Dysocjacja elektrolityczna kwasów
Podczas rozpuszczania kwasów w wodzie, sole i zasady dysocjują na jony naładowane dodatnio i ujemnie (kationy i aniony). Określmy charakterystyczne wspólne cechy dysocjacji elektrolitów każdego ze związków chemicznych.
Kwasy, jak pamiętacie, składają się z wodoru i reszty kwasowej, połączonych polarnym wiązaniem kowalencyjnym. W poporzednim paragrafie na przykładzie rozpuszczania chlorowodoru zaobserwowaliśmy, jak pod wpływem działalności molekuł wody wiązanie polarne przekształca się na wiązanie jonowe i kwas dysocjuje na kationy wodoru i jony chlorku.
Tak więc, z punktu widzenia teorii dysocjacji elektrolitycznej Arrheniusa,
kwasy - to elektrolity, w czasie dysocjacji których tworzą się kationy wodoru i aniony reszty kwasowej.
Podobnie jak dysocjacja kwasu solnego odbywa się dysocjacja i innych kwasów, na przykład kwasu azotowego:
W przypadku dysocjacji molekuły kwasu siarkowego ilość kationów wodoru dwa razy przewyższa ilość anionów reszty kwasowej - jonów siarczanowych. Ładunek anionu równa się -2 (we wzorach jonów zapisujemy „2-”):
Nazwy anionów, które tworzą się w przypadku dysocjacji kwasów, są tożsame z nazwami reszty kwasowej. Podano je w tabeli rozpuszczalności na wyklejce.
Łatwo można zauważyć, że podczas dysocjacji różnych kwasów tworzą się różne aniony, ale kationy pozostają jednego typu - kationy wodoru H+. Tak więc, z punktu widzenia teorii dysocjacji elektrolitycznej, właśnie kationy wodoru determinują charakterystyczne właściwości kwasów - kwaśny smak, zmianę barwy wskaźników, reakcje z metalami aktywnymi, tlenkami zasadowymi, zasadami i solami.
Kwasy wielozasadowe dysocjują stopniowo, odczepiając jony wodoru kolejno, jeden za drugim. Na przykład, w roztworze kwasu siarkowego zachodzą takie procesy:
Jak widać z podanych równań dysocjacji kwasu wielozasadowego, aniony, które powstają podczas dysocjacji stponiowej w pierwszym etapie, zawierają jony wodoru. Jest to zawarte w nazwie anionów: HS04 — jon wodorosiarczanowy.
Dysocjacja elektrolityczna kwasu ortofosforowego zachodzi w trzech etapach:
Tak więc, każdemu kwasowi wielozasadowemu odpowiada kilka anionów i wszystkie one jednocześnie są obecne w roztworze.
Zwróćcie uwagę, że w niektórych równaniach dysocjacji występują strzałki dwukierunkowe. Co one oznaczają, dowiecie się w paragrafie następnym.
Dysocjacja elektrolityczna zasad
Zasady składają się z kationów pierwiastka metalicznego i anionów wodorotlenkowych. Podczas dysocjacji zasad te jony przechodzą do roztworu. Ilość jonów wodorotlenkowych, które utworzyły się podczas
dysocjacji, jest równa ładunkowi jona pierwiastka metalicznego. Tak więc, z punku widzenia teorii dysocjacji elektrolitycznej,
Zasady - to elektrolity, które dysocjują na kationy pierwiastka metalicznego i aniony wodorotlenkowe.
Rozpatrzmy równanie dysocjacji zasad na przykładzie dysocjacji wodorotlenków sodu i baru:
Podczas dysocjacji zasad tworzą się aniony jednego typu - jony wodorotlenkowe OH-, które określają wszystkie cechy charakterystyczne roztworów zasad: zdolność do zmiany zabarwienia wskaźników, reagowania z kwasami, tlenkami kwasowymi i solami.
Dysocjacja elektrolityczna soli
Sole są tworzone przez kationy pierwiastka metalicznego i aniony reszty kwasowej. Podczas rozpuszczania soli w wodzie jony te przechodzą do roztworu. Tak więc,
Sole - to elektrolity, które dysocjują na kationy pierwiastka metalicznego i aniony reszty kwasowej.
Rozpatrzmy dysocjację soli na przykładzie dysocjacji azotanu potasu:
W sposób analogiczny dysocjują również inne sole, na przykład azotan wapnia i fosforan tripotasowy:
W równaniach dysocjacji soli ładunek kationu z absolutną wartością jest taki sam jak stopień utlenienia pierwiastka metalicznego, a ładunek anionu - jak suma stopni utlenienia w reszcie kwasowej.
Na przykład, siarczan miedzi(II) dysocjuje na jony
Ładunek kationów pierwiastków metalicznych w większości przypadków można określić przy pomocy układu okresowego pierwiastków. Ładunki kationów pierwiastków metalicznych głównych podgrup najczęściej są takie same, jak numer grupy, w której znajduje się pierwiastek:
Pierwiastki metaliczne podgrup pobocznych najczęściej tworzą kilka jonów, na przykład Fe2+, Fe3+.
Ładunki reszt kwasowych łatwiej określać według ilości jonów wodoru w składzie molekuły kwasu, niż robiliście to w klasie 8. Ładunki niektórych reszt kwasowych podano w tabeli rozpuszczalności na wyklejce.
Zwróćcie uwagę, że w równaniach dysocjacji kwasów, zasad i soli ładunek sumaryczny kationów i anionów powinien być równy zeru, ponieważ dowolna substancja jest neutralna elektrycznie.
Dysocjacja stopniowa warunkuje możliwość istnienia soli kwaśnych i zasadowych. Sole kwaśne zawierają jony wodoru, jak kwasy. Dlatego takie sole nazywamy kwaśnymi. A sole zasadowe zawierają jony wodorotlenkowe, jak zasady.
W pierwszym etapie dysocjacji kwasu siarkowego tworzy się jon wodorosiarczanowy HS04 dzięki któremu istnieją sole kwaśne: NaHS04 (wodorosiarczan sodu), AI(HS04)3 (wodorosiarczan glinu) itd. Dla kwasu fosforowego również charakterystyczne są sole kwaśne: K2HP04 (fosforan dipotasu) albo KH2P04 (fosforan monopotasowy).
W roztworach sole kwaśne dysocjują w dwóch etapach:
Sole kwaśne są typowe tylko dla kwasów wielozasadowych, ponieważ dysocjują one stopniowo. Jedynym wyjątkiem jest kwas jednozasadowy - kwas fluorowodorowy. Dzięki wiązaniu wodorowemu w roztworze tego kwasu są cząsteczki H2F2 i kwas fluorowodorowy może tworzyć sól kwaśną o wzorze KHF2.
Niektóre wodorotlenki nierozpuszczalne tworzą kationy, które posiadają jon wodorotlenkowy. Na przykład, glin znajduje się w składzie kationu AIOH2+, dzięki czemu istnieje sól o składzie AIOHCI2 (chlorek hydroksoglinu). Taką sól nazywamy zasadową.
Myśl główna
Pytania kontrolne
100. Podajcie definicję kwasów, zasad i soli z punktu widzenia teorii dysocjacji elektrolitycznej.
101. Na czym polega osobliwość dysocjacji kwasów wielozasadowych w porównaniu z jednozasadowymi? Objaśnijcie ją na przykładzie kwasu siarkowego.
Zadania utrwalające wiedzę
102. W następstwie dysocjacji molekuły kwasu utworzył się jon, który ma ładunek 3-. Ile jonów wodoru utworzyło się razem z nim?
103. Ułóżcie równania dysocjacji elektrolitycznej kwasów: węglowego, bromowego, azotawego. Nazwijcie aniony, które się utworzyły.
104. Które z podanych kwasów będą dysocjować stopniowo: HCI, H2C03, HN03, H2S, HCI, H2S03? Odpowiedzi potwierdźcie równaniami reakcji.
105. Ułóżcie równania dysocjacji soli: azotanu magnezu, chlorku glinu, bromku baru, węglanu sodu, fosforanu sodu.
106. Podajcie po jednym przykładzie soli, żeby w wyniku dysocjacji ich ilości substancji 1 mola utworzyło się: a) 2 mole jonów; b) 3 mole jonów; c) 4 mole jonów; d) 5 moli jonów. Zapiszcie równania dysocjacji.
107. Zapiszcie ładunki jonów w substancjach: a) Na2S, Na2S04, MgS04, Na3P04, AIP04; b) NaHS04, Mg(HS04)2, CaHP04, NaOH, Ba(OH)2. Nazwijcie te substancje.
108. Ułóżcie równania dysocjacji elektrolitycznej substancji: wodorotlenku potasu, siarczku baru, azotanu(lll) żelaza, chlorku magnezu, siarczanu glinu.
109. Ułóżcie wzór substancji, w czasie dysocjacji której tworzą się jony wapnia i jony wodorotlenkowe.
110. Z podanego spisu substancji wypiszcie oddzielnie elektrolity i nieelektro-lity: HCI, Ca, Cr2(S04)3, Fe203, Mg(OH)2, C02, Sr(OH)2, Sr(N03)2, P205, H20. Ułóżcie równania dysocjacji elektrolitów.
111. W przypadku dysocjacji pewnego azotanu utworzy się 1 mol kationów z ładunkiem 2+. Jaka ilość substancji jonów azotanu przy tym się utworzyła?
112. Ułóżcie wzory i zapiszcie równania dysocjacji siarczanu(ll) żelaza i siarcza-nu(lll) żelaza. Czym się różnią te sole?
113. Podajcie po jednym przykładzie równań dysocjacji soli według podanych wzorów (literą M oznaczono pierwiastek metaliczny, a X - resztę kwasową):
114. W roztworze znajdują się jony K+, Mg2+, N03, S04“. Jakie substancje się rozpuściły? Podajcie dwa warianty odpowiedzi.
115*. Ułóżcie równania dysocjacji tych elektrolitów, które tworzą jony chlorkowe: CrCI3, KCI03, BaCI2, Ca(CIO)2, HCI04, MgOHCI.
Źródło: Chemia podręcznik dla klasy 9 Hryhorowycz