Теория электролитической диссоциации

ПРОЦЕССЫ В РАСТВОРАХ. ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ

В результате изучения содержания этой главы студент должен:

знать

· теорию электролитической диссоциации, суть понятий сильного и слабого электролита, степени диссоциации;

· закон разбавления Оствальда, процесс ионизации воды, ионное произведение воды, водородный показатель pH;

· теорию Брендстеда, кислотно-основные сопряженные пары;

· протекание обменных реакций в растворах электролитов;

· гидролиз солей;

· понятия ионной силы, активности;

· константу произведения растворимости;

· условия растворения и образования осадков;

уметь

· определять сильные и слабые электролиты, записывать для них уравнения диссоциации;

· записывать ионные уравнения обменных процессов, протекающих в растворах;

· рассчитывать степень диссоциации;

· рассчитывать pH в растворах электролитов;

· определять ионную силу раствора и активность частиц;

· записывать уравнение равновесия в системе осадок — насыщенный раствор;

· определять возможность выпадения осадка при сливании растворов электролитов;

владеть

· алгоритмом расчетов значений pH;

· способами определения кислот, солей и оснований согласно теории электролитической диссоциации;

· навыками приготовления буферных растворов;

· техникой экспериментального определения pH растворов с помощью индикаторов.

Большинство реакций, с которыми приходится иметь дело в практической фармацевтической деятельности, осуществляются с использованием воды в качестве растворителя.

Вода обладает целым рядом уникальных свойств, среди которых: высокая полярность, обусловленная значительной электроотрицательностью атома кислорода и геометрией молекулы, возможность взаимодействия с другими полярными молекулами, малая склонность к диссоциации с образованием катионов Н⁺ и анионов ОН^-, играющая важную роль в кислотно-основных процессах.

 

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ

Электролиты — вещества, распадающиеся на ионы в расплавах или растворах и поэтому проводящие электрический ток. Электролиты являются проводниками второго рода, обладающими ионной проводимостью, т.е. перенос заряда в них осуществляется ионами. (В проводниках первого рода носителями заряда являются электроны.)

Электрическая проводимость — прохождение электрического тока через раствор или расплав электролита; объясняется перемещением ионов, переносящих электрический заряд.

Существует ряд свойств растворов, которые зависят только от числа растворенных частиц и не зависят от их химической природы. Это так называемые коллигативные свойства, например понижение температуры замерзания растворов или повышение их температуры кипения. Тот факт, что экспериментально определенные перечисленные величины в растворах электролитов выше ожидаемых, свидетельствует о том, что при растворении электролита в раствор переходят ионы, число которых превышает число исходных молекул.

Для объяснения особенностей процессов, протекающих в водных растворах электролитов, С. Аррениусом и В. Оствальдом в 1887 г. была предложена теория электролитической диссоциации.

В дальнейшем она была развита в работах русских ученых В.А. Кистяковского и И.А. Каблукова.

Электролитическая диссоциация — распад вещества на ионы при растворении, который происходит вследствие взаимодействия вещества с растворителем. Если электролитическая диссоциация является обратимым процессом, то в растворах электролитов наряду с их ионами присутствуют и молекулы. Количественной оценкой этого процесса служит степень диссоциации.

Степень диссоциации (α) — отношение числа молекул, распавшихся при электролитической диссоциации (N'), к их общему исходному числу (N):

Например, уксусная кислота диссоциирует обратимо согласно уравнению

СН₃СООН D СН₃СОО^- + H⁺

где [Н⁺] — равновесная концентрация ионов водорода, равная количеству вещества продиссоциировавших молекул в 1л; С (СН₃СООН) — исходная концентрация уксусной кислоты.

Степень диссоциации обычно выражают в долях единицы или в процентах.

Степень диссоциации электролита зависит

· от природы электролитов,

· от концентрации,

· от температуры,

· от природы растворителя (один и тот же электролит при одинаковой концентрации, но в различных растворителях характеризуется различной степенью диссоциации).

Уменьшение концентрации электролита (разбавление) сопровождается ростом степени диссоциации. В большинстве случаев к такому же эффекту приводит и повышение температуры.

По степени диссоциации электролиты подразделяются на сильные и слабые.

Сильный электролит в расплавленном состоянии или в растворе практически полностью ионизирован. К таким электролитам относится большинство солей, некоторые кислоты и основания в водных средах, а также в растворителях с высокой ионизирующей способностью (например, в спиртах, амидах, сульфоксидах).

НСl_(г) + Н₂О → Н₃О⁺_(aq) + Cl^-_(aq)

или упрощенно

НСl → Н⁺ + Cl^-

Молекулы слабых электролитов лишь частично диссоциированы на ионы. К слабым электролитам относятся многие органические кислоты и основания как в водных, так и неводных средах:

СН₃СООН_(ж) + Н₂О D CH₃COO^-_(aq) + H₃O⁺_(aq)

резервная                                                     активная

(потенциальная) кислотность                                   кислотность

Потенциальная кислотность — это концентрация катионов Н⁺, которая была бы при полной диссоциации молекул или ионов слабых кислот присутствующих в растворе.

Активная кислотность — это реальна концентрация катионов Н⁺, присутствующих в растворе в виде иона гидроксония.

Современная трактовка теории электролитической диссоциации:

· Электролиты при растворении в воде диссоциируют на катионы и анионы (положительно и отрицательно заряженные ионы). В водном растворе ионы окружены гидратной оболочкой.

· Под действием электрического тока катионы движутся к катоду (отрицательно заряженный электрод), анионы — к аноду (положительно заряженный электрод).

· Во многих случаях электролитическая диссоциация — обратимый процесс, параллельно с распадом молекул на ионы протекает их ассоциация (моляризация).