Степень диссоциации. Константа диссоциации

Концентрация ионов в растворах зависит от того, насколько полно данный электролит диссоциирует на ионы. В растворах сильных электролитов, диссоциацию которых можно считать полной, концентрацию ионов легко определить по концентрации (c) и составу молекулы электролита (стехиометрическим индексам), например:

c H2SO4 «

2c c 2H+ + SO42-

Концентрации ионов в растворах слабых электролитов качественно характеризуют степенью и константой диссоциации.

Степень диссоциации (α) - отношение числа распавшихся на ионы молекул (n) к общему числу растворенных молекул (N):

a = n / N

и выражается в долях единицы или в % (α = 0,3 – условная граница деления на сильные и слабые электролиты).

Пример

Определите мольную концентрацию катионов и анионов в 0,01 М растворах KBr, NH₄OH, Ba(OH)₂, H₂SO₄ и CH₃COOH.

Степень диссоциации слабых электролитов α = 0,3.

Решение

KBr, Ba(OH)₂ и H₂SO₄ - сильные электролиты, диссоциирующие полностью (α = 1).

KBr «K⁺ + Br^-

[K⁺] = [Br^-] = 0,01 M

Ba(OH)₂ «Ba²⁺ + 2OH^-

[Ba²⁺] = 0,01 M

[OH^-] = 0,02 M

H₂SO₄ «2H⁺ + SO₄

[H⁺] = 0,02 M

[SO₄^2-] = 0,01 M

NH₄OH и CH₃COOH – слабые электролиты (α = 0,3)

NH₄OH⁺₄ + OH^-

[NH⁺₄] = [OH^-] = 0,3 • 0,01 = 0,003 M

CH₃COOH «CH₃COO^- + H⁺

[H⁺] = [CH₃COO^-] = 0,3 • 0,01 = 0,003 M

Степень диссоциации зависит от концентрации раствора слабого электролита. При разбавлении водой степень диссоциации всегда увеличивается, т.к. увеличивается число молекул растворителя (H₂O) на одну молекулу растворенного вещества. По принципу Ле Шателье равновесие электролитической диссоциации в этом случае должно сместиться в направлении образования продуктов, т.е. гидратированных ионов.

Степень электролитической диссоциации зависит от температуры раствора. Обычно при увеличении температуры степень диссоциации растет, т.к. активируются связи в молекулах, они становятся более подвижными и легче ионизируются. Концентрацию ионов в растворе слабого электролита можно рассчитать, зная степень диссоциации α и исходную концентрацию вещества c в растворе.

Пример

Определите концентрацию недиссоциированных молекул и ионов в 0,1 М раствора NH₄OH, если степень диссоциации равна 0,01.

Решение

Концентрации молекул NH₄OH, которые к моменту равновесия распадутся на ионы, будет равна αc. Концентрация ионов NH₄^- и OH^- - будет равна концентрации продиссоциированных молекул и равна αc (в соответствии с уравнением электролитической диссоциации)

NH4OH	«	NH4+	+	OH-
c - ac		ac		ac

[N⁺H₄] = [OH]^- = ac = 0,01 • 0,1 = 0,001 моль/л

[NH₄OH] = c - ac = 0,1 – 0,001 = 0,099 моль/л

Константа диссоциации (K_D) - отношение произведения равновесных концентраций ионов в степени соответствующих стехиометрических коэффициентов к концентрации недиссоциированных молекул.

Она является константой равновесия процесса электролитической диссоциации; характеризует способность вещества распадаться на ионы: чем выше K_D, тем больше концентрация ионов в растворе.

Диссоциации слабых многоосновных кислот или многокислотных оснований протекают по ступеням, соответственно для каждой ступени существует своя константа диссоциации:

Первая ступень:

H₃PO₄ «H⁺ + H₂PO₄^-

KD₁ = ([H⁺][H₂PO₄^-]) / [H₃PO₄] = 7,1 • 10^-3

Вторая ступень:

H₂PO₄^- «H⁺ + HPO₄^2-

KD₂ = ([H⁺][HPO₄^2-]) / [H₂PO₄^-] = 6,2 • 10^-8

Третья ступень:

HPO₄^2- «H⁺ + PO₄^3-

KD₃ = ([H⁺][PO₄^3-]) / [HPO₄^2-] = 5,0 • 10^-13

KD₁ > KD₂ > KD₃

Пример

Получите уравнение, связывающее степень электролитической диссоциации слабого электролита (α) с константой диссоциации (закон разбавления Оствальда) для слабой одноосновной кислоты НА.

HA «H⁺ + A⁺

K_D = ([H⁺][A^-]) / [HA]

Если общую концентрацию слабого электролита обозначить c, то равновесные концентрации Н⁺ и A^- равны αc, а концентрация недиссоциированных молекул НА - (c - αc) = c (1 - α)

K_D = (a • c • ac) / c(1 - a) = a²c / (1 - a)

В случае очень слабых электролитов (a £ 0,01)

K_D = c • a² или a = \é(K_D / c)

Пример

Вычислите степень диссоциации уксусной кислоты и концентрацию ионов H⁺ в 0,1 M растворе, если K_D(CH₃COOH) = 1,85 • 10^-5

Решение

Воспользуемся законом разбавления Оствальда

\é(K_D / c) = \é((1,85 • 10^-5) / 0,1)) = 0,0136 или a = 1,36%

[H⁺] = a • c = 0,0136 • 0,1 моль/л