Сильный и слабый электролиты
Переключай вещества. Схема различает ионы и молекулярные частицы; цвет индикатора отражает среду.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
Ток в растворе переносят ионы
Электролитами называют вещества, растворы или расплавы которых проводят ток благодаря подвижным ионам. К ним относятся многие соли, кислоты и основания. Сахар растворяется, но его молекулы не превращаются в значительное количество ионов.
| Система | Частицы | Проводимость |
|---|---|---|
| Твёрдый NaCl | Ионы в решётке | Нет свободного переноса ионов |
| Раствор NaCl | Подвижные ионы | Ионная проводимость |
| Раствор сахара | Молекулы сахара и воды | Очень слабая проводимость |
| Расплав NaCl | Подвижные ионы | Ионная проводимость |
В твёрдом NaCl ионы удерживаются в узлах решётки и не перемещаются через весь образец. В расплаве или растворе такая подвижность появляется. Очень чистая вода проводит ток крайне слабо: утверждение о полном отсутствии проводимости является лишь школьным приближением.
Для ионной проводимости нужны заряженные подвижные частицы. Само наличие растворённого вещества ещё не гарантирует проводимость.
Вода помогает разделить заряды
Молекула воды полярна: область около кислорода имеет частичный отрицательный заряд, около водородов — положительный. Поэтому вода по-разному ориентируется вокруг катиона и аниона. Взаимодействие с водой стабилизирует отделившиеся ионы.
- Полярная вода
Ориентируется у заряженной частицы
- Ослабление взаимодействий
Частица отделяется от соседей
- Гидратация
Вода окружает ион
- Раствор
Ионы способны двигаться
В ионном кристалле ионы уже существуют: растворение освобождает их из решётки. В молекулярном электролите, например HCl, ионы образуются при взаимодействии молекул с водой. Эти два случая приводят к ионному раствору, но исходные частицы различаются.
Диссоциация ионных и молекулярных веществ начинается по-разному. В обоих случаях вода стабилизирует ионы раствора.
Шкала универсального индикатора
Шкала универсального индикатора связывает цвет с диапазоном кислотности; у разных составов шкалы могут различаться.
A.Spielhoff · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Окраска фенолфталеина в щелочной среде
Фенолфталеин делает щелочную среду заметной благодаря малиновой окраске.
Andyman1125 · Wikimedia Commons · CC BY-SA 3.0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Кислоты дают гидратированные ионы водорода
В водном растворе кислоты образуются ионы водорода, связанные с молекулами воды. Запись H⁺ удобна в школьных уравнениях; более явно взаимодействие HCl с водой можно записать HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻.
- Одноосновная кислота
HCl → H⁺ + Cl⁻
- Первая ступень
H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
- Вторая ступень
HCO₃⁻ ⇌ H⁺ + CO₃²⁻
Многоосновная кислота может отдавать протоны ступенчато. Для угольной кислоты сначала появляется HCO₃⁻, затем CO₃²⁻; обе стадии обратимы и идут в разной степени. Наличие нескольких H в формуле не означает их одновременного полного отделения.
Кислоты в воде образуют гидратированные ионы водорода. Многоосновные слабые кислоты диссоциируют по ступеням.
Сила электролита не равна концентрации
Сильный электролит в достаточно разбавленном растворе диссоциирует практически полностью. Слабый — лишь частично, и в растворе одновременно присутствуют ионы и недиссоциированные частицы. Обратимая стрелка подчёркивает равновесие.
Два вопроса, которые нельзя смешивать
РАСТВОР ЭЛЕКТРОЛИТА
Одинаковая концентрация сильной и слабой одноосновной кислоты не означает одинаковую концентрацию H⁺.
HCl, HNO₃ и щёлочи относятся к сильным электролитам, H₂CO₃ и H₂S — к слабым. Концентрация сообщает количество вещества в растворе, а сила — характер его диссоциации. Поэтому разбавленный раствор сильной кислоты не становится раствором слабой кислоты. Степень диссоциации α = n(распавшихся формульных единиц)/n(исходных единиц). Если из 0,10 моль одноосновной кислоты HA диссоциировало 2 %, получены 0,002 моль H⁺ и столько же A⁻; всего 0,004 моль ионов. Суммарное количество ионов не равно количеству распавшихся молекул. У слабого электролита разбавление обычно повышает α, но концентрация H⁺ может при этом уменьшаться.
Подробности: понятия и примеры
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Сильный электролит | Преимущественно ионы | HCl, NaOH, растворимые соли |
| Слабый электролит | Ионы и молекулярные частицы | H₂CO₃, H₂S |
| Концентрация | Содержание вещества | Отдельная характеристика |
Сила электролита характеризует диссоциацию, а не количество вещества. Растворимость также не является мерой силы электролита.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 25. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 25. Электролитическая диссоциация веществ.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e