Ступінь дисоціації слабких і сильних електролітів

Термін «дисоціація» в хімії та біохімії позначає процес розпаду хімічних сполук на іони і радикали. Дисоціація - це протилежне явище асоціації або рекомбінації, і воно оборотно. Кількісна оцінка дисоціації проводиться за допомогою такої величини як ступінь дисоціації. Вона має буквене позначення alpha- і характеризує в реакції дисоціації, що протікає в однорідних (гомогенних) системах з рівняння: КА harr- К + А, стан рівноваги. КА - це частинки вихідної речовини, К і А - це дрібні частинки, на які розпалися в результаті дисоціації більші частки речовини. З чого випливає висновок, що в системі будуть знаходитися диссоційовані і недіссоціірованних частинки. Якщо прийняти, що розпалося n молекул, а не розпалося N молекул, то ці величини можна застосувати для кількісної оцінки дисоціації, яка розраховується у відсотках: alpha- = n • 100 / N або в частках одиниці: alpha- = n / N.

Тобто ступінь дисоціації є відношенням дисоційованому частинок (молекул) гомогенної системи (Розчину) до вихідного кількості часток (молекул) у цій системі (розчині). Якщо відомо, що alpha- = 5%, то це означає, що тільки 5 молекул з 100 вихідних молекул знаходяться у вигляді іонів, а інші 95 молекул не розпадаються. Для кожного конкретного речовини alpha- буде індивідуальним, так як залежить від хімічної природи молекули, а також від температури і від кількості речовини в гомогенної системі (в розчині), тобто від його концентрації. Сильні електроліти, до яких відносяться деякі кислоти, основи і солі, в розчині розпадаються на іони повністю, з цієї причини не підходять для вивчення процесу дисоціації. Тому для дослідження застосовуються слабкі електроліти, молекули яких дисоціюють у розчині на іони не повністю.

Для оборотної реакції дисоціації константу дисоціації (Кд), що характеризує стан рівноваги, визначають за формулою: Кд = [К] [А] / [КА]. Яким чином константа і ступінь дисоціації між собою пов`язані, можна розглянути на прикладі слабкого електроліту. На підставі закону розведення Оствальда вибудовується все логічне міркування: Кд = с • alpha-2, де с - концентрація розчину (в даному випадку с = [КА]). Відомо, що в об`ємі розчину V дм3 розчинений 1 моль речовини. У первісному стані концентрацію молекул вихідної речовини можна виразити: з = [КА] = 1 / V моль / дм3, а концентрації іонів будуть: [До] = [А] = 0 / V моль / дм3. При досягненні рівноваги їх величини змінюються: [КА] = (1 - alpha -) / V моль / дм3 і [К] = [А] = alpha- / V моль / дм3, тоді Кд = (alpha- / V• alpha- / V) / (1 - alpha -) / V = alpha-2 / (1 - alpha-) •V. Розглядається випадок мало диссоциирующих електролітів, ступінь дисоціації (alpha-) яких наближається до нуля, а об`єм розчину можна виразити через відому концентрацію: V = 1 / [КА] = 1 / с. Тоді рівняння можна перетворити: Кд = alpha-2 / (1 - alpha-) •V = alpha-2 / (1 - 0) • (1 / с) = alpha-2•с, а, витягуючи корінь квадратний з дробу Кд / с, можна розрахувати ступінь дисоціації alpha-. Цей закон справедливий, якщо alpha- багато менше 1.

Для сильних електролітів більшою мірою підходить термін удавана ступінь дисоціації. Його знаходять, як відношення удаваного кількості дисоційованому частинок до реального чи з формули визначення ізотонічного коефіцієнта (Називається фактором Вант-Гоффа і показує справжнє поведінка речовини в розчині): alpha- = (i - 1) / (n - 1). Тут i - ізотонічний коефіцієнт, а n - кількість утворилися іонів. Для розчинів, молекули яких повністю розпалися на іони, alpha- asymp- 1, а зі зменшенням концентрації alpha- все більше прагне до 1. Все це пояснюється теорією сильних електролітів, яка стверджує, що рух катіонів та аніонів розпалися молекул сильного електроліту утруднено з кількох причин. Перша: іони оточені молекулами полярного розчинника, це електростатичне взаємодія називається сольватацией. Друга: разноименно заряджені катіони й аніони, що знаходяться в розчині, за рахунок дії сил взаємного тяжіння утворюють асоціати або іонні пари. Асоціати поводяться так само, як і недіссоціірованних молекули.