Электролиты и неэлектролиты
Электролиты проводят электрический ток в растворах и расплавах, потому что содержат подвижные ионы. Неэлектролиты не образуют в этих условиях достаточного количества ионов, поэтому их растворы и расплавы практически не проводят ток.
Электролиты и неэлектролиты: основные определения
Электролит — вещество, раствор или расплав которого проводит электрический ток благодаря наличию подвижных положительных и отрицательных ионов. К электролитам относят кислоты, основания и соли: например, \(\mathrm{HCl}\), \(\mathrm{NaOH}\), \(\mathrm{KNO_3}\).
Неэлектролит — вещество, раствор или расплав которого не проводит электрический ток, поскольку частицы вещества остаются электрически нейтральными молекулами. Примеры: сахароза, этанол, глюкоза, дистиллированная вода.
Важно различать способность проводить ток в твёрдом состоянии, растворе и расплаве. В твёрдой соли ионы находятся в узлах кристаллической решётки и не могут свободно перемещаться, поэтому кристалл \(\mathrm{NaCl}\) ток практически не проводит. В водном растворе или расплаве ионы становятся подвижными, и вещество проводит ток.
| Класс вещества | Примеры | Раствор или расплав |
|---|---|---|
| Кислоты | \(\mathrm{HCl}\), \(\mathrm{H_2SO_4}\), \(\mathrm{HNO_3}\) | Проводит ток |
| Основания | \(\mathrm{NaOH}\), \(\mathrm{KOH}\), \(\mathrm{Ba(OH)_2}\) | Проводит ток |
| Соли | \(\mathrm{NaCl}\), \(\mathrm{CuSO_4}\), \(\mathrm{K_2CO_3}\) | Проводит ток |
| Молекулярные неэлектролиты | Сахароза, этанол, глюкоза | Не проводит или проводит крайне слабо |
Почему возникает электропроводность
Процесс распада электролита на ионы при растворении в воде или плавлении называют электролитической диссоциацией. В растворе катионы движутся к отрицательному электроду, анионы — к положительному. Именно направленное движение ионов создаёт электрический ток.
Раствор или расплав проводит ток, если в нём есть подвижные заряженные частицы: катионы или анионы. Электроны в металлическом проводнике и ионы в растворе переносят заряд разными способами.
При растворении ионного соединения вода ослабляет притяжение между ионами кристалла. Например, хлорид натрия образует катионы натрия и анионы хлора:
Кислоты в растворе образуют катионы водорода и кислотные анионы. Например:
У основания диссоциация сопровождается образованием гидроксид-ионов:
Чистая вода содержит очень мало ионов, поэтому её электропроводность мала. Водопроводная вода проводит ток лучше из-за растворённых солей. Подробно это связано с диссоциацией воды и ионным произведением воды.
Сравнение веществ по составу
В экзаменационных заданиях сначала определяют, к какому классу относится вещество, а затем проверяют, появляются ли ионы в растворе или расплаве. Удобный алгоритм: найти формулу, определить тип химической связи и выяснить, возможно ли образование подвижных ионов.
- Если формула содержит металл и кислотный остаток, вещество обычно является солью и электролитом.
- Если формула начинается с \(\mathrm{H}\) и соответствует кислоте, это электролит.
- Если вещество содержит гидроксильную группу и катион металла или \(\mathrm{NH_4^+}\), это основание и электролит.
- Если вещество состоит из нейтральных молекул, например \(\mathrm{CO_2}\), \(\mathrm{C_2H_5OH}\) или сахарозы, оно обычно неэлектролит.
- Не следует считать электролитом любое вещество, которое растворяется в воде: растворимость и электропроводность — разные свойства.
| Вещество | Что находится в растворе | Вывод |
|---|---|---|
| \(\mathrm{KBr}\) | \(\mathrm{K^+}\) и \(\mathrm{Br^-}\) | Электролит |
| \(\mathrm{Ba(OH)_2}\) | \(\mathrm{Ba^{2+}}\) и \(\mathrm{OH^-}\) | Электролит |
| \(\mathrm{H_2SO_4}\) | Ионы водорода и сульфатные частицы | Электролит |
| \(\mathrm{C_2H_5OH}\) | Нейтральные молекулы этанола | Неэлектролит |
| Сахароза | Нейтральные молекулы сахарозы | Неэлектролит |
Какое вещество в водном растворе проводит электрический ток?
Сильные и слабые электролиты
Электролиты отличаются не только от неэлектролитов, но и степенью превращения частиц в ионы. Сильные электролиты почти полностью диссоциируют на ионы: это растворимые соли, сильные кислоты и сильные основания. Слабые электролиты диссоциируют лишь частично; в растворе одновременно присутствуют ионы и недиссоциированные молекулы.
Степень диссоциации \(\alpha\) — доля молекул электролита, распавшихся на ионы. Для сильного электролита она близка к единице, а для слабого значительно меньше единицы.
Сила электролита влияет на количество ионов и обычно на электропроводность раствора, но не меняет сам критерий: электролитом называют вещество, образующее ионы в растворе или расплаве.
Разобранный пример экзаменационного типа
Из списка выберите вещества, водные растворы которых проводят электрический ток: \(\mathrm{Na_2SO_4}\), глюкоза, \(\mathrm{HNO_3}\), этанол, \(\mathrm{Ca(OH)_2}\).
Показать решение Решение
Определим класс каждого вещества и наличие ионов в растворе.
Ответ: растворы \(\mathrm{Na_2SO_4}\), \(\mathrm{HNO_3}\) и \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) проводят электрический ток.
Типичные ошибки и связь с качественным анализом
1. Считать сахар или спирт электролитом только потому, что они хорошо растворяются. 2. Утверждать, что твёрдая соль проводит ток так же, как её раствор. 3. Путать растворимость с диссоциацией. 4. Записывать молекулы вместо ионов в уравнении диссоциации. 5. Забывать коэффициенты и заряд частиц: из \(\mathrm{CaCl_2}\) образуются один \(\mathrm{Ca^{2+}}\) и два \(\mathrm{Cl^-}\).
В качественном анализе наличие ионов устанавливают по реакциям, в которых появляются осадок, газ или слабый электролит. Поэтому умение определять электролиты помогает понять, какие частицы находятся в растворе и какие реакции возможны.
Сначала выпишите вещества, которые являются кислотами, основаниями или солями. Затем исключите молекулярные вещества — спирты, сахара и большинство органических соединений. Для оставшихся проверьте, образуются ли ионы и соблюдается ли баланс зарядов.
Быстрая проверка
Главное
- Электролиты — кислоты, основания и соли, растворы или расплавы которых содержат подвижные ионы.
- Неэлектролиты образуют нейтральные молекулы и не проводят ток в растворах.
- Твёрдые ионные кристаллы обычно не проводят ток, а их расплавы и растворы проводят.
- Сильные электролиты диссоциируют почти полностью, слабые — частично.
- При решении задания сначала определяйте класс вещества, затем проверяйте образование ионов.