Сильные и слабые электролиты

Различают проводники первого и второго рода. В проводниках первого рода перенос заряда осуществляется либо при помощи электронов, либо при помощи электронов и дырок. К таким проводникам относятся металлы и полупроводники. В проводниках второго рода электрическая проводимость обусловливается положительными и отрицательными ионами. Это – растворы солей, кислот, щелочей, солевые расплавы, некоторые кристаллы солей.

Вещества, в которых перенос электричества в электрическом поле осуществляется с помощью заряженных частиц – ионов, называются электролитами

Процесс распада растворенного вещества на ионы называют электролитической диссоциацией. Распад на ионы происходит независимо от того, подвергается или не подвергается вещество действию электрического тока. Образование растворов электролитов происходит по двум основным механизмам.

1. Взаимодействие ионов кристалла с диполями растворителя, приводящее к разрушению кристаллической решетки и появлению в растворе сольватированных ионов.

2. Взаимодействие с растворителем вещества, состоящего из нейтральных молекул. Так, при растворении в воде газообразного хлористого водорода получается раствор сильного электролита:

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^-

Образовавшиеся ионы H₃O⁺ и Cl^- вступают во взаимодействие с молекулами растворителя, образуя сольватированные ионы.

Электролиты подразделяются на сильные и слабые. К сильным относят вещества, полностью распадающиеся на ионы при растворении. Обычно это соединения, решетка которых построена из ионов (NaCl, CaCl₂, CuSО₄ и другие). Слабые электролиты распадаются на ионы лишь частично, например, водные растворы аммиака, многих органических кислот. Доля распавшихся молекул на ионы называется степенью диссоциации (α).

Электролитическая диссоциация слабых электролитов носит динамический характер, в растворе непрерывно происходят процессы диссоциации электролита на ионы и соединение ионов в молекулы. К процессу электролитической диссоциации слабых электролитов применим закон действующих масс.

Так, если в результате диссоциации молекул бинарного электролита получается один катион и один анион, то константа диссоциации может быть выражена уравнением (2.1):

,

где С – начальная концентрация МА; α – степень диссоциации МА.

, (2.1)

где V=1/C – разведение, объем, в котором содержится 1 моль электролита.

Уравнение (2.1) называется законом разведения Оствальда. По теории Аррениуса константа диссоциации является постоянной для данного электролита и не зависит от концентрации. Из уравнения (2.1) можно рассчитать степень диссоциации в зависимости от концентрации электролита. Решая квадратное уравнение, получаем:

. (2.2)

При малых константах диссоциации и при не очень низких концентрациях К²<<4КС. Поэтому из уравнения (2.2) следует

(2.3)

Уравнения (2.1 - 2.3) применимы только для бинарных электролитов. Для других типов электролитов математические соотношения усложняются. Константа диссоциации (а значит и степень диссоциации) зависит от температуры. Зависимость К = f(Т) определяется по уравнению изобары Вант-Гоффа:

, (2.4)

где ∆ Н_дисс - теплота диссоциации, складывающаяся из двух эффектов: теплоты, поглощаемой при распаде молекул на ионы и теплоты гидратации (сольватации) ионов молекулами растворителя. ∆ Н_дисс может быть больше и меньше нуля.

Из уравнения (2.4) следует, что К_дисс может как расти (при ∆ Н_дисс > 0), так и убывать (при ∆ Н_дисс < 0) с ростом температуры.