Всем известно, что металлы проводят электрический ток. А проводят ли электрический ток растворы? Если бы мы попытались ответить на этот вопрос при помощи опыта, то убедились бы, что раствор сахара не проводит электрический ток, а раствор поваренной соли проводит. Почему? Может быть, исходные веществавода или сухой хлорид натрияэлектропроводны? Но тот же опыт показываетэти вещества, каждое само по себе, электрический ток не проводят.
Для того чтобы объяснить результаты этих опытов и понять смысл явления, необходимо ответить на вопрос: почему вообще некоторые вещества, например металлы, проводят электрический ток? Это происходит потому, что в металлах имеются «свободные» заряженные частицыэлектроны. С направленным движением этих заряженных частиц связана электропроводность металлов. Таким образом, если раствор NаСl проводит электрический ток, то, значит, в этом растворе тоже образуются какие-то заряженные частицы. Если раствор сахара не проводит электрический ток, значит, в растворе сахара заряженных частиц не образуется. Исходя из этого такие вещества называют: NаСl электролит, сахар неэлектролит.
Электролитыэто вещества, растворы (и расплавы) которых проводят электрический ток.
Теперь нам осталось выяснить: откуда в растворе NаСl появились заряженные частицы? Вспомните, какой тип химической связи имеется в кристалле поваренной соли? Ионная связь! То есть связь между заряженными частицамиионами. Значит, хлорид натрия состоит из разноименно заряженных частиц! Но почему тогда сухой хлорид натрия не проводит электрический ток? Потому что между ионами в кристалле существуют достаточно сильные электростатические взаимодействия. А в воде? Посмотрите на рис. 1:
Какая связь между атомами Н–О?
|
| Рис. 1. Взаимодействие диполей воды с кристаллом поваренной соли |
Между ионами соли и молекулами воды возникают довольно значительные силы электростатического взаимодействия. В результате молекулы воды «растаскивают» кристалл на «кусочки» (ионы). Будут ли возникать такие взаимодействия в следующих случаях (рис. 2):
|
| Рис. 2. Варианты взаимодействия веществ с растворителями |
Очевидно, нет! В обоих случаях или растворитель (случай I), или вещество (случай II) неполярны, и взаимодействия, притяжение частиц друг к другу, ничтожны.
В ы в о д. Взаимодействие между веществом и растворителем возможно, если и вещество, и растворитель имеют достаточно полярные связи.
Следствием такого взаимодействия является диссоциация распад вещества на ионы. При этом образуются положительно заряженные ионыкатионы и отрицательно заряженные ионыанионы.
Электролитическая диссоциацияпроцесс распада электролитов на ионы под действием полярных молекул растворителя (чаще всего воды).
Задание 6.1. Будут ли проводить электрический ток:
а) раствор НСl в воде;
б) раствор NаСl в бензине;
в) раствор азота в воде;
г) концентрированная серная кислота?
Дайте пояснения.
Итак, еще раз повторим: вещества, способные в растворах или расплавах распадаться на ионы и, как следствие, проводить в этом состоянии электрический ток, называются электролитами.
Среди неорганических веществ к электролитам относят:
– основания;
– кислоты;
– соли.
Проверяя электропроводность растворов электролитов одного класса, например кислот, можно заметить, что в одном случае лампочка горит ярко, в другомеле светится. Если принять во внимание, что концентрация веществ в растворах одинакова, как можно объяснить наблюдения?
Объяснение однов первом случае образуется большее число ионов (заряженных частиц), во второмменьшее, т.е. в первом случае электролитическая диссоциация идет в значительной степени. Такие электролиты называются сильными, в их растворах много ионов и почти нет (а иногда и совсем нет) молекул.
К сильным электролитам относятся:
– почти все соли;
– кислоты: НСl, НВr, НI, НNО3, Н2SО4, HClO4 и др.;
– щелочи (кроме NН4ОН).
В растворах слабых электролитов много молекул вещества и мало ионов; электролитическая диссоциация идет не полностью.
К слабым электролитам относятся:
– вода;
– кислоты: Н2СО3, Н2S, Н2SiО3, НNО2 и др.;
– NН4ОН и нерастворимые основания.
Фосфорная и сернистая кислотыэлектролиты средней силы.
Задание 6.2. Выучите наизусть формулы сильных и слабых электролитов. Вспомните их названия.
Как же происходит электролитическая диссоциация?
снования диссоциируют на катион металла (или аммония NH4+ ) и анион ОН–:
NaOH 
Na+ + OH–,
Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH–.
П о м н и т е! 1) Заряд иона совпадает по величине с валентностью данного атома (группы атомов).
2) Число катионов и анионов может быть различным, но суммарный положительный заряд катионов равен суммарному отрицательному заряду анионов. Раствор остается электронейтральным!
Задание 6.3. Составьте уравнения диссоциации гидроксида калия, гидроксида аммония, гидроксида бария.
Кислоты диссоциируют на катион водорода и анион кислотного остатка:
НNO3 H+ + NO3–,
H2SO3 2H+ + SO32–.
Задание 6.4. Составьте уравнения диссоциации соляной, серной, фосфорной кислот.
Для многоосновных кислот диссоциация может происходить ступенчато. Это означает, что на каждой стадии отщепляется только один ион водорода. Например:
I ступень: H2SO4 H+ + HSO4–,
II ступень: HSO4– H+ + SO42–.
Задание 6.5. Составьте уравнения ступенчатой (постадийной) диссоциации фосфорной кислоты.
Соли диссоциируют на катион металла (или аммония) и анион кислотного остатка. При составлении таких уравнений следует учитывать вышеизложенные правила (см. «Помните!»):
Проверьте: 2•(3+) + 3•(2–) = (6+) + (6–) = 0.
В ы в о д. Для составления уравнений электролитической диссоциации:
• составьте химическую формулу соединения, укажите валентность составных частей;
• укажите число образовавшихся ионов (по индексам):
• укажите заряды ионов (по валентностям):
Задание 6.6. Составьте уравнения электролитической диссоциации нитрата хрома(III), карбоната натрия, сульфида калия, сульфата железа(III), сульфата железа(II).
Из вышеизложенного следует, что в растворах большинства неорганических веществ наряду с молекулами находится значительное число ионов. В таком случае уравнения реакций, которые показывают состав молекул реагирующих веществ, весьма условны. Более точно отражают состав реагирующих частиц ионно-молекулярные уравнения. Для того чтобы составить ионно-молекулярное уравнение реакции, нужно записать в виде ионов химические формулы сильных и одновременно растворимых электролитов. Состав всех остальных веществ изображается в виде молекул.
Алгоритм составления ионно-молекулярных уравнений
1) Определить силу реагирующих электролитов:
2) Для сильных электролитов определить растворимость (по таблице растворимости):
3) Формулы сильных и одновременно растворимых электролитов записать в виде ионов, остальные формулы не изменять!
H2S + Cu2+ + 2NO3– = CuS 
+ 2H+ + 2NO3–
4) Одинаковые ионы «вычеркнуть», т.к. они не участвуют в реакции (не изменили ни состава, ни заряда). Получаем краткое ионно-молекулярное уравнение:
H2S + Cu2+ = CuS + 2H+.
Краткое ионно-молекулярное уравнение показывает:
– что реакция возможна;
– что в результате реакции образуется осадок (СuS; в других случаяхгаз или слабый электролит или ион нового состава);
– какие ионы или молекулы должны участвовать в аналогичном процессе.
Например, для того, чтобы осуществить процесс
H2S + Cu2+ = CuS + 2H+,
вместо нитрата меди можно взять любую другую растворимую соль меди(II), т.к. она при электролитической диссоциации посылает в раствор ион меди, а анион соли в реакции не участвует:
H2S + CuSO4 …,
H2S + CuCl2 ….
Задание 6.7. Составьте ионно-молекулярные уравнения реакции для процессов, указанных выше, и убедитесь, что краткие ионно-молекулярные уравнения у них одинаковые.
При составлении ионно-молекулярных уравнений может получиться так, что все частицы будут вычеркнуты, т.к. не изменят ни состава, ни заряда. В этом случае говорят, что реакция в растворе не идет. В принципе можно заранее предсказать возможность такого процесса. Реакция ионного обмена в растворе возможна, если происходит связывание ионов, т.е. образуется осадок, газ, слабый электролит или ион нового состава.
Задание 6.8. Составьте ионно-молекулярные уравнения реакций:
а) фосфат натрия + хлорид кальция;
б) карбонат бария + азотная кислота;
в) гидроксид железа(III) + серная кислота;
г) сульфат аммония + гидроксид калия;
д) нитрат алюминия + хлорид натрия.
Сделайте заключение: возможны ли эти процессы. Укажите признаки возможных процессов (осадок, газ, слабый электролит).
