Электролитическая диссоциация
Электролитическая диссоциация — это распад частиц электролита на подвижные ионы при растворении в воде или плавлении. Благодаря ионам растворы и расплавы проводят электрический ток; умение определять ионы и составлять уравнения диссоциации необходимо для заданий oge-2 и oge-3.
Что такое электролитическая диссоциация
Сначала полезно повторить свойства раствора: раствор состоит из растворителя и растворённого вещества. Вода — полярный растворитель. Её молекулы притягиваются к заряженным частицам и ослабляют связь между ними. Поэтому некоторые вещества распадаются на положительные и отрицательные ионы.
Электролитическая диссоциация — распад электролита на ионы при растворении в воде или в расплаве. Электролитами называют вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток: кислоты, основания и соли.
Электролиты в растворе существуют не только в виде исходных формул, а в виде ионов и, для слабых электролитов, недиссоциировавших молекул. Ионы — это атомы или группы атомов с электрическим зарядом. Катионы имеют положительный заряд: \(\mathrm{H^+}\), \(\mathrm{Na^+}\), \(\mathrm{Ca^{2+}}\). Анионы имеют отрицательный заряд: \(\mathrm{Cl^-}\), \(\mathrm{OH^-}\), \(\mathrm{SO_4^{2-}}\).
В растворе электролита число и заряд положительных и отрицательных ионов таковы, что раствор в целом электрически нейтрален. При записи диссоциации число атомов каждого элемента и суммарный заряд должны сохраняться.
Сильные и слабые электролиты
Сильные электролиты диссоциируют почти полностью. К ним относят растворимые соли, сильные кислоты и щёлочи. В уравнениях их диссоциации обычно используют стрелку \(\rightarrow\): частицы слева практически полностью превращаются в ионы.
Слабые электролиты диссоциируют частично. В растворе одновременно присутствуют молекулы и ионы. Для них используют обратимую стрелку \(\rightleftarrows\). Примеры: слабая кислота уксусная кислота \(\mathrm{CH_3COOH}\) и слабое основание аммиак в воде.
Растворение сахара или спирта не является электролитической диссоциацией: молекулы этих веществ не распадаются на ионы, поэтому их растворы почти не проводят ток. Ионные вещества в растворе распадаются на уже существующие ионы, а молекулярные электролиты образуют ионы в результате взаимодействия с водой.
Как составлять уравнения диссоциации
Тип частицы определяют по формуле вещества. Кислоты дают катионы водорода \(\mathrm{H^+}\) и анионы кислотного остатка. Основания дают катионы металла или аммония и гидроксид-ионы \(\mathrm{OH^-}\). Соли распадаются на катионы металла и анионы кислотного остатка.
- Запишите формулу электролита и определите, к какому классу он относится.
- Разделите формулу на катион и анион.
- Индексы в исходной формуле превратите в коэффициенты перед ионами.
- Проверьте число атомов каждого элемента и суммарный заряд обеих частей.
Скобки в формуле показывают, что группа атомов является единым ионом. В \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\) три сульфат-иона, поэтому коэффициент 3 ставят перед \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), а не меняют индекс внутри самой группы.
Как записывается диссоциация \(\mathrm{K_2S}\)?
Диссоциация газов и молекулярных веществ
Запрос «диссоциация газов» требует уточнения: сам газ не обязательно является электролитом. Газообразное вещество проводит ток только при наличии свободных заряженных частиц, а обычный молекулярный газ, например кислород, состоит из нейтральных молекул.
Некоторые газы при растворении в воде взаимодействуют с ней и образуют ионы. Например, хлороводород \(\mathrm{HCl}\) — газ, но его водный раствор является сильным электролитом. Корректнее рассматривать не «распад газа сам по себе», а диссоциацию растворённого вещества в воде:
Аммиак \(\mathrm{NH_3}\) — газ, растворяющийся в воде. В школьной записи показывают образование слабого электролита — гидроксида аммония или непосредственно ионов аммония и гидроксида:
Подробное образование слабого электролита рассматривается на странице образование слабого электролита. Не следует записывать для любого газа формальное уравнение диссоциации: сначала выясните, образуются ли в воде ионы.
Разобранный пример
Запишите уравнение электролитической диссоциации сульфата алюминия \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\) и проверьте его.
Не изменяйте индексы в формулах ионов: запись \(\mathrm{SO_4^{3-}}\) вместо \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) неверна. Не путайте коэффициент и индекс. Не ставьте заряд всей исходной соли вместо зарядов отдельных ионов. Не забывайте коэффициенты перед многоатомными ионами.
Связь с реакциями в растворах
Диссоциация нужна для понимания реакций ионного обмена. В растворах реагируют не формулы солей целиком, а ионы. Если образуется осадок, газ или слабый электролит, реакция может идти до конца. Растворимость вещества проверяют по таблице растворимости, а затем составляют полное и сокращённое ионное уравнение.
Например, при смешивании растворов нитрата серебра и хлорида натрия образуется осадок хлорида серебра. Молекулярная запись: \(\mathrm{AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3}\). Сокращённое ионное уравнение: \(\mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow}\). Ионы натрия и нитрата в реакции не изменяются и называются ионами-наблюдателями.
Проверь себя
Главное
- Электролитическая диссоциация — распад электролита на ионы в воде или расплаве.
- Сильные электролиты записывают со стрелкой \(\rightarrow\), слабые — с обратимой стрелкой \(\rightleftarrows\).
- При составлении уравнения определяйте катион и анион, переносите индексы в коэффициенты и проверяйте заряд.
- Газ может диссоциировать не сам по себе, а после растворения и взаимодействия с водой; пример — \(\mathrm{HCl}\) или \(\mathrm{NH_3}\) в воде.
- Диссоциация объясняет реакции обмена, образование осадков, газов и слабых электролитов в растворах.