ( e ), которая показывает, во сколько раз сила взаимодействия между зарядами в данной среде меньше, чем в вакууме.

Ниже приведены значения величин диэлектрической проницаемости некоторых растворителей при 25°С.

Аммиак жидкий e = 25,4

Этиловый спирт e = 25,2

Бензол e = 2,3

Раствор хлороводорода в бензоле (e = 2,3) практически не диссоциирует и не проводит электрический ток, в то время как в воде (e = 80) хлороводород диссоциирует хорошо и раствор проводит электрический ток.

Повышение температуры, как правило, увеличивает диссоциацию и при нагревании степень диссоциации возрастает.

При уменьшении концентрации электролита, т.е. при разбавлении раствора, степень диссоциации увеличивается. Поэтому, говоря о степени диссоциации, следует указывать концентрацию раствора.

В зависимости от величины степени электролитической диссоциации различают сильные и слабые электролиты.

По величине степени диссоциации в 0,1 н. растворах все электролиты можно подразделить:

a = 0 неэлектролиты,

a>30% электролиты сильные.

К сильным электролитам относятся:

· почти все растворимые соли (СuSО4, BaС12, KВr),

· такие неорганические кислоты, как: HCl, HBr, HI, HClO4, H2SO4, HNO3, HMnO4, HCrO4 и некоторые другие;

· растворимые в воде основания: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ba(OH)2, Sr(OH)2 (кроме гидроксида аммония NH4OH, который является слабым электролитом!)

К слабым электролитам относятся:

· почти все органические кислоты, например, стеариновая С17Н35ООН, уксусная СН3СООН;

· нерастворимые в воде соли и гидроксиды металлов, например, BaSO4, Ca3(PO4)2, Al(ОН)3, Сu(ОН)2, Fе(ОН)3.

· комплексные катионы или анионы, которые представляют из себя сложные ионы образующиеся при диссоциации в растворе, так называемых, комплексных соединений (солей, кислот и оснований), например: [Al(OH)4] — , [Cu(NH3)4] 2- и др.

· К слабым электролитам относится также вода.

Второй количественной характеристикой процесса диссоциации является константа диссоциации (Кд).

Константа диссоциации представляет собой константу равновесия процесса диссоциации слабого электролита и, в отличии от степени диссоциации, не зависит от концентрации растворенного вещества в растворе.

Значения величин констант диссоциации для ряда электролитов приведены в приложении (таблица 8).

Например, циановодородная (синильная) кислота, является слабым электролитом. Как любая кислота она диссоциирует с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка:

Равновесие этого процесса характеризуется соответствующей константой диссоциации.

Малая величина константы диссоциации позволяет судить о незначительном распаде кислоты на ионы и смещении равновесия процесса диссоциации влево.

Равновесие процесса диссоциации в водном растворе такого вещества, как гидроксид аммония, можно представить следующим образом:

Чем меньше величина константы диссоциации электролита, тем он слабее.

Величины констант диссоциации для ряда слабых электролитов приведены в табл.8 приложения.

Читайте также:  Как построить график токов

Ориентируясь на значение величины константы диссоциации можно делать заключение о силе электролита.

Источник

Почему кристаллический хлорид натрия не проводит электрический ток, а его раствор электропроводен?

Обсуждение вопроса:

Аватар

В кристаллическом хлориде натрия ионы расположены в узлах кристаллической решетки, поэтому перемещаться они не могут, соответственно под действием электрического поля не может возникнуть направленного движения заряженных частиц, раствор не пропускает электрический ток.

При растворении в воде хлорида натрия, он распадается на ионы (Na⁺ и Cl⁻), которые могут свободно передвигаться в растворе, соответственно под действием электрического поля возникает направленное движение заряженных частиц, поэтому раствор электропроводен.

Механизм диссоциации соли состоит в том, что если кристалл соли поместить в воду, то вокруг положительных и отрицательных ионов кристаллической решётки электролита диполи воды сориентируются противоположно заряженными концами. Между ионами кристалла соли и молекулами воды возникнет притяжение, связь между ионами ослабевает, и происходит переход ионов из кристалла в раствор. Вокруг, перешедших в раствор ионов соли, образуются оболочки из диполей воды, то есть в растворе содержатся гидратированные ионы соли.

Ионы, содержащиеся в кристаллическом (твердом) веществе, расположенные в узлах кристаллической решетки, соединенные друг с другом и перемещаться не могут, поэтому твердые электролиты электрический ток не проводят. Натрий хлорид при растворении в воде распадается на ионы (положительно и отрицательно заряжены), что способны свободно передвигаться, и являются носителями зарядов. Под воздействием электрического поля движение ионов становится направленным (возникает электрический ток).

Если кристалл соли поместить в воду, то вокруг положительных и отрицательных ионов кристаллической решётки электролита диполи воды сориентируются противоположно заряженными концами. Между ионами кристалла соли и молекулами воды возникнет притяжение, связь между ионами ослабевает, и происходит переход ионов из кристалла в раствор. Перешедшие в раствор ионы остаются связанными с присоединившимися к ним молекулами воды, которые образуют гидратную оболочку иона, то есть в растворе содержатся гидратированные ионы соли.

Источник

Электропроводность растворов

Установка для сравнения электропроводности растворовРис. 71. Установка для сравнения электропроводности растворов

Хорошими проводниками электрического тока, помимо металлов, являются расплавленные соли и основания. Способностью проводить ток обладают также водные растворы оснований и солей. Безводные кислоты — очень плохие проводники, но водные растворы кислот хорошо проводят ток. Растворы кислот, оснований и солей в других жидкостях в большинстве случаев тока не проводят, но и осмотическое давление таких растворов оказывается нормальным. Точно так же не проводят тока водные растворы сахара, спирта, глицерина и другие растворы с нормальным осмотическим давлением.

Различное отношение веществ к электрическому току легко иллюстрировать следующим опытом.

Соединим провода, идущие от осветительной сети, с двумя угольными или металлическими пластинками— электродами (рис. 71). В один из проводов включим электрическую лампу, позволяющую грубо судить о наличии тока в цепи. Погрузим теперь свободные концы электродов в сухую поваренную соль или безводную серную кислоту. Лампа не загорается, так как эти вещества не проводят тока и цепь остается незамкнутой.

Тоже самое происходит, если погрузить электроды в стакан с чистой дестиллированной водой. Но стоит только растворить в воде немного соли или прибавить к ней какой-нибудь кислоты или основания, как лампа тотчас же начинает ярко светиться. Свечение прекращается, если опустить электроды в раствор сахара, глицерина и т. п.

Сванте АррениусСванте Аррениус (1859—1927)

Таким образом, среди растворов способностью проводить ток обладают преимущественно водные растворы кислот, оснований и солей. Сухие соли, безводные кислоты и основания (в твердом виде) тока не проводят почти не проводит тока и чистая вода. Очевидно, что при растворении в воде кислоты, основания и соли подвергаются каким-то глубоким изменениям, которые и обусловливают электропроводность получаемых растворов.

Электрический ток, проходя через растворы, вызывает в них, так же как и в расплавах, химические изменения, выражающиеся в том, что из раствора выделяются продукты разложения растворенного вещества или растворителя. Вещества, растворы которых проводят электрический ток, получили название электролитов. Электролитами являются кислоты, основания и соли.

Химический процесс, происходящий при пропускании тока через раствор электролита, называется электролизом. Исследуя продукты, выделяющиеся у электродов при электролизе кислот, оснований и солей, установили, что у катода всегда выделяются металлы или водород, а у анода — кислотные остатки или гидроксильные группы, которые затем подвергаются дальнейшим изменениям. Таким образом, первичными продуктами электролиза оказываются те же составные части кислот, оснований и солей, которые при реакциях обмена, не изменяясь, переходят из одного вещества в другое.

Сванте Аррениус (Svante Arrhenius) — шведский ученый, физико-химик, родился 19 февраля 1859 г. Был профессором университета в Стокгольме и директором Нобелевского института. В результате изучения электропроводности растворов предложил в 1887 г. теорию, объясняющую проводимость электрического тока растворами кислот, щелочей и солей, получившую название теории электролитической диссоциации.

Аррениусу принадлежит также ряд исследовании по астрономии, космической физике и в области приложения физико-химических законов к биологическим процессам.

Вы читаете, статья на тему Электропроводность растворов

Источник

Adblock
detector