Химия · 9 класс

Электролити­ческая
диссоциация

Почему растворы одних веществ проводят электрический ток, а других — нет

План урока: электролиты и неэлектролиты · механизм распада на ионы · теория Аррениуса · степень диссоциации · кислоты, основания и соли с точки зрения ионов

Листайте стрелками или свайпом

Сегодня на уроке узнаем

  • Какие вещества называют электролитами и почему их растворы проводят ток
  • Как молекулы воды разрушают кристалл соли
  • Как записывать уравнения диссоциации кислот, оснований и солей
  • Где электролиты встречаются в природе, технике и в нашем организме

Определение

Электролитическая диссоциация — распад электролита на катионы и анионы при растворении в воде или при расплавлении

Кристалл NaCl
Ионы в оболочке из молекул воды

Происхождение термина

От латинского dissociatio — «разъединение»

Теорию электролитической диссоциации предложил шведский химик Сванте Аррениус в 1887 году.

Ионы

Заряженные частицы: катионы (+) и анионы (−)

Заряд иона равен числу отданных или принятых электронов: Na отдаёт один электрон и становится Na⁺, Cl принимает один и становится Cl⁻.

Важно знать

  • Диссоциация идёт сама при растворении — электрический ток для неё не нужен
  • Процесс записывают уравнением: NaCl → Na⁺ + Cl⁻
  • На ионы вещества распадаются и в расплаве, например расплав NaOH проводит ток
  • Сумма положительных и отрицательных зарядов в растворе одинакова — раствор электронейтрален

Электролиты и неэлектролиты

Все вещества по способности проводить электрический ток в растворах и расплавах делят на две группы. Проверить это можно простым прибором: два электрода, источник тока и лампочка.

Электролиты

Растворы и расплавы проводят электрический ток — лампочка горит

Связь ионная или ковалентная сильнополярная

Кислоты, щёлочи, соли: HCl, NaOH, NaCl

Ток в растворе переносят свободные ионы — это проводники второго рода.

Неэлектролиты

Растворы и расплавы не проводят ток — лампочка не горит

Связь ковалентная неполярная или слабополярная

Сахар, глюкоза, спирт, кислород, азот

Дистиллированная вода тоже почти не проводит ток: ионов в ней очень мало.

Кто есть кто

  • Соли и щёлочи состоят из ионов уже в кристалле — вода только отделяет их друг от друга
  • Кислоты в чистом виде состоят из молекул, ионы появляются только в водном растворе
  • Оксиды, простые вещества и большинство органических веществ — неэлектролиты
  • Чем больше ионов в растворе, тем ярче горит лампочка прибора

Механизм

Как кристалл NaCl распадается в воде

Молекула воды — диполь: на атоме кислорода частичный отрицательный заряд δ−, на атомах водорода — частичный положительный δ+. Поэтому вода «растаскивает» ионную решётку.

1

Ориентация

Диполи воды притягиваются к ионам: «−» концом к Na⁺, «+» концом к Cl⁻

2

Гидратация

Ионы окружаются молекулами воды, связь в кристалле ослабевает

3

Распад

Гидратированные ионы переходят в раствор и свободно движутся

Обратите внимание

  • Энергия на разрушение кристалла берётся из энергии, которая выделяется при гидратации ионов
  • Гидратированные ионы крупнее свободных и движутся медленнее
  • Безводный сульфат меди CuSO₄ белый, а его раствор голубой — цвет даёт гидратированный ион Cu²⁺
  • Вещества с ковалентной полярной связью, например HCl, распадаются так же: связь поляризуется водой и разрывается

Анимация

Растворение кристалла NaCl

Сначала от кристалла отрываются ионы с краёв и углов — их держит меньше соседей. У Na⁺ молекулы воды повёрнуты к иону кислородом, у Cl⁻ — водородом.

Na⁺ — катион Cl⁻ — анион O и H — молекула воды

Что показывает анимация

  • Кристалл NaCl — кубическая решётка: каждый ион Na⁺ окружён шестью ионами Cl⁻, и наоборот
  • Ионы отрываются по одному, начиная с углов и рёбер кристалла
  • Вокруг каждого иона собирается гидратная оболочка из молекул воды
  • В 100 г воды при 20 °C растворяется около 36 г поваренной соли

Сванте Аррениус · 1887

Основные положения теории

За эту теорию Аррениус получил Нобелевскую премию по химии в 1903 году. Русские химики И. А. Каблуков и В. А. Кистяковский дополнили её идеей гидратации ионов.

В растворах и расплавах электролиты распадаются на ионы — катионы и анионы

Под действием тока катионы идут к катоду (−), анионы — к аноду (+)

Диссоциация — обратимый процесс: ионы могут снова соединяться

Ионы отличаются по свойствам от атомов: Na бурно реагирует с водой, а Na⁺ — нет

Как записывать

  • Для сильных электролитов ставят стрелку →: распад почти полный
  • Для слабых электролитов ставят знак обратимости ⇄: часть молекул остаётся целой
  • Теория Аррениуса лучше всего описывает разбавленные водные растворы
  • Аррениус считал ионы свободными, роль воды учли позже — в виде гидратации

Анимация

Ионы движутся к электродам

Без тока ионы движутся хаотично. Когда в раствор опускают электроды и подключают источник, движение становится направленным — по раствору идёт электрический ток.

Катионы Na⁺ → к катоду (−) Анионы Cl⁻ → к аноду (+)

Что происходит на электродах

  • Катод заряжен отрицательно и притягивает катионы — на нём они принимают электроны
  • Анод заряжен положительно и притягивает анионы — на нём они отдают электроны
  • Процесс, который при этом идёт на электродах, называется электролизом
  • Электролизом получают алюминий, натрий, хлор, водород и чистую медь

Степень диссоциации

α = n / N

n — число распавшихся молекул

N — общее число растворённых молекул

Выражают в долях единицы или в %

Сильные электролиты · α > 30%

HCl, HNO₃, H₂SO₄, щёлочи (NaOH, KOH), почти все растворимые соли

Слабые электролиты · α < 3%

H₂S, H₂CO₃, CH₃COOH, NH₃·H₂O, вода

От чего зависит α

Природа вещества — чем полярнее связь, тем легче распад. Концентрация — при разбавлении α растёт. Температура — при нагревании α обычно растёт.

Пример расчёта

  • В растворе 100 молекул уксусной кислоты CH₃COOH, на ионы распались 2
  • α = 2 / 100 = 0,02, или 2% — значит, это слабый электролит
  • В растворе HCl на ионы распадаются почти все молекулы — α близка к 100%
  • Электролиты, у которых α от 3 до 30%, называют электролитами средней силы

Диссоциация кислот

Кислоты образуют катионы только H⁺

Анион — кислотный остаток. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, и каждая следующая ступень идёт слабее предыдущей.

Ионы H⁺ дают кислотам общие свойства: кислый вкус, действие на индикаторы, реакции с металлами, основными оксидами и основаниями.

Ионы H⁺ и лакмус

В кислоте лакмус становится красным

HCl → H⁺ + Cl⁻
HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻
Ступенчато
H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄⁻
HSO₄⁻ ⇄ H⁺ + SO₄²⁻

Основность кислот

  • Одноосновные отдают один H⁺: HCl, HNO₃, HBr
  • Двухосновные — два H⁺ в две ступени: H₂SO₄, H₂S, H₂CO₃
  • Трёхосновная H₃PO₄ диссоциирует в три ступени: H₃PO₄ ⇄ H⁺ + H₂PO₄⁻ ⇄ … ⇄ PO₄³⁻
  • Сильные кислоты: HCl, HNO₃, H₂SO₄. Слабые: H₂S, H₂CO₃, H₂SiO₃

Диссоциация оснований

Основания образуют анионы только OH⁻

Катион — ион металла (или NH₄⁺). В растворе диссоциируют щёлочи — растворимые основания. Нерастворимые, например Cu(OH)₂, на ионы в воде почти не распадаются.

Ионы OH⁻ дают щелочам общие свойства: мылкость на ощупь, действие на индикаторы, реакции с кислотами и кислотными оксидами.

Ионы OH⁻ и фенолфталеин

В щёлочи фенолфталеин становится малиновым

NaOH → Na⁺ + OH⁻
KOH → K⁺ + OH⁻
Двухкислотное основание
Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH⁻

Запомните

  • Щёлочи: LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ — все сильные электролиты
  • Нашатырный спирт NH₃·H₂O — слабое основание: NH₃·H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻
  • Число групп OH в формуле показывает, сколько ионов OH⁻ образуется
  • Нерастворимые основания (Fe(OH)₃, Cu(OH)₂) уравнений диссоциации не записывают

Диссоциация солей

Соли образуют катионы металла и анионы кислотного остатка

Средние соли диссоциируют в одну ступень. Сумма зарядов ионов равна нулю.

Индекс в формуле становится коэффициентом перед ионом: в Al(NO₃)₃ три группы NO₃, значит в растворе 3NO₃⁻. Кислотный остаток при этом не распадается.

Проверка зарядов: K₂SO₄

+1++1+−2=0
NaCl → Na⁺ + Cl⁻
K₂SO₄ → 2K⁺ + SO₄²⁻
Al(NO₃)₃ → Al³⁺ + 3NO₃⁻
FeCl₃ → Fe³⁺ + 3Cl⁻

Виды солей

  • Средние: NaCl, K₂SO₄ — распадаются на катион металла и анион кислотного остатка
  • Кислые: NaHCO₃ → Na⁺ + HCO₃⁻ — в анионе остаётся водород
  • Соли аммония: NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl⁻
  • Нерастворимые соли (BaSO₄, AgCl, CaCO₃) на ионы почти не распадаются — проверяйте по таблице растворимости

Где это важно

Организм

Ионы Na⁺ и K⁺ передают нервные импульсы, а электролиты поддерживают водный баланс. Поэтому при сильной жажде и жаре пьют солёные растворы.

Аккумуляторы

Электролит переносит заряд внутри батареек и аккумуляторов. В автомобильном аккумуляторе это раствор серной кислоты.

Электролиз

Получение алюминия и хлора, очистка меди, покрытие металлов хромом, никелем и золотом — гальваника.

Ионные реакции

Реакции в растворах идут между ионами и доходят до конца, если выпадает осадок, выделяется газ или образуется вода. Это тема следующего урока.

Электролиты в природе

  • Морская вода — раствор электролитов: в литре около 35 г солей, больше всего NaCl
  • В минеральной воде есть ионы Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, HCO₃⁻, SO₄²⁻ — их состав пишут на этикетке
  • Растения берут из почвы не вещества целиком, а ионы: K⁺, NO₃⁻, PO₄³⁻
  • Морская вода проводит ток намного лучше пресной, потому что ионов в ней гораздо больше

Итоги урока

Что мы узнали

Распад на ионы

Электролиты в воде и в расплаве распадаются на катионы и анионы — это и есть электролитическая диссоциация.

Роль воды

Полярные молекулы воды окружают ионы гидратной оболочкой и разрушают кристалл.

Ток в растворе

Ионы под действием тока движутся к электродам: катионы к катоду, анионы к аноду.

Сила электролита

Степень диссоциации α показывает долю распавшихся молекул: сильные — α > 30%, слабые — α < 3%.

Кислоты и основания

Кислоты дают катионы H⁺, щёлочи — анионы OH⁻. Эти ионы определяют их общие свойства.

Соли

Соли распадаются на катионы металла и анионы кислотного остатка, сумма зарядов равна нулю.

Главное за урок

Электролит+ вода →катионы+анионы→ раствор проводит ток

Электролитическая диссоциация · Химия, 9 класс

Спасибо
за внимание!

Вода, соль и электрический ток — теперь вы знаете, как они связаны

Na⁺Cl⁻K⁺SO₄²⁻Ca²⁺NO₃⁻H⁺OH⁻