ОХ-08: Растворы. Электролитическая диссоциация
Растворы — гомогенные системы переменного состава. Электролиты диссоциируют на ионы, что определяет протекание реакций ионного обмена; РИО идут до конца при образовании осадка, газа или слабого электролита.
Процесс растворения и растворимость, количественные характеристики состава растворов, теория электролитической диссоциации, водородный показатель, реакции ионного обмена, гидролиз солей и дисперсные системы.
8.1. Понятие о растворах. Процесс растворения. Растворимость веществ
Раствор — однородная (гомогенная) система переменного состава, состоящая из растворителя и растворённых веществ. Растворение — физико-химический процесс: разрушение кристаллической решётки и сольватация (гидратация в воде) частиц. Растворимость — максимальная масса вещества, растворяющаяся в 100 г растворителя при данной температуре. Растворы бывают ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные.
- Раствор
- Гидратация
- Растворимость
- Насыщенный раствор
8.2. Количественная характеристика состава растворов
Массовая доля растворённого вещества ω = m(вещества) / m(раствора). Молярная концентрация (молярность) c = n / V, моль/л. Также используют моляльную концентрацию (моль на кг растворителя) и мольную долю. Задачи на смешение и разбавление растворов решаются по закону сохранения массы растворённого вещества.
- Массовая доля
- Молярная концентрация
- Моляльность
- Мольная доля
8.3. Электролитическая диссоциация
Теория С. Аррениуса (1887): электролиты при растворении в воде или расплавлении распадаются на ионы — катионы (положительные) и анионы (отрицательные). Степень диссоциации α — доля распавшихся молекул. Сильные электролиты диссоциируют полностью (щелочи, сильные кислоты, растворимые соли), слабые — частично (слабые кислоты и основания, вода). Вещества с ковалентной полярной связью диссоциируют за счёт гидратации.
- Электролиты
- Катионы и анионы
- Степень диссоциации
- Сильные и слабые электролиты
8.4. Диссоциация кислот, оснований и солей
Щёлочи диссоциируют на катионы металла и гидроксид-ионы: NaOH → Na+ + OH-. Нерастворимые основания практически не диссоциируют. Средние соли диссоциируют полностью за одну ступень (Na2SO4 → 2Na+ + SO4(2-)), кислые соли — ступенчато через анион с водородом (NaHCO3 → Na+ + HCO3-, далее HCO3- ⇄ H+ + CO3(2-)).
- Ступенчатая диссоциация
- Гидроксид-ион
- Кислые соли
8.5. Диссоциация воды. Водородный показатель
Вода — слабый электролит: H2O ⇄ H+ + OH-. Ионное произведение воды при 25 °C постоянно: Kw = [H+][OH-] = 10^-14. В нейтральной среде [H+] = [OH-] = 10^-7. Водородный показатель pH = −lg[H+]: pH < 7 — кислая среда, pH = 7 — нейтральная, pH > 7 — щелочная. Среду растворов определяют индикаторами: лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый.
- Ионное произведение воды
- pH
- Индикаторы
8.6. Реакции обмена в водных растворах электролитов. Ионные реакции и уравнения
Реакции ионного обмена (РИО) протекают до конца при выполнении хотя бы одного условия: выпадение осадка (↓), выделение газа (↑) или образование слабого электролита (чаще всего воды). Уравнения записывают в трёх формах: молекулярной, полной ионной и сокращённой ионной; сильные электролиты пишут в виде ионов, слабые, осадки и газы — в молекулярной форме.
- Реакции ионного обмена
- Сокращённое ионное уравнение
- Условия необратимости
8.7. Гидролиз солей
Гидролиз — обменное взаимодействие ионов соли с водой. Соль сильного основания и слабой кислоты гидролизуется по аниону (среда щелочная: Na2CO3); соль слабого основания и сильной кислоты — по катиону (среда кислая: NH4Cl); соль слабого основания и слабой кислоты — по обоим ионам (среда зависит от констант, часто гидролиз необратим: Al2S3 + H2O → Al(OH)3↓ + H2S↑). Гидролиз усиливают нагревание и разбавление.
- Гидролиз по катиону
- Гидролиз по аниону
- Совместный гидролиз
8.8. Понятие о дисперсных системах. Коллоидные растворы
Дисперсная система состоит из дисперсной фазы (измельчённое вещество) и дисперсионной среды. По размеру частиц различают грубодисперсные системы (суспензии, эмульсии, аэрозоли; частицы более 100 нм) и коллоидные растворы (частицы 1-100 нм). Коллоидные растворы дают эффект Тиндаля — рассеяние света; многие коллоиды способны к коагуляции и образованию гелей.
- Дисперсная система
- Суспензия
- Эмульсия
- Коллоидный раствор
- Эффект Тиндаля