§ 10. Диссоциация кислот, оснований и солей

Определения и обозначения

Электролитическая диссоциация — распад электролита на ионы при растворении в воде или расплавлении. Вода состоит из полярных молекул: их части имеют частичные заряды и притягиваются к ионам вещества. Это понятие нужно, чтобы объяснять появление заряженных частиц в растворе.

Катион — положительно заряженный ион. Он образуется, когда атом или группа атомов отдаёт один или несколько электронов, поэтому положительный заряд оказывается больше отрицательного. Обозначение катиона помогает увидеть, какие частицы будут переносить положительный заряд.

Анион — отрицательно заряженный ион. Он возникает, когда атом или группа атомов присоединяет электроны и получает избыток отрицательного заряда. По записи аниона можно определить его заряд и отличить его от катиона в формуле вещества.

Электролит — вещество, раствор или расплав которого проводит электрический ток благодаря подвижным ионам. В твёрдом веществе ионы часто закреплены в частицах кристаллической решётки, а в растворе или расплаве могут перемещаться. Термин помогает отличать такие вещества от неэлектролитов, чьи растворы не проводят ток за счёт ионов.

Как это устроено

При растворении электролита молекулы воды взаимодействуют с его частицами своими полярными участками. Разноимённые заряды притягиваются, поэтому молекулы воды окружают ионы или полярные частицы вещества. Такое взаимодействие ослабляет притяжение между частицами электролита, и они разделяются; в результате в растворе появляются подвижные ионы.

Уравнение диссоциации показывает, на какие ионы распадается вещество и в каком соотношении они образуются. Сначала определяют состав и заряды ионов, затем ставят коэффициенты, необходимые для сохранения числа атомов каждого элемента. После этого складывают заряды правой части: сумма должна равняться заряду исходной частицы, обычно нулю. Например, NaCl → Na⁺ + Cl⁻: один атом натрия и один атом хлора сохраняются, а общий заряд справа равен нулю.

Кислоты дают катионы водорода H⁺ и анионы кислотного остатка, потому что атомы водорода в их составе могут отделяться от остатка. Число таких атомов определяет, сколько катионов H⁺ приходится на одну частицу кислоты. У многоосновной кислоты отщепление может идти ступенчато: сначала отделяется один H⁺, затем следующий. Например, для H₂SO₄ суммарное уравнение имеет вид H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻.

При диссоциации основания связь между катионом металла и гидроксид-ионами разделяется. Поэтому продуктами становятся катион металла и OH⁻, а число гидроксид-ионов равно числу групп OH в формуле. Так, из Ba(OH)₂ образуются один катион Ba²⁺ и два гидроксид-иона. Проверка заряда подтверждает запись: +2 + 2 · (−1) = 0.

Соль состоит из положительных катионов металла или аммония и отрицательных анионов кислотного остатка. При диссоциации индексы, показывающие соотношение частиц в формуле соли, переходят в коэффициенты перед соответствующими ионами. Например, в Al₂(SO₄)₃ находятся два атома алюминия и три сульфат-иона, поэтому Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO₄²⁻. Заряды частей уравнения совпадают: слева они в сумме равны нулю, и справа 2 · (+3) + 3 · (−2) = 0.

Диссоциация кислот, оснований и солей

Сначала найдите класс вещества по формуле, затем сверьте типы ионов с соответствующей строкой таблицы. Пример помогает проверить, какие коэффициенты поставить перед ионами. После записи уравнения отдельно проверьте сохранение атомов и заряда.

Разбор задач

Запишите уравнение диссоциации NaOH и назовите образующиеся ионы.

1. NaOH — основание: в его формуле есть металл натрий и одна группа OH. Поэтому при распаде нужно записать катион натрия и гидроксид-ион. Это позволяет заранее определить состав правой части уравнения.
2. Записываем NaOH → Na⁺ + OH⁻. Перед каждым ионом коэффициент равен единице, потому что в формуле содержатся по одному атому Na и одной группе OH. Заряды +1 и −1 взаимно компенсируются.

Ответ: NaOH → Na⁺ + OH⁻; образуются катион натрия и гидроксид-ион.

Составьте уравнение диссоциации H₂SO₄, указав число каждого образующегося иона.

1. H₂SO₄ — кислота, содержащая два атома водорода и кислотный остаток SO₄. При полной диссоциации каждый атом водорода даёт по одному катиону H⁺. Поэтому перед H⁺ потребуется коэффициент 2.
2. Записываем H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻. Слева два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода; справа столько же. Суммарный заряд справа: 2 · (+1) − 2 = 0, как и заряд молекулы слева.

Ответ: H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻; образуются два катиона водорода и один сульфат-ион.

Запишите уравнение диссоциации Al₂(SO₄)₃ и проверьте сохранение атомов и суммарного заряда.

1. Это соль: в ней положительная часть — алюминий, отрицательная — сульфат-ион SO₄²⁻. Индекс 2 у Al означает два катиона алюминия, а индекс 3 за скобками — три сульфат-иона. Для проверки заряда учитываем, что ион алюминия имеет заряд +3.
2. Записываем Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO₄²⁻. Слева два атома Al, три атома S и двенадцать атомов O; справа количества совпадают. Суммарный заряд справа равен 2 · (+3) + 3 · (−2) = 0, следовательно, заряд сохранён.

Ответ: Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO₄²⁻; атомы и суммарный заряд сохранены.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что при диссоциации появляются нейтральные атомы. Так думают, потому что мысленно делят формулу на отдельные элементы, но в растворе частицы имеют заряды. Проверяйте себя: записывайте символы ионов с верхними индексами заряда и убеждайтесь, что они соответствуют составу вещества.

Иногда забывают индексы и ставят по одному иону каждого вида. Это происходит, если формулу воспринимают как готовое уравнение, не учитывая число частиц в ней. Сверьте число атомов и групп в исходной формуле с коэффициентами у ионов: например, в CaCl₂ должно получиться два Cl⁻.

Индекс у атома металла в формуле могут ошибочно принять за заряд его иона. Индекс показывает число атомов или групп, а заряд определяется составом соединения и зарядом других ионов. Чтобы проверить себя, найдите такие заряды, при которых суммарный заряд нейтральной формульной единицы равен нулю.

Ещё одна ошибка — записать уравнение, в котором не сохраняется суммарный заряд. Её допускают, проверяя только число атомов и забывая о заряженности частиц. Посчитайте отдельно сумму зарядов слева и справа с учётом коэффициентов: они должны быть равны.

Связь с другими темами

Для составления уравнений диссоциации нужно уметь распознавать формулы кислот, оснований и солей. Также понадобятся знания о валентности и зарядах простых и сложных ионов. Эти сведения помогают правильно разделить формулу вещества на составные ионы.

Ионы, появившиеся в растворе, участвуют в реакциях ионного обмена. В сокращённых ионных уравнениях оставляют частицы, которые действительно меняются в ходе реакции. Поэтому понимание диссоциации помогает определить, какие ионы записывать.

Подвижные ионы объясняют электропроводность растворов и расплавов электролитов. Под действием электрического поля положительные и отрицательные заряды перемещаются в противоположных направлениях. Так свойства раствора связываются с частицами, из которых он состоит.

Что запомнить

• Электролитическая диссоциация — образование ионов при растворении в воде или расплавлении.
• Катионы имеют положительный заряд, анионы — отрицательный.
• Кислоты при диссоциации образуют H⁺ и анионы кислотного остатка.
• Основания образуют катионы металла и OH⁻.
• Соли образуют катионы металла или аммония и анионы кислотного остатка.
• В уравнении диссоциации сохраняются число атомов и суммарный электрический заряд.