Общая химия

При этом ион водорода H⁺ (т. е. протон) оказывается прочно связанным с молекулой воды в ион гидроксония H₃O⁺. Так, при растворении в воде хлороводорода происходит процесс, который схематически можно выразить уравнением:

В результате этого процесса молекула HCl расщепляется таким образом, что общая пара электронов остается у атома хлора, который превращается в ион Cl^-, а протон, внедряясь в электронную оболочку атома кислорода в молекуле воды, образует ион гидросония H₃O⁺.

Подобного же рода процессы происходят и при растворении в воде других кислот, например, азотной:

Перешедшие в раствор ионы остаются связанными с молекулами воды и образуют гидраты ионов. Иначе говоря, в результате диссоциации образуются не свободные ноны, а соединения ионов с молекулами растворителя. В общем случае любого растворителя эти соединения называются сольватами ионов. Но в уравнениях диссоциации обычно пишут формулы ионов, а не их гидратов или сольватов, тем более что число молекул растворителя, связанных с ионами, изменяется в зависимости от концентрации раствора и других условий.

Диссоциации веществ как ионного, так и молекулярного строения способствует полярность молекул растворителя. Поэтому не только вода, но и другие жидкости, состоящие из полярных молекул (муравьиная кислота, этиловый спирт, аммиак и другие), также являются ионизирующими растворителями: соли, кислоты и основания, растворенные в этих жидкостях, диссоциируют на ионы.

84. Степень диссоциации. Сила электролитов.

Если бы электролиты полностью диссоциировали на ионы, то осмотическое давление (и другие пропорциональные ему величина) всегда было бы в целое число раз больше значений, наблюдаемых в растворах неэлектролитов. Но еще Вант-Гофф установил, что коэффициент i выражается дробными числами, которые с разбавлением раствора возрастают, приближаясь к целым числам.

Аррениус объяснил этот факт тем, что лишь часть электролита диссоциирует в растворе на ионы, и ввел понятие степени диссоциации. Степенью диссоциации электролита называется отношение числа его молекул, распавшихся в данном растворе на ионы, к общему числу его молекул в растворе.

- 229 -

Позже было установлено, что электролиты можно разделить на две группы: сильные и слабые электролиты. Сильные электролиты в водных растворах диссоциированы практически нацело.

Понятие степени диссоциации к ним по существу неприменимо, а отклонение изотонического коэффициента i от целочисленных значений объясняется другими причинами (см. § 86). Слабые электролиты в водных растворах диссоциируют только частично, и в растворе устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами.

К сильным электролитам принадлежат почти все соли; из важнейших кислот и оснований к ним относятся HNO₃, H₂SO₄, HClO₄, HCl, HBr, HI, KOH, Ba(OH)₂ и Ca()H)₂

К слабым электролитам относится большинство органических кислот, а из важнейших неорганических соединений к ним принадлежат H₂CO₃, H₂S, HCN, H₂SiO₃ и NH₄OH..

Степень диссоциации принято обозначать греческой буквой α и выражать либо в долях единицы, либо в процентах. Так, для 0,1н. раствора CH₃COOH α = 0,013 (или 1,3%), а для 0.1 н. раствора HCN α = 10^-4 (или 0.01%).

85. Константа диссоциации.

К равновесию, которое устанавливается в растворе слабого электролита между молекулами и ионами, можно применить законы химического равновесия и записать выражение константы равновесия. Например, для диссоциации уксусной кислоты

константа равновесия имеет вид

Здесь в числителе дроби стоят концентрации ионов —продуктов диссоциации, а в знаменателе — концентрация недиссоциированных молекул.

Константа равновесия, отвечающая диссоциации слабого электролита, называется константой диссоциации. Величина К зависит от природы электролита и растворителя, а также от температуры, но не зависит от концентрации раствора. Она характеризует способность данной кислоты или данного основания распадаться на ионы: чем выше К, тем легче электролит диссоциирует.

Многоосновные кислоты, а также основания двух- и более валентных металлов диссоциируют ступенчато. В растворах этих веществ устанавливаются сложные равновесия, в которых участвуют ионы различного заряда. Например, диссоциация угольной кислоты происходит в две ступени:

Первое равновесие — диссоциация по первой ступени — характеризуется константой диссоциации, обозначаемой K₁,

- 230 -

а второе — диссоциация по второй ступени — константой диссоциации K₂:

Суммарному равновесию

отвечает суммарная константа диссоциации К:

Величины K, K₁ и K₂ связаны друг с другом соотношением:

K=K₁K₂

Аналогичные соотношения характеризуют и ступенчатую диссоциацию оснований многовалентных металлов. Например, двум ступеням диссоциации гидроксида железа (II)

отвечают константы диссоциации:

Суммарной диссоциации

отвечает константа:

При этом

K=K₁K₂