Причины электролитической диссоциации

Твердые вещества, при растворении которых в воде и полярных растворителях, образуются электролиты, имеют, как правило, ионные или близкие к ним кристаллические решетки. При переходе ионов в раствор энергия электролитического взаимодействия ионов в решетке противопоставляется энергии взаимодействия ионов с дипольными молекулами растворителя, который втягивает ионы в раствор. При этом ионы окружаются молекулами растворителя, образующими вокруг ионов сольватную оболочку.

Если энергия взаимодействия ионов с растворителем становится соизмеримой с энергией ионов, колеблющихся около состояния равновесия в кристаллической решетке, то происходит растворение с диссоциацией.

Взаимодействие дипольных молекул растворителя с элементами кристаллической решетки может привести к образованию электролита даже при растворении веществ, имеющих молекулярную решетку, решетку промежуточного типа или находящихся в газообразном состоянии.

Таким образом, в осуществлении электролитической диссоциации определяющую роль играет взаимодействие ионов с растворителем.

Вода (ε₂₉₁ = 81), а также HCN (ε₂₉₈ = 107) и НСООН (ε₂₉₈ = 57) относятся к растворителям, вызывающим сильную диссоциацию. Низшие спирты и кетоны, уксусная кислота, пиридин имеют ε = 20-35 и также способны образовывать электролиты, хотя и в меньшей степени, чем вода (ε – диэлектрическая проницаемость растворителя).

Из сказанного выше следует, что степень электролитической диссоциации (глубина процесса диссоциации) зависит от:

- типа кристаллической решетки растворенного вещества;

- диэлектрической проницаемости растворителя;

- концентрации электролита (из уравнения (*) следует, что при 1-α →1);

- температуры (степень диссоциации при эндотермическом процессе с ростом температуры возрастает).

Недостатки теории Аррениуса

В теории электролитов очень важным является вопрос о распределении ионов в растворе. Распределение ионов определяется соотношением энергии электролитического взаимодействия и энергии хаотического (теплового) движения ионов. Оказывается, что эти энергии сравнимы по величине, поэтому реальное распределение ионов в электролите является промежуточным между упорядоченным и беспорядочным.

Электролитические силы стремятся установить такое распределение, при котором каждый ион окружен только ионами противоположного знака, но этому противодействует хаотическое движение ионов, приводящее к беспорядочному распределению. Эти противоположные тенденции приводят к тому, что около каждого иона образуется своеобразная ионная атмосфера, в которой преобладают ионы противоположного (по сравнению с центральным ионом) знака.

Аррениус предполагал, что взаимодействие ионов в растворе не влияет на их распределение и движение, которые остаются хаотическими, как и в смесях идеальных газов.

Аррениус утверждал, что свойства отдельных ионов не зависят от концентрации, а некоторые свойства раствора в целом, например электропроводность, пропорциональны числу ионов. Согласно этим представлениям подвижность ионов не должна зависеть от концентрации раствора, а электропроводность сильного электролита должна возрастать с увеличением концентрации раствора. Это противоречит экспериментальным данным.

Теория Аррениуса не предусматривала деление электролитов на сильные и слабые.

Вывод:

Классическая теория Аррениуса применима к слабым электролитам (α ≤ 0,05).

Вопросы для самопроверки

1.В чем сущность теории Аррениуса?

2.К каким электролитам применима теория Аррениуса?

Литература: ОЛ -3, ДЛ-7

Тема 9. Окислительно-восстановительные процессы

Окислительно-восстановительные процессы как реакции переноса электрона. Типы окислительно-восстановительных реакций: реакции диспропорционирования, межмолекулярные и внутримолекулярные реакции.

Цель: усвоение терминологической лексики, профессионально ориентированное чтение, развитие и выработка навыков коммуникативной компетенции, научного мировоззрения.

Занятие 17

Коммуникативная компетенция. Речевая деятельность.

Профессиональная терминология:

1. Окисли́тельно-восстанови́тельные реа́кции (англ. redox, от reduction-oxidation — восстановление-окисление) — это встречно-параллельные химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ (или ионов веществ), реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем (акцептором) и атомом-восстановителем (донором).

2. Окисление (ср. только ед. хим. қышқылдану; тотығу; тотықтандыру; тотықтану; тотықтыру) — процесс отдачи электронов, с увеличением степени окисления.

окисление металла → металдың тотығуы

реакция окисления → тотықтандыру реакциясы

3.Восстановле́ние (хим. тотықсыздандыру; тотықсыздану) -процесс присоединения электронов атомом вещества, при этом его степень окисления понижается.

Например: восстановление органических соединений → органикалық қосылыстарды тотықсыздандыру

Опорная конструкция

Весь окружающий нас мир можно рассматривать как гигантскую химическую лабораторию, в которой ежесекундно протекают окислительно-восстановительные реакции.

Текст

Окисление и восстановление

Окисление и восстановление — два процесса, происходящие при химических реакциях определенного типа. Окисляясь, вещество либо соединяется с кислородом, либо теряет водород, либо теряет электроны. Окисление происходит при горении древесины и газа, взрывах, сгорании топлива. Восстановление — обратный процесс. При восстановлении вещество утрачивает кислород или присоединяет водород, либо электроны. Реакции окислении снабжают организм энергией. Горение – это реакция окисления; при этом выделяется тепло и свет.

Текст

Окисление

Первоначально термин «окисление» означал реакцию соединения вещества с кислородом, т.е. образование оксида. Например, железо при взаимодействии с водой и воздухом образует ржавчину, т.е. оксид железа. Ржавение и другие виды коррозии — это реакции окисления. Окисление — это также реакции, в ходе которых вещество теряет водород или электроны. Например, при взаимодействии магния и хлора образуется хлорид магния (МgСl2). Магний потерял два электрона, следовательно, окислился. При реакции магния с хлором магнии теряет два электрона — окисляется. Переход электронов создает ионную связь между атомами.

Дыхание растений и животных, способствующее пищеварению и выделению энергии, — это тоже реакция окисления. Фактически это медленное сгорание. Уравнение реакции таково: С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О. При дыхании животные усваивают кислород. В их клетках кислород окисляет глюкозу (С2Н12О6), при этом выделяются энергия, вода и углекислый газ.

Текст

Сгорание

Сгорание, или горение, — это реакция окисления, при которой выделяется тепловая энергия. Сгорая, вещество соединяется с кислородом, образуя оксид. Во многих горючих материалах — древесине, газе, бензине — есть водород и углерод. При сгорании они образуют воду и углекислый газ. Когда сгорает вещество, содержащее водород и углерод, эти элементы соединяются с кислородом, образуя диоксид углерода (углекислый газ) и оксид водорода (воду). Поскольку в наши дни на Земле сгорает очень много топлива, содержание углекислого газа в атмосфере растет, что вызывает изменения климата. Бензин сгорает внутри двигателя, поэтому такой двигатель мы называем двигателем внутреннего сгорания.

Текст

Восстановление

Восстановление – процесс, при котором вещество теряет кислород, либо присоединяет водород или электроны. Восстановление – процесс, обратный окислению. Оба процесса происходят одновременно. При реакции оксида меди (соединения меди и кислорода) с углеродом углерод соединяется с кислородом оксида меди. Углерод восстанавливает оксид меди до металлической меди, и при этом сам окисляется, образуя углекислый газ: 2CUO +C = CO2 + 2CU. Когда одно вещество (окислитель) теряет кислород, другое (восстановитель) присоединяет его. Такая реакция называется окислительно-восстановительной. Выплавка железа из руды в доменной печи — реакция восстановления. Железная руда — соединение железа и кислорода. В процессе выплавки восстановителем, отнимающим кислород у железа, является углерод.

Фотосинтез, т.е. процесс образования питательных веществ в растениях, — тоже реакция восстановления. При фотосинтезе растения синтезируют глюкозу (С6Н12О6) из углекислого газа и воды, используя энергию Солнца. Фотосинтез — процесс, обратный дыханию. Уравнение фотосинтеза: 6СО2 + 6Н6О = С6Н12О6 + 6О2. В процессе фотосинтеза деревья и другие растения производят кислород. Часть кислорода используется для дыхания растений, а остаток уходит в атмосферу.

Текст

Вода как растворитель

Вода — превосходный растворитель, очень многие вещества легко растворяются в ней. Именно поэтому в природе редко встречается чистая вода. В молекуле воды электрические заряды слегка разделены, так как атомы водорода располагаются с одной стороны молекулы. Из-за этого ионные соединения (соединения, состоящие из ионов) так легко растворяются в ней. Ионы заряжены, и молекулы воды притягивают их.

Вода, как и все растворители, может растворить только ограниченное количество вещества. Раствор называется насыщенным, когда растворитель не может растворить дополнительную порцию вещества. Обычно количество вещества, которое способен растворить растворитель, возрастает при нагревании. В горячей коде сахар растворяется легче, чем в холодной. Шипучие напитки — это водные распоры углекислого газа. Чем выше давление, тем большее количество газа способен поглотить раствор. Поэтому когда мы открываем банку с напитком и тем самым, уменьшаем давление, из напитка вырывается углекислый газ. При нагревании растворимость газов уменьшается. В 1 литре речной и морской воды обычно растворено около 0,04 грамма кислорода. Этого хватит водорослям, рыбам и другим обитателям морей и рек.

Текст

Кислород

Кислород необходим для жизни. Животные дышат им, с его помощью усваивают пищу и получают энергию. Днем в растениях происходит процесс фотосинтеза, и растения выделяют кислород. Кислород также необходим для сгорания; без кислорода ничто не может гореть. Почти 50% соединений в земной коре и Мировом океане содержат кислород. Обычный песок — это соединение кремния с кислородом. Кислород используют в дыхательных аппаратах водолазов и в больницах. Кислород также используется при производстве стали и ракетной технике.

В верхних слоях атмосферы атомы кислорода соединяются по три, образуя молекулу озона (О3). Озон — это аллотропная модификация кислорода. Озон — ядовитый газ, но в атмосфере озоновый слой защищает нашу планету, поглощая большую часть вредного ультрафиолетового излучения Солнца.

Знаешь ли ты это,что:

1. Степень окисления кислорода почти всегда равна -2.

2. Степень окисления водорода почти всегда равна +1.

3. Степень окисления металлов всегда положительна и в максимальном значении почти всегда равна номеру группы.

4. Степень окисления свободных атомов и атомов в простых веществах всегда равна 0.

5. Суммарная степень окисления атомов всех элементов в соединении равна 0.

Вопросы для самопроверки

1.Какие реакции называются окислительно-восстановительными?

2.Где встречаются окислительно-восстановительные реакции?

Литература: ОЛ -3, ДЛ-7