В) Механизм электролитической диссоциации.

Современные представления о причинах и механизме диссоциации электролитов основаны на химической теории растворов Д.И. Менделеева и исследованиях выдающегося химика И.А. Каблукова.

Электролитическая диссоциация в растворе происходит за счет сложного физико-химического взаимодействия молекул растворителя с электролитом. Большую роль играет характер химической связи и строение молекул растворителя и растворенного вещества. Растворители, в которых электролиты растворяются на ионы, состоят из полярных молекул – полярные растворители. Типичный представитель – вода.

Согласно химической теории растворов Д.И. Менделеева, при растворении веществ в воде происходит химическое взаимодействие растворенного вещества с молекулами воды. В результате образуются химические соединения – гидраты.

И.А. Каблуков доказал гидратацию не только молекул, но и ионов, которые особенно склонны к гидратации. Соединяясь с молекулами воды, ионы становятся гидратированными и более устойчивыми.

Число молекул воды, присоединенных к иону, определяется его размером: небольшие по размеру катионы бериллия образуют тетрагидраты Be(H₂O)²⁺₄ ; катионы большого размера образуют гексагидраты: Mg(H₂O)²⁺₆, Ni(H₂O)²⁺₆, Fe(H₂O)²⁺_6.

Катионы, имеющие меньшие размеры, чем анионы, притягивают молекулы воды сильнее и прочнее удерживают их.

Особенно устойчивы гидраты многозарядных катионов (Me²⁺, Me³⁺).

Силы взаимодействия между некоторыми катионами и молекулами воды настолько прочны, что образуемые ими гидратированные ионы существуют не только в растворе, но и в кристаллическом состоянии. Например тетрагидрат бериллия Be (H₂O)²⁺₄ входит также в состав твердых солей: BeCl_{2 *} 4H₂O;

BeSO_{4 *} 4H₂O; BeCO₃ ^. 4H₂O.

Механизм диссоциации электролита с ионной связью в водном растворе – например, хлорида натрия. При растворении в воде, ионы соли, находящиеся в узлах кристаллической решетки, взаимодействуют с диполями воды: положительные полюсы молекул воды притягиваются к отрицательным хлорид- ионам; отрицательные полюса – к положительным ионам натрия. Между ионами электролита и диполями воды возникают силы взаимного притяжения (ион – дипольные связи), которые прочнее межионных связей в кристалле.

В результате связь между ионами в кристалле ослабляется, кристаллическая решетка ионного соединения разрушается и ионы в гидратированном виде переходят в раствор.

 

 

 

Гидратированные ионы

 

 

 

Процесс электролитической диссоциации хлорида натрия с учетом гидратации ионов выражается следующим уравнением:

 

Na⁺Cl^- + nH₂O Na^{+ .} xH₂O + Cl ^– (n – x) H₂O

Кристаллы гидратированные

ионы

Уравнение в упрощенном виде, без учета гидратации ионов: NaCl Na⁺ + Cl^-

Механизм диссоциации электролитов с полярной ковалентной связью: например, HCl – вокруг каждой молекулы растворяемого вещества происходит ориентация диполей воды и возникают междипольные связи. В результате диполь-дипольного взаимодействия изменяется характер химической связи в молекуле HCl. Связь в молекуле электролита становиться более полярной, а затем превращается в ионную. Эта связь разрывается с образованием гидратированных ионов, которые переходят в раствор.

 

HCl + m H₂O = H^{+ .} H₂O + Cl^{- .} (m - 1)H₂O

газ гидратированные ионы

 

 

+

 

Так диссоциируют кислородсодержащие и бескислородные кислоты.

Главной причиной диссоциации молекул электролитов на ионы в водных растворах являются гидратация ионов. В образовании гидратированных ионов большую роль играют донорно-акцепторное, диполь-дипольное и ион-дипольное взаимодействия, водородные связи и другое.

Например, ионы водорода, соединяясь в растворе с молекулой воды, образуют ионы гидроксония H₃O⁺: H₂O + H ⁺ H₃O⁺, где имеет место донорно-акцепторное взаимодействие:

 

:

H.. H.. H +

O: + H ⁺ O H⁺ O H

H H H