s 81

10. PRZEWODNICTWO ROZTWORÓW

Wszystkie substancje chemiczne można zaklasyfikować do jednej z dwóch grup:

1)    elektrolitów, które przewodzą prąd elektryczny w roztworach lub w stanie stopionym,

2)    nieelektrolitów, których roztwory nie przewodzą prądu elektrycznego.

Proces rozpuszczania polega na_solwatacji (otaczanie cząstek cząsteczkami rozpuszczalnika), której często towarzyszy dysocjacja substancji, w wyniku której powstają jony (cząstki obdarzone ładunkiem dodatnim lub ujemnym).[Jony poruszając się w roztworze przenoszą ładunki elektryczne. Przewodnictwo elektryczne możliwe jest tylko wtedy, gdy obecne są cząstki posiadające ładunekj Im większa jest liczba ładunków i im większa ruchliwość jonów, tym większą wartość ma przewodnictwo. Mierząc przewodnictwo roztworu, możemy stwierdzić, czy substancja jest zdysocjowana na jony, a więc zakwalifikować do jednej z dwóch grup, a także ocenić stopień dysocjacji.

W roztworze nieelektrolitu cząsteczki substancji rozpuszczonej pozostają niezmienione. Są jedynie solwatowane, czyli rozdzielane i otaczane cząsteczkami rozpuszczalnika. Np. rozpuszczanie cukru w wodzie polega na otaczaniu obojętnych cząsteczek cukru cząsteczkami wody (hydratacja)) w sposób pokazany schematycznie na rys. 10.1. Cząsteczki nie są obdarzone ładunkiem i w takim roztworze nie istnieje przewodnictwo elektryczne. Do nieelektrolitów zaliczamy cały szereg związków organicznych o wiązaniach kowalencyjnych; niektóre z nich wymienione są w tabeli 10.1.

Elektrolity przed rozpuszczeniem mogą być związkami o budowie jonowej (elektrostatyczne oddziaływanie jonów o różnych ładunkach) lub cząsteczkowej (wiązanie kowalencyjne). W przypadku związków jonowych ich przewodnictwo w roztworze lub w stanie stopionym jest oczywiste. Rozpuszczalnik na skutek solwatacji rozrywa jonową sieć krystaliczną na jej części składowe, czyli jony:

rozpuszczalnik

Na*er —-> Na*_(soiv) + cr_(solv)

Podobne zniszczenie sieci krystalicznej może nastąpić pod wpływem temperatury; dla NaCl rozpad sieci zachodzi w temperaturze 1074 K. Na rys.10.2 pokazano schematycznie proces rozpuszczania w wodzie stałego chlorku sodu (NaCl). Jeżeli w roztworze NaCl zanurzy się elektrody węglowe, podłączone do źródła prądu stałego, to naładowane dodatnio jony sodu wędrują w polu elektrycznym w kierunku elektrody ujemnej, a ujemne jony chlorkowe w kierunku elektrody dodatniej. Zachodzi wówczas przeniesienie ładunku elektrycznego nazywane przewodnictwem elektrycznym.

Schemat prostego urządzenia do badania przewodnictwa jonowego przedstawiono na rys. 10.3.

Jony powstają również przy rozpuszczaniu w odpowiednim rozpuszczalniku niektórych substancji cząsteczkowych o wiązaniach kowalencyjnych. Na przykład czysty chlorowodór HC1, związek o budowie kowalencyjnej w stanie gazowym nie przewodzi prądu, ponieważ stanowi zbiór cząsteczek obojętnych. Jednakże rozpuszczając HC1 w wodzie, otrzymujemy roztwór przewodzący. Cząsteczki chlorowodoru reagują z rozpuszczalnikiem, ulegając jonizacji (termin obecnie używany zamiast dysocjacji), co można przedstawić w następujący sposób (Brensted):

H₂0 + HC1 == H₃o^ł + cr