Властивості електролітів. Сильні і слабкі електроліти. Електроліти - що таке?

Відмінні провідники електричного струму - золото, мідь, залізо, алюміній, сплави. Поряд з ними існує велика група речовин-неметалів, розплави і водні розчини яких теж мають властивість провідності. Це сильні підстави, кислоти, деякі солі, які отримали загальну назву "електроліти". Що таке іонна провідність? З`ясуємо, яке відношення мають речовини-електроліти до цього поширеній явищу.

Які частинки переносять заряди?

Світ навколо повний різних провідників, а також ізоляторів. Про ці властивості тіл і речовин відомо з глибокої давнини. Грецький математик Фалес провів досвід з бурштином (грецькою - «електрон»). Потерши його про шовк, вчений спостерігав явище тяжіння волосся, волокон вовни. Пізніше стало відомо, що бурштин є ізолятором. У цій речовині немає частинок, які могли б переносити електричний заряд. Хороші провідники - метали. У їх складі присутні атоми, позитивні іони і вільні, нескінченно малі негативні частинки - електрони. Саме вони забезпечують перенесення зарядів, коли пропускають струм. Сильні електроліти в сухому вигляді не містять вільних часток. Але при розчиненні і расплавлении відбувається руйнування кристалічної решітки, а також поляризація ковалентного зв`язку.

Вода, неелектролітів і електроліти. Що таке розчинення?

Віддаючи або приєднуючи електрони, атоми металевих і неметалевих елементів перетворюються в іони. Між ними в кристалічній решітці існує досить міцний зв`язок. Розчинення або розплавлення іонних сполук, наприклад, хлориду натрію, призводить до її руйнування. У полярних молекулах немає ні пов`язаних, ні вільних іонів, вони виникають при взаємодії з водою. У 30-х роках XIX століття М. Фарадей виявив, що розчини деяких речовин проводять струм. Вчений ввів у науку такі найважливіші поняття:

• іони (заряджені частинки) ;
• електроліти (провідники другого роду) ;
• катод;
• анод.

Є сполуки - сильні електроліти, кристалічні решітки яких повністю руйнуються із звільненням іонів.

Існують нерозчинні речовини і ті, що зберігаються в молекулярному вигляді, наприклад, цукор, формальдегід. Такі сполуки називаються неелектролітами. Для них не характерне утворення заряджених частинок. Слабкі електроліти (вугільна і оцтова кислота, гідроксид амонію і ряд інших речовин) містять мало іонів.

Теорія електролітичноїдисоціації

У своїх роботах шведський учений С. Арреніус (1859-1927) спирався на висновки Фарадея. Надалі уточнили положення його теорії російські дослідники І. Каблуков і В. Кістяківський. Вони з`ясували, що при розчиненні і расплавлении утворюють іони не всі речовини, а тільки електроліти. Що таке дисоціація по С. Арреніус? Це і є руйнування молекул, що призводить до появи заряджених частинок у розчинах і розплавах. Основні теоретичні положення С. Арреніуса:

1. Підстави, кислоти і солі в розчинах знаходяться в дисоційованому вигляді.
2. Оборотно розпадаються на іони сильні електроліти.
3. Слабкі утворюють мало іонів.

Показником ступеня дисоціації речовини (її часто виражають у відсотках) є співвідношення кількості молекул, що розпалися на іони, і загальної кількості частинок в розчині. Електроліти є сильними, якщо значення цього показника понад 30%, у слабких - менше 3%.

Властивості електролітів

Теоретичні висновки С. Арреніуса доповнили більш пізні дослідження фізико-хімічних процесів у розчинах і розплавах, проведені російськими вченими. Отримали пояснення властивості підстав і кислот. До перших відносять з`єднання, в розчинах з катіонів можна виявити тільки іони металу, анионами є частинки OH<sup>-</sup>. Молекули кислот розпадаються на негативні іони кислотного залишку і протони водню (H<sup>+</sup>). Рух іонів в розчині і розплаві - хаотичне. Розглянемо результати досвіду, для якого буде потрібно зібрати ланцюг, включити в неї вугільні електроди і звичайну лампочку розжарювання. Перевіримо провідність розчинів різних речовин: кухонної солі, оцтової кислоти і цукру (перші два - електроліти). Що таке електричний ланцюг? Це джерело струму і провідники, з`єднані між собою. При замиканні ланцюга лампочка буде горіти яскравіше в розчині кухонної солі. Рух іонів набуває впорядкованість. Аніони направляються до позитивного електрода, а катіони - до негативного.

У цьому процесі в оцтової кислоти бере участь невелика кількість заряджених частинок. Цукор не є електролітом, не проводить струм. Між електродами в цьому розчині виявиться ізолюючий шар, лампочка горіти не буде.

Хімічні взаємодії між електролітами

При зливанні розчинів можна спостерігати, як поводяться електроліти. Що таке іонні рівняння подібних реакцій? Розглянемо на прикладі хімічної взаємодії між хлоридом барію і нітратом натрію:

2NaNO₃ + BaCl₂ + = 2NaCl + Ba (NO₃)₂.

Формули електролітів запишемо в іонному вигляді:

2Na⁺ + 2NO^3- + Ba²⁺ + 2Cl^- = 2Na⁺ + 2Cl^- + Ba²⁺ + 2NO^3-.

Взяті для реакції речовини - сильні електроліти. У цьому випадку склад іонів не змінюється. Хімічну взаємодію між розчинами електролітів можливо в трьох випадках:

1. Якщо один з продуктів є нерозчинним речовиною.

Молекулярне рівняння: Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2NaCl.

Запишемо складу електролітів у вигляді іонів:

2Na⁺ + SO₄^2- + Ba²⁺ + 2Cl^- = BaSO_{4 (білий осад)} + 2Na⁺ 2Cl^-.

2. Одне з утворених речовин - газ.

3. Серед продуктів реакції є слабкий електроліт.

Вода - один з найбільш слабких електролітів

Хімічно чиста вода (дистильована) не проводить електричний струм. Але в її складі є невелика кількість заряджених частинок. Це протони Н⁺ і аніони ОН^-. Дисоціації піддається мізерно мале число молекул води. Існує величина - іонний добуток води, яка є постійною при температурі 25 ° C. Вона дозволяє дізнатися концентрації Н⁺ і ОН^-. Переважають іони водню в розчинах кислот, гідроксид-аніонів більше в лугах. У нейтральних - збігається кількість Н⁺ і ОН^-. Середу розчинів також характеризує водневий показник (рН). Чим він вищий, тим більше присутня гідроксид-іонів. Середовище є нейтральною при інтервалі рН близькому до 6-7. У присутності іонів Н⁺ і ОН^- змінюють свій колір речовини-індикатори: лакмус, фенолфталеїн, метилоранж та інші.

Властивості розчинів і розплавів електролітів знаходять широке застосування в промисловості, техніці, сільському господарстві та медицині. Наукове обгрунтування закладено в роботах ряду видатних учених, пояснити поведінку частинок, з яких складаються солі, кислоти та основи. В їх розчинах протікають різноманітні реакції іонного обміну. Вони використовуються в багатьох виробничих процесах, в електрохімії, гальваніці. Процеси в живих істотах також відбуваються між іонами в розчинах. Багато неметали і метали, токсичні у вигляді атомів і молекул, незамінні у вигляді заряджених частинок (натрій, калій, магній, хлор, фосфор та інші).