Ще на зорі вивчення електричних явищ учені помітили, що струм можуть проводити не тільки метали, але й розчини. Але не будь-які. Так, водні розчини кухонної солі й інших солей, розчини сильних кислот і лугів добре проводять струм. Розчини оцтової кислоти, вуглекислого газу проводять його набагато гірше. А от розчини спирту, цукру й більшості інших органічних сполук електричний струм зовсім не проводять.
Чому розчини одних речовин проводять електричний струм, а інші — ні?
Згадаємо, що таке електричний струм. Це потік заряджених частинок. Виходить, якщо розчин проводить електричний струм, то в ньому мають бути заряджені частинки. Звідки ж вони можуть узятися в розчині?
ЕЛЕКТРОЛІТИ Й НЕЕЛЕКТРОЛІТИ
Дослід «Дослідження речовин та їх водних розчинів на електричну провідність»
Досліджувані речовини: кристалічний натрій хлорид, дистильована вода, розчин натрій хлориду, кристалічний цукор, розчин цукру, хлоридна кислота.
Зберемо таке електричне коло {рис. ЗО): У склянку по черзі будемо поміщати різні речовини та вмикати джерело електричного струму. Якщо речовина струм проводить, лампочка буде горіти.
Отже, кристалічний натрій хлорид — лампочка не горить, значить, ця кристалічна сіль електричний струм не проводить.
♦ Дистильована вода — лампочка не горить, значить, чиста вода електричний струм не проводить.
♦ Розчин натрій хлориду — лампочка горить, отже, цей розчин проводить електричний струм.
♦ Кристалічний цукор — лампочка не горить, значить, кристалічний цукор електричний струм не проводить.
♦ Розчин цукру — лампочка не горить, значить, розчин цукру електричний струм не проводить.
♦ Хлоридна кислота — лампочка горить, отже, цей розчин проводить електричний струм.
— У побуті ми завжди використовуємо воду, в якій розчинені певні речовини: солі, гази.
З хімічної точки зору, це не вода, а розчин. Тому електричний струм вона проводить.
Висновок: далеко не всі речовини та їх розчини проводять електричний струм. Причому кристалічна кухонна сіль електричний струм не проводить, а її розчин — проводить. Чому?
1887 року шведський фізик і хімік Сванте Арреніус, досліджуючи електропровідність водних розчинів, висловив припущення, що під час розчинення речовини розпадаються на заряджені частинки — йони, які можуть пересуватися
до електродів — негативно зарядженого катода (катіони) і позитивно зарядженого анода (аніони). Це і є причина виникнення електричного струму в розчинах (рис. 31 і 32). Очевидно, чим більше йонів у розчині, тим краще він проводить електричний струм.
Речовини, які розпадаються в розчинах або розплавах на йони й завдяки цьому проводять електричний струм, називають електролітами.
Речовини, які в розчинах і розплавах на йони не розпадаються і не проводять електричний струм, називають неелектро-літами.
До електролітів належать речовини з йонними й ковалентними полярними зв’язками: кислоти, луги й розчинні солі, до неелектролітів — речовини, в молекулах яких є тільки ковалентні неполярні або малополярні зв’язки, наприклад більшість органічних сполук. Так як речовини розпадаються на йони під час розчинення у воді, то належність їх до електролітів можна визначити за таблицею розчинності. Якщо сіль, кислота або основа розчинна, то вона є електролітом.
Дослід «Рух йонів у електричному полі»
Можна побачити рух йонів до електродів, якщо вони забарвлені. Приєднаємо до батарейки два електроди й закріпимо їх на фільтрувальному папері.
Попередньо змочимо папір водою, а ще краще водним розчином якого-небудь електроліту, наприклад кухонної солі. Помістимо посередині між електродами кристалик калій перманганату KMnO4 («марганцівки»). Через деякий час ми побачимо фіолетово-коричневу «доріжку» в напрямку до позитивно зарядженого електрода (рис. 33). Це рухаються забарвлені йони MnO4. Цей дослід можна провести з іншими забарвленими йо-нами, наприклад блакитними йонами Cu2+. Звичайно, ці йони будуть рухатися до негативно зарядженого електрода.
Яким чином речовини розпадаються на йони — пояснює теорія електролітичної дисоціації.
ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОЇ ДИСОЦІАЦІЇ
Ми вже розглядали, як відбувається розчинення речовин у воді. Давайте стисло повторимо основні положення:
♦ Молекула води має заряджені полюси, вона є диполем. Вода — полярний розчинник.
♦ У воді добре розчиняються речовини з ковалентним полярним і йонним зв’язком.
♦ Під час розчинення молекули води притягуються до часточок речовини, що розчиняється, — відбувається процес гідратації.
♦ Під час гідратації виділяється енергія, яка використовується на розрив зв’язків у молекулах або кристалічних ґратках речовини, що розчиняється.
♦ У розчин переходять гідратовані (оточені частинками води) частинки — молекули або йони.
Так описують розчинення будь-яких речовин: і електролітів, і неелектролітів. Теорія електролітичної дисоціації включає ці самі положення, але тільки щодо електролітів. Таким чином,
для розчинних речовин з йонними або ковалентними полярними зв’язками процеси розчинення і дисоціації — це одне й те саме.
Теорію дисоціації застосовують не тільки до розчинів, але й до розплавів електролітів.
Розпад електролітів на йони під час розчинення їх у воді або розплавлення називають електролітичною дисоціацією.
— «Електролітична» — це від слова «електроліт»;
— «дисоціація» — від лат. dissociation «розподіл».
Те саме слово англійською dissociation, німецькою ш Dissoziation має таке саме значення.
Розглянемо малюнок, який ілюструє електролітичну дисоціацію речовин з йонним зв’язком:
У закордонних підручниках хімії поряд із йонами, які містяться у водному розчині, поряд у дужках нижнім індексом пишуть (aq), наприклад Na+aq), показуючи в такий спосіб, що йон гідратований. У наших підручниках так писати не прийнято, але ми маємо пам’ятати про це.
Розглянути процес розчинення й дисоціації речовин із ковалентним полярним зв’язком можна на прикладі гідроген хлориду.
Зв’язок H - Cl — ковалентний, полярний. Молекули HCl — диполі з негативним зарядом на атомі Cl і позитивним — на атомі Н. У водному розчині молекули HCl оточені з усіх боків молекулами води так, що позитивні полюси молекул H2O притягуються до негативних полюсів молекул HCl, а негативні полюси — до позитивних полюсів молекул HCl. У результаті зв’язок H - Cl додатково поляризується й розривається з утворенням гідратованих катіонів H+ й аніонів Cl-. Диполі H2O ніби розривають молекули HCl на окремі йони.
Дізнайтеся більше
Йон H+ — по суті протон — приєднується до молекули води, утворюючи йон гідроксонію H3O+. Йон гідроксонію, у свою чергу, може об’єднуватися з іншими молекулами води, утворюючи гідра-товані йони, наприклад H5O+, H7O+, H9O+.
Таким чином, унаслідок електролітичної дисоціації речовин у розчині утворюються йони, які обумовлюють його електропровідність.
 |
під час розчинення у воді розпадаються на йони і проводять електричний струм |
 |
|
під час розчинення у воді не розпадаються на йони і не проводять електричний струм |
 |
ПЕРЕВІРТЕ ВАШІ ЗНАННЯ
131. Які речовини називають електролітами? Наведіть приклади.
132. Які речовини називають неелектролітами? Наведіть приклади.
133. Які положення включає теорія електролітичної дисоціації?
134. Поясніть, чому розчини натрій гідроксиду й гідроген броміду проводять електричний струм.
135. Які хімічні зв’язки в електролітах? неелектролітах?
ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ
136. Електроліти — це речовини:
а) що складаються з йонів;
б) що у твердому стані проводять електричний струм;
в) розчини яких проводять електричний струм;
г) розчини й розплави яких проводять електричний струм.
137. Речовини, що проводять електричний струм тільки в розплаві, мають:
а) атомні кристалічні ґратки;
б) молекулярні кристалічні ґратки;
в) йонні кристалічні ґратки;
г) атомні та йонні кристалічні ґратки.
138. Речовини, що проводять електричний струм у розчині, мають:
а) ковалентний неполярний зв’язок;
б) ковалентний полярний зв’язок;
в) йонний і ковалентний полярний зв’язок;
г) йонний зв’язок.
139. Виберіть зі списку йони, які будуть рухатися:
а) до позитивно зарядженого електроду — анода;
б) до негативно зарядженого електроду — катода.
Йони: Mg2+, Cl-, SO4-, Fe3+, Ni2+, NO-.
140. Після випарювання всієї води з розчину калій хлориду масою 2000 г отримали суху сіль масою 4 г. Обчисліть масову частку солі у вихідному розчині.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Гранкіна