Dysocjacja elektrolityczna
Dysocjacja elektrolityczna - inaczej zwana jonową. Jest to rozpad cząsteczek wody na jony pod wpływem wody. Dysocjacji elektrolitycznej ulegają cząsteczki związku o wiązaniu jonowym lub atomowym spolaryzowanym.
Dysocjacja elektrolityczna nadaje roztworom specyficzne właściwości. Roztwory związków chemicznych, które ulegają dysocjacji, przewodzą prąd elektryczny.
Zjawisko dysocjacji elektrolitycznej zostało odkryte w XIX wieku przez szwedzkiego uczonego Arrheniusa, laureata Nagrody Nobla w dziedzinie chemii z 1903 roku
Substancje chemiczne można podzielić na elektrolity, tzn. te które posiadają zdolność przewodzenia prądu elektrycznego oraz nie elektrolity, które tej właściwości nie posiadaj.
Elektrolity dzielimy na mocne, słabe i o średniej mocy.
Do elektrolitów należą związki o budowie jonowej lub wiązaniu kowalencyjnym spolaryzowanym
? Kwasy i wodorki kwasowe, które dysocjują na kationy wodoru i aniony reszty kwasowej:
Obecność jonów H+ w roztworze powoduje kwaśny smak i zabarwienie lakmusu ma czerwono
? Wodorotlenki dysocjują na kationy metalu i aniony wodorotlenowe
Obecność jonów OH- w roztworze powoduje niebieskie zabarwienie lakmusu i mydlany smak
? Sole dysocjują na kationy metalu i aniony reszt kwasowych
W równaniach dysocjacji posługujemy się dwiema strzałkami skierowanymi przeciwnie, aby podkreślić, że są to reakcje odwracalne.
Miarą mocy elektrolitu (słabego) jest Stopień Dysocjacji który można wyrazić jako stosunek liczby moli cząsteczek zdysocjowanych nz do liczby moli cząsteczek wprowadzonych do roztworu nw
lub
Stopień dysocjacji zależy od:
- rodzaju elektrolitu
- rodzaju rozpuszczalnika
- stężenia roztworu (wzrasta w miarę rozcieńczania roztworu)
- temperatury (na ogół nieco wzrasta wraz ze wzrostem temperatury)
- obecności innych substancji w roztworze
Słabe (L<5%) wieloprotonowe kwasy i wielowodorotlenowe zasady dysocjują stopniowo
Np.
W roztworach słabych elektrolitów wytwarza się stan równowagi między nie zdysocjowanymi cząsteczkami i jonami.
Np.
który charakteryzujemy stałą równowagi zwaną stałą dysocjacji.
(A+); (B-)- stężenie jonów w stanie równowagi
(AB)- stężenie nie dysocjowanych cząsteczek w stanie równowagi
Stała dysocjacji „K” jest to stosunek iloczynu stężeń jonów do stężenia cząsteczek nie dysocjowanych
Nie zależy ona od stężenia elektrolitu, ale zależy od temperatury i rodzaju rozpuszczalnika. Jest ona miarą mocy kwasu lub zasady, im większa jest jej wartość tym bardziej kwas lub zasada jest zdysocjowany.
Skala pH
Woda jest bardzo słabym elektrolitem
Po przeprowadzeniu pewnych przekształceń otrzymamy iloczyn wody
W roztworach kwasów i zasad zachowana jest stałość iloczynu stężeń jonów wodorowych i wodorotlenowych równe iloczynowi jonowemu wody. W każdej cząsteczce wody powstaje jeden jon wodorowy H+ i jeden jon wodorotlenowy OH-. W czystej wodzie stężenia te są sobie równe. Czysta chemicznie woda jest obojętna.
Operowanie liczbami rzędu 10-7 jest bardzo uciążliwe, więc Sorensen wprowadził wykładnik stężenia jonów wodorowych pH.
I tak dla roztworów obojętnych pH = 7
kwaśnych pH <7
zasadowych pH >7
10o 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
roztwór obojętny
Wskaźniki pH zwane inaczej indykatorami to związki, które zmieniają swoją barwę w zależności od pH roztworu. Są one słabymi kwasami lub zasadami organicznymi, których jony mają inne zabarwienie niż cząsteczki nie zdysocjowane. Do najczęściej stosowanych wskaźników należą: oranż metylowy, lakmus, fenoloftaleina. Poniższa tabela pokazuje zmianę zabarwienia tych wskaźników w zależności od odczynu roztworu.
Wskaźnikodczyn kwaśny obojętny zasadowy
Lakmus
Oranż metylowy
Fenoloftaleina bezbarwny bezbarwny
Na płaszczyźnie dysocjacji elektrolitycznej powstały różne definicje kwasów, zasad i soli.
Wg. Arrheniusa :
Kwasy: związki o ogólnym wzorze HnR, które dysocjują na kationy wodorowe i aniony reszty kwasowej R-
Zasady: związki o wzorze ogólnym M(OH)m, które dysocjują na kationy metalu M+ i aniony wodorotlenowe OH-
Sole: związki o wzorze ogólnym MnRm, które dysocjują na kation metalu M+ i anion reszty kwasowej R-
Oprócz teorii Arheniusa na uwagę zasługuje również teoria Brunsteda, tzn. teoria donorowo - akceptorowa. Wg. niej
kwas - związek chemiczny zdolny do oddania protonu (donor)
zasada - związek chemiczny zdolny do przyłączenia protonu (akceptor)
Także znana teoria Lewisa stosowana do układów zawierających rozpuszczalniki aprotonowe.