Тщательно очищенная от посторонних примесей вода обладает определённой, хотя и незначительной, электрической проводимостью, заметно возрастающей с повышением температуры. Наличие электрической проводимости может быть объяснено только тем, что молекулы воды, частично распадаются на ионы, т.е. H2O является слабым электролитом. Процесс диссоциации воды может быть записан H2O + H2O ↔ H3O+ + OH¯. Этот процесс называется самоионизацией. Реакцию воды часто записывают в более простом виде:H2O ↔ H+ + OH¯.
Константа диссоциации воды может быть вычислена по уравнению Кд = (aH aOH)/aH2O (1). Учитывая, что при комнатной температуре на ионы распадается лишь одна из примерно 108 молекул воды, активности ионов в уравнении могут быть заменены их концентрациями , а концентрацию нераспавшихся молекул воды можно считать равной общей концентрации молекул воды. Концентрацию молекул можно рассчитать, разделив массу 1 л воды на массу её моля: 1000/18 = 55,5 моль/л. Считая эту величину постоянной, можно уравнение (1) записать в виде: [H+] [OH¯] = Кд 55,5 = Кв, где Кв – ионное произведение воды. При расчётах связанных с водными растворами электролитов, используют не концентрации, активности ионов: aH·aOH = Кв.
Водородным показателем, или pH, называется взятый с обратным знаком десятичный логарифм активности ионов водорода в растворе: pH = — lg aH. Водородный показатель определяет характер реакции раствора. При pH<7 реакция раствора кислая, при ph>7 – щелочная, при pH=7 – реакция нейтральная. Водородный показатель имеет важное значение для понимания большинства процессов, протекающих в жидкой фазе, так как ионы H+ и OH¯ непосредственно участвуют во многих из этих процессов. Кроме того, эти ионы являются гомогенными катализаторами многих реакций. Величина pH может служить критерием силы кислоты или основания. Водородный показатель играет важную роль в жизнедеятельности организма, так в норме pH сыворотки крови равен 7,40 ± 0,05, слёз – 7,4 ± 0,1. отклонение pH от нормальных значений приводит к расстройству деятельности организма. Существенно влияние на урожайность оказывает pH почвы, на экологию водоёма – pH воды.
Индикаторы (позднелат. indicator — указатель), химические вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Указывают на определенное состояние системы или на момент достижения этого состояния.
Различают индикаторы обратимые и необратимые. Изменение окраски первых при изменении состояния системы может быть повторено многократно. Необратимые индикаторы подвергаются необратимым химическим превращениям, например, азосоединения при окислении ионами BrO3— разрушаются. Индикаторы. которые вводят в исследуемый раствор, называют внутренними, в отличие от внешних, реакцию с которыми проводят вне анализируемой смеси. В последнем случае одну или несколько капель анализируемого раствора помещают на бумажку, пропитанную индикатором, или смешивают их на белой фарфоровой пластинке с каплей индикатора.
Индикаторы применяют чаще всего для установления конца какой-либо химической реакции, главным образом конечной точки титрования (к. т. т.). В соответствии с титриметрическими методами различают кислотно-основные, адсорбционные, окислительно-восстановительные и комплексонометрические индикаторы.
Кислотно-основные индикаторы представляют собой растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет или люминесценцию в зависимости от концентрации ионов Н+ (рН среды).
Адсорбционные индикаторы — вещества, способные адсорбироваться на поверхности осадка и менять при этом окраску или интенсивность люминесценции. Эти индикаторы, как правило, обратимы и используются в осадительном титровании.
Окислительно-восстановительные индикаторы — вещества, способные изменять окраску в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала раствора.
Комплексонометрические индикаторы — вещества, образующие с ионами металлов (М) окрашенные комплексы, по цвету отличающиеся от самих индикаторов.
Читайте также:
Иногда в качестве комплексонометрических индикаторов применяют комплексонат какого-либо иона (например, [CuY]2-, где Y — анион этилендиаминтетрауксусной кислоты) в смеси с металлохромным индикаторы, например ПАН. При введении определяемого иона М2+ происходит реакция: М2+ + [CuY]2- + ПАН D [MY]2- + [СuПАН]+. При титровании каким-либо комплексоном в к. т. т. окраска раствора меняется от фиолетовой к желто-оранжевой, т.е. очень контрастно. При комплексонометрическом определении Сu используют в качестве индикатора ее комплекс с ПАН, адсорбированный на поверхности осажденного AgI. В этом случае можно определять Ag и Сu при совместном присутствии: в кислой среде раствором KI оттитровывают сначала ионы Ag, а затем комплексоном — ионы Сu.
Применяются также так называемые неокрашенные комплексонометрические индикаторы, избирательно взаимодействующие с ионами определяемого металла с образованием слабо окрашенных (el 103) комплексов, например,сульфосалициловая кислота при титровании Fe (III). Флуоресцентные комплексонометрические индикаторы(или металлофлуоресцентные индикаторы) взаимодействуют с катионами металлов с образованием интенсивно флуоресцирующих хелатов.
Диссоциация электролитов
К электролитам относятся вещества с ионной или сильнополярной ковалентной связью. Первые в виде ионов существуют еще до перевода их в растворенное или расплавленное состояние. К электролитам относятся соли, основания, кислоты.
Различают сильные и слабые электролиты. Сильные электролиты при растворении в воде полностью диссоциируют на ионы. К ним относятся: почти все растворимые соли, многие неорганические кислоты (например, H2SO4, HNO3, HCl), гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Слабые электролиты при растворении в воде незначительно диссоциируют на ионы. К ним относятся почти все органические кислоты, некоторые неорганические кислоты (например, H2CO3), многие гидроксиды (кроме гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов).
Как и другие химические реакции, электролитическую диссоциацию в растворах записывают в виде уравнений диссоциации. При этом для сильных электролитов рассматривают процесс как идущий необратимо, а для электролитов средней силы и слабых – как обратимый процесс.
Кислоты – это электролиты, диссоциация которых в водных растворах протекает с образованием ионов водорода в качестве катионов. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. Каждая следующая ступень идет все с большим и большим трудом, так как образующиеся ионы кислотных остатков являются более слабыми электролитами.
Основания – электролиты, диссоциирующие в водном растворе с образованием гидроксид-иона ОН- в качестве аниона. Образование гидроксид-иона является общим признаком оснований и обуславливает общие свойства сильных оснований: щелочной характер, горький вкус, мылкость на ощупь, реакцию на индикатор, нейтрализацию кислот и т. д.
Соли – это электролиты, диссоциирующие в водном растворе с образованием катиона металла и кислотного остатка. Соли диссоциируют не ступенчато, а нацело:
Теория электролитической диссоциации
Электролиты – вещества, подвергающиеся в растворах или расплавах электролитической диссоциации и проводящие электрический ток за счет движения ионов.
-
Читайте также:
Теория электролитической диссоциации (С. Аррениус, 1887) в современном понимании включает следующие положения:
- электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы – положительные (катионы) и отрицательные (анионы). Ионизация происходит легче всего для соединений с ионной связью (солей, щелочей), которые при растворении (эндотермический процесс разрушения кристаллической решетки) образуют гидратированные ионы.
Гидратация ионов – экзотермический процесс. Соотношение затраты и выигрыша энергии определяет возможность ионизации в растворе. При растворении вещества с полярной ковалентной связью (например, хлороводород HCl) диполи воды ориентируются у соответствующих полюсов растворяемой молекулы, поляризую связь и превращая ее в ионную с последующей гидратацией ионов. Этот процесс является обратимым и может идти как полностью, так и частично.
- гидратированные ионы устойчивы, беспорядочно передвигаются в растворе. Под действием электрического тока движение приобретает направленный характер: катионы движутся к отрицательному поясу (катоду), а анионы – к положительному (аноду).
- диссоциация (ионизация) – обратимый процесс. Полнота ионизации зависит от природы электролита (соли щелочи диссоциируют практически нацело), его концентрации (с увеличением концентрации ионизация идет труднее), температуры (повышение температуры способствует диссоциации), природы растворителя (ионизация происходит только в полярном растворителе, в частности, в воде).
Частые вопросы
Что такое электролит?
Электролит – это вещество, способное проводить электрический ток в растворе или плавящемся состоянии.
Какие вещества могут быть электролитами?
Электролитами могут быть как ионы металлов (например, натрий, калий), так и ионы кислот и оснований (например, хлориды, сульфаты, гидроксиды).
Как электролиты влияют на проводимость электрического тока?
Электролиты, находящиеся в растворе или плавящемся состоянии, диссоциируют на положительно и отрицательно заряженные ионы. Это позволяет электрическому току свободно протекать через раствор или плавящуюся среду.
Полезные советы
СОВЕТ №1
Ознакомьтесь с основными свойствами электролитов. Электролиты – это вещества, способные в растворе или плавленом состоянии образовывать ионные растворы. Ионы, образующиеся при диссоциации электролита, способны проводить электрический ток.
СОВЕТ №2
Изучите классификацию электролитов. Электролиты могут быть классифицированы на два типа: сильные и слабые. Сильные электролиты полностью диссоциируют в ионы в растворе, а слабые электролиты диссоциируют только частично. Понимание этой классификации поможет вам лучше понять поведение электролитов в различных условиях.
СОВЕТ №3
Изучите примеры электролитов. Некоторые из наиболее распространенных примеров электролитов включают соли, кислоты и щелочи. Ознакомление с этими примерами поможет вам лучше понять, какие вещества могут быть электролитами и как они взаимодействуют с другими веществами.
Загрузка...
