CHEM:Dysocjacja elektrolityczna w roztworach wodnych
1
CHEM:Dysocjacja elektrolityczna w roztworach
wodnych
Dysocjacja elektrolityczna
" Dysocjacja elektrolityczna jest to rozpad cząsteczek elektrolitów na kationy i aniony pod wpływem
rozpuszczalnika (S.Arrhenius, 1887).
" Procesowi dysocjacji ulegajÄ… substancje o budowie jonowej lub polarnej (dipole).
" Mechanizm procesu dysocjacji czÄ…steczek polarnych (wodorki kwasowe, nieorganiczne kwasy tlenowe, kwasy
organiczne) polega na rozrywaniu spolaryzowanych wiązań kowalencyjnych w wyniku oddziaływania z
polarnymi czÄ…steczkami rozpuszczalnika.
" Podczas rozpuszczania związków jonowych (soli metali, wodorków jonowych, wodorotlenków litowców i
berylowców) kryształy ulegają rozpadowi na poszczególne jony, jeżeli energia sieciowa jest mniejsza od energii
hydratacji jonów.
Przykład
Energia sieciowa NaF wynosi 1033 kJ/mol, energia hydratacji jonu Na+ 422 kJ/mol, jonu FÅ» 485 kJ/mol. Energia
hydratacji obu jonów jest niższa od energii sieciowej, w związku z czym NaF wykazuje słabą rozpuszczalność w
wodzie. W przypadku CsJ jest odwrotnie: energia hydratacji Cs+ i JŻ (585 kJ/mol) jest większa od energii sieciowej
(582 kJ/mol), a rozpuszczalność CsJ jest około 10-krotnie większa niż NaF.
Efekty hydratacyjne
W roztworach wodnych jony są hydratowane (H3O+, Na(H2O)6+, Cr(H2O)6+3). Jony ulegające hydratacji są na ogół
otoczone więcej niż jedną warstwą cząsteczek wody bezpośrednio z nim związanych. Liczba cząsteczek tworzących
otoczkę hydratacyjną jonu jest nazywana liczbą hydratacyjną. Wyznacza się ją doświadczalnie (z pomiarów
przewodnictwa, ciepła hydratacji, badania zmian objętości przy rozpuszczaniu soli).
Wiązania hydratacyjne są znacznie słabsze od wiązań kowalencyjnych, dlatego zazwyczaj nie uwzględnia się
efektów hydratacyjnych w równowagach jonowych (hydratowanie jonów pomija się również w równaniach reakcji).
Właściwości roztworów elektrolitów
" Słabe przewodnictwo elektryczne , znacznie mniejsze w porównaniu z przewodnictwem metali
(duże różnice w ruchliwości jonów i elektronów).
" Efekt ebulioskopowy i krioskopowy zależny od stężenia jonów, a nie stężenia molowego elektrolitu.
" Konieczność stosowania aktywności jonów zamiast stężenia w roztworach mocnych elektrolitów o wysokich
stężeniach molowych , gdzie jest współczynnikiem aktywności jonu i, stężeniem molowym
tego jonu.
CHEM:Dysocjacja elektrolityczna w roztworach wodnych
2
Stopień dysocjacji
" Stopień dysocjacji ilościowo charakteryzuje moc elektrolitu: jest to stosunek liczby cząsteczek
zdysocjowanych do liczby czÄ…steczek wprowadzonych do roztworu :
0 < Ä… < 1 lub 0%< Ä… <100%.
" Elektrolity, dla których ą > 0.3 (30%) są elektrolitami mocnymi, elektrolity o stopniu dysocjacji ą < 0.05 (5%) są
elektrolitami słabymi.
" Stopień dysocjacji zależy od rodzaju elektrolitu, stężenia roztworu (wzrasta w miarę rozcieńczania), temperatury
(rośnie ze wzrostem temperatury) oraz obecności innych substancji w roztworze (głównie jonów).
Stała dysocjacji
Stała dysocjacji charakteryzuje słabe elektrolity, których cząsteczki częściowo ulegają rozpadowi na jony. Między
jonami i cząsteczkami niezdysocjowanymi istnieje stan równowagi:
AB "! A+ + BÅ»
opisany stałą dysocjacji
,
gdzie i oznaczają stężenia molowe jonów, natomiast oznacza stężenie molowe elektrolitu
wprowadzonego do roztworu. Stała dysocjacji w tej postaci jest stałą stężeniową.
Prawo Debye'a-Hückla
Poprawne obliczenia dla stężonych roztworów mocnych wymagają znajomości współczynników aktywności, które
wyznacza siÄ™ ze wzoru Debye'a-Hückla
gdzie jest ładunkiem jonu i, A i B stałymi których wartość zależy od temperatury i właściwości rozpuszczalnika,
d odpowiada średnicy uwodnionego jonu, I jest siłą jonową, którą oblicza się ze wzoru:
gdzie oznacza stężenie molowe jonu i, a jego ładunek. Siła jonowa jest miarą oddziaływań międzyjonowych
w roztworze i wyraża się w jednostkach stężenia (mol/dm3).
CHEM:Dysocjacja elektrolityczna w roztworach wodnych
3
Przykłady obliczeń
Zadanie 1
Obliczyć siłę jonową wodnego roztworu Na2SO4 o stężeniu 0,2 mol/dm3.
RozwiÄ…zanie
W oparciu o reakcjÄ™ dysocjacji soli:
Na2SO4 2 Na+ + SO42-.
obliczamy stężenia molowe poszczególnych jonów.
Stężenie jonów sodowych wynosi 0.4 mol/dm3, a jonów siarczanowych 0.2 mol/dm3. Podstawiając te wartości do
wzoru na siłę jonowa uzyskujemy wartość
Zadanie 2
Jakie jest stężenie jonów chlorkowych w roztworze CaCl2 o sile jonowej 0,21 mol/dm3?
RozwiÄ…zanie
Stężenie CaCl2 oznaczamy jako C. W wyniku dysocjacji soli
CaCl2 Ca2+ + 2Cl>
stężenie jonów wapniowych w roztworze wynosi C, a jonów chlorkowych 2C Siła jonowa I = 0.21 mol/dm3 =
1/2(4C + 2C) Stąd C = 0,07 mol/dm3 (stężenie jonów wapniowych). Stężenie jonów chlorkowych wynosi 0,14
mol/dm3.
Typy reakcji jonowych
" Reakcje między jonami  zobojętnianie, stącanie osadów.
" Reakcje między jonami i cząsteczkami  hydroliza.
" Reakcje między atomami i jonami  wypieranie wodoru z roztworów kwasów przez metale.
" Reakcje typu kwas-zasada (równowagi protolityczne)  wymiana protonów.
" Reakcje utleniania i redukcji (równowagi redoks)  wymiana elektronów.
" Reakcje tworzenia związków kompleksowych (równowagi kompleksowania)  wymiana ligandów.
y
ródła i autorzy artykułu
4
y
ródła i autorzy artykułu
CHEM:Dysocjacja elektrolityczna w roztworach wodnych y
ródło: https://brain.fuw.edu.pl/edu-wiki/index.php5?oldid=14284 Autorzy: Asia
Licencja
Attribution-Share Alike 3.0 PL
http:/ / creativecommons. org/ licenses/ by-sa/ 3. 0/ pl