Жалпы химия: электролиттік диссоциация теориясы.

Заттарды суда еріткенде немесе балқытканда иондарға ыдырауын диссоциация дейміз. Диссоциацияланатын заттар электролиттер, ал диссоциацияға ұшырамайтын заттар — бейэлектролиттер (қант, глюкоза, спирт жөне кейбір жай газдардың \((H_2,~O_2,~N_2)\) судағы ерітінділері жатады).

Бұл теорияның негізін 1887 жылы швед ғалымы С. Аррениус салған.

Аррениус теориясының негізгі қағидалары

1. Тұздар, қышқылдар, негіздер ерігенде және балқығанда иондарға ыдырайды.
2. Ерітінділер мен балқымалардың ток өткізгіштігі осы иондардың концентрациясына тәуелді болады. Олардың оң зарядталғаны катодқа тартылатындықтан катиондар деп, ал анодқа тартылатындары аниондар деп аталады. Ағылшын физигі М. Фарадей XIX ғасырдың 30-шы жылдары «электролит, ион, катион, анион» терминдерін енгізді. Ионды және ковалентті полюсті байланысты молекулалар суда ерігенде иондарға толығымен ыдырайды:

\(NaCl \leftrightarrow Na^++Cl^-\);b \(HCl\leftrightarrow H^++Cl^–\); \(H_2SO_4\leftrightarrow2H^++SO_4^{2–}\)

Электролиттік диссоциация теориясының қазіргі заманғы қағидалары:

1. Заттар суда ерігенде оң жөне теріс иондарға ыдырайды.
2. Диссоциацияның себебі – заттардың гидратациялануы. Электр шамы жанады.
3. Электр тоғының әсерінен иондар катод пен анодқа бағытталады.
4. Диссоциация қайтымды үдеріс: диссоциация (ыдырау)↔ ассоциация (бірігу)
5. Электролиттер әр түрлі шамада диссоциацияланады (α).
6. Электролит ерітінділерінің химиялық касиеттері ондағы иондардың табиғатымен анықталады.
7. Элемент атомы мен оның ионының қасиеттері әр түрлі болады.

Иондар ерітінділерде гидратталған күйде болғанымен, заттардың диссоциациялану теңдеуін жазған кезде гидраттық қоршауын еске алмай, жалаң иондар күйінде жазылады. Бұл - жазу үдерісін оңайлату үшін жасалған шара. Электролит ерітінділерінде электр тогын тасымалдаушы иондар болады. Ондай электролиттерді екінші ретті өткізгіштер деп атайды.

Қышқылдар

\(HCl\rightarrow H^++Cl^–\)

\(HNO_3\rightarrow H^++NO_3^–\)

\(H_2SO_4\rightarrow H^++HSO^{–}_{4}\)

\(HSO_4^–\rightarrow H^++SO_4^{2–}\)

\(H_2SO_4\rightarrow2H^++SO_4^{2–}\)

Көп негізді қышқылдар сатылап диссоциацияланады.

Электролиттік диссоциация теориясы бойынша қышқылдар дегеніміз диссоциациялану нәтижесінде ерітіндіге сутек катиондарын бөлетін күрделі заттар.

Негіздер.

\(NaOH\leftrightarrow Na^++OH^–\)

\(Ca(OH)_2 \leftrightarrow Ca^2+2OH^–\)

\(Ba(OH)_2\leftrightarrow Ba^{2+}+OH^–\)

\((BaOH)^+\leftrightarrow Ba^{2+}+OH^–\)

Көп қышқылды негіздер де сатылы диссоциацияланады. Негіздер дегеніміз диссоциациялану нәтижесінде ерітіндіге гидроксид аниондарын бөлетін электролиттер.

Орта тұздар.

\(MgSO_4\rightarrow Mg^{2+}+SO_4^{2–}\)

\(BaCl_2\rightarrow Ba^++2Cl^-\)

\(Ca(NO_3)_2\rightarrow Ca^{2+}+2NO_3^–\)

Электролиттік диссоциация теориясы тұрғысынан тұздар дегеніміз диссоциациялануы нәтижесінде ерітіндіге металл катиондары мен қышқыл қалдығының аниондарын бөлетін күрделі электролиттер.

Қышқыл тұздар.

\(Na_2HPO_4\leftrightarrow 2Na^++HPO_4^–\)

\(HPO_4^{2–} \leftrightarrow H^++PO_4^{3–}\)

\(Na_2HPO_4\leftrightarrow 2Na^++H^++PO_4^{3–}\)

Негіздік тұздар.

\(Mg(OH)Cl\leftrightarrow[Mg(OH)^+]+Cl^-\)

\(Mg(OH) \leftrightarrow Mg^{2+}+OH^-\)

Олай болса, тұздар деп негіздер мен қышқылдар қалдықтарынан тұратын күрделі заттарды айтамыз.

Кейбір органикалық заттар қышқылдар мен негіздердің ерітінділерінде түстерін өзгертеді, оларды индикаторлар деп атайды.

Диссоциациялану үдерісін сандық жағынан да сипаттауға болады.

Диссоциацияланудың қаншалықты толық жүретіндігін диссоциациялану дәрежесі (α) көрсетеді, α-ны сандық үлеспен (0-1) немесе пайызбен (0-100%) беруге болады.

α = диссоциацияланган молекулалар саны/жалпы еріген молекулалар саны

Диссоциациялану дәрежесінің мәніне қарай электролиттер үш топка бөлінеді:

1. α > 30% – күшті;
2. 3% < α < 30% – орташа күшті;
3. α < 3% – әлсіз.

Күшті электролиттерге ерімтал тұздар, қышқылдар \((HNO_3,~H_2SO_4,~HCl)\), сілтілер \((NaOH,~KOH,~Ba(OH)_2)\) жатады. Бұлар суда ерігенде иондарға толық ыдырайды.

Әлсіз электролиттерге: \(H_2CO_3,~H_2S,~H_3PO_3,~CH_3COOH,~NH_4OH,~H_2O\) жатады. Олар суда еріген кезде иондарға толық ыдырамайды.

Орташа күшті электролиттер: \(H_3PO_4,~H_2SO_3,~HNO_2\), т. б.

Диссоциациялану дәрежесіне заттың және еріткіштің табиғаты, ерітіндінің концентрациясы, температура әсер етеді.

\(c^1=c \cdot a \cdot n\)

Мұндағы:

• c¹ – ерітіндідегі иондар концентрациясы;
• с – заттың молярлы концентрациясы;
• α – диссоциациялану дөрежесі;
• n – ерітіндіге өтетін иондардың моль саны.

Сода кесегін тұз қышқылына салсак мына реакция жүреді:

\(Na_2CO_3+2HCl=2NaCl+H_2O+CO_2 \uparrow\)

\(2Na^++CO_3^{2-}+2H^++2C_1^-=2Na^++2Cl^-+H_2O+CO_2 \uparrow\)

Реакциялардың иондык теңдеулерін жазғанда зат молекуласындағы атом саны коэффициент ретінде ионның алдына қойылады.

Енді қыскартылған иондық теңдеуін жазамыз, ол үшін өзгермеген, яғни тендеудің екі жағындағы бірдей иондарды алып тастап, қалғанын жазамыз.

Реакция газ бөле жүреді.

Мыс сульфатының ерітіндісіне натрий гидроксидінің ерітіндісін құйғанда жүретін реакция:

\(CuSO_4+2NaOH=Cu(OH)_2 \downarrow+Na_2SO_4\)

\(Cu^{2+}+SO_4^{2-}+2Na^++2OH^-=Cu(OH)_2 \downarrow +2Na^++SO_4^{2-}\)

Бұл реакцияда көгілдір тұнба пайда болды.

Осы мысалдардан мынадай қорытынды шығады. Реакция аяғына дейін журу ушін мынадай шарттар орындалуы керек:

1. газдың бөлінуі;
2. тұнбаның пайда болуы;
3. әлсіз электролиттің түзілуі.

Осы қорытынды зат құрамындағы иондарды анықтағанда қолданылады.