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 Mраствора CH3COOH 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 (H2SO4, HCl, HNO3,HBr, HI, HClO4, HМnO4);
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 электролитыдиссоциируют 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 (H2CO3, H2S, HNO2, H2SO3 , HCN,H3PO4, H2SiO3, HCNS, HСlO и др.);
2) вода (H2O);
3) гидроксид аммония (NH4OH);
4) большинство органических кислот
(например, уксусная CH3COOH, 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 (НСl) 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,
H2CO3H+ + HCO3– ,
HCO3–H+ + CO32– .
Первое равновесие – диссоциация по первой ступени – характеризуется константой
.
Для диссоциации по второй ступени:
.
В случае угольной кислоты константы диссоциации имеют следующие значения: KI = 4,3×10–7, KII = 5,6×10–11. Для ступенчатой диссоциации всегда KI>KII>KIII>..., 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(NO3)2 → Ca2+ + 2NO3–
Al2(SO4)3 → 2Al3+ +3SO42–.
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:
KHCO3 → K+ + HCO3– (первая ступень)
HCO3–H+ + CO32– (вторая ступень).
Однако степень электролитической диссоциации по второй ступени очень мала, поэтому раствор кислой соли содержит лишь незначительное число ионов водорода.
Основные соли (гидроксосоли) – электролиты, содержащие в катионе одну или несколько гидроксо-группOH–. Основные соли характерны для многовалентных металлов. Основные соли диссоциируют с образованием основных и кислотных остатков. Например:
FeOHCl2FeOH2+ + 2Cl– (первая ступень);
FeOH2+ Fe3+ + OH– (вторая ступень);
(ZnOH)2SO42ZnOH+ + SO42–(первая ступень);
ZnOH+ Zn2+ + OH– (вторая ступень).