"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Электролиты проводят ток в растворах и расплавах благодаря подвижным ионам. Одни вещества распадаются на ионы почти полностью, другие — только частично: их называют сильными и слабыми электролитами. Степень диссоциации показывает, какая доля растворённых частиц распалась на ионы. Она зависит от свойств вещества, растворителя и концентрации раствора, поэтому помогает сравнивать поведение электролитов и понимать, как меняется состав раствора при разбавлении.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электролит — вещество, водный раствор или расплав которого проводит электрический ток благодаря подвижным ионам. Ионы — заряженные частицы, способные перемещаться по раствору или расплаву. Такое определение помогает понять, почему ток проводят не любые растворы: в них должны присутствовать подвижные заряженные частицы.
Сильный электролит — электролит, который в растворе диссоциирует практически полностью. Диссоциация — распад вещества на ионы. Понятие «сильный» описывает именно полноту такого распада, а не концентрацию раствора.
Слабый электролит — электролит, который в растворе диссоциирует лишь частично. Значит, в растворе одновременно есть ионы и частицы, которые не распались на ионы. Это понятие нужно, чтобы отличать неполное превращение частиц от почти полного распада сильного электролита.
Степень диссоциации — отношение числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу растворённых молекул; её обозначают греческой буквой α. Формула: α = Nдисс/Nобщ, где Nдисс — число распавшихся молекул, а Nобщ — общее число растворённых молекул. Она показывает, какая часть частиц диссоциировала, и позволяет сравнивать растворы по этому признаку.
При растворении электролита молекулы воды взаимодействуют с частицами вещества. Вода состоит из полярных молекул: у разных их частей немного различаются электрические заряды. Поэтому молекулы воды притягиваются к заряженным частям частиц электролита, ослабляют связи между ними и помогают ионам отделиться друг от друга. В результате в растворе появляются подвижные ионы.
У сильных электролитов распад частиц на ионы происходит почти полностью. В растворе остаётся очень мало исходных частиц, поэтому уравнение обычно записывают со стрелкой в одну сторону: она показывает направление практически полного превращения. Например, HCl → H⁺ + Cl⁻. Такая запись подчёркивает, что в растворе почти все частицы хлороводорода представлены ионами.
У слабых электролитов часть частиц остаётся в исходном виде, а часть превращается в ионы. При этом ионы могут сталкиваться и соединяться, вновь образуя молекулы, поэтому диссоциация обратима. Обратимую стрелку используют, чтобы показать оба направления процесса: например, H₂CO₃ ⇄ 2H⁺ + CO₃²⁻. Это условная суммарная запись, отражающая возможность как распада, так и обратного соединения частиц.
Чтобы выразить степень диссоциации, число распавшихся молекул делят на общее число растворённых: α = Nдисс/Nобщ. Если из 100 молекул распались 20, то α = 20/100 = 0,2, или 20%. Доля показывает результат в виде числа от 0 до 1, а процент получается, если долю умножить на 100%. Важно не смешивать эти формы записи при вычислениях.
Степень диссоциации зависит от природы электролита, растворителя и концентрации раствора. Разные вещества неодинаково легко образуют ионы, а свойства растворителя влияют на взаимодействие между частицами. Для слабого электролита разбавление обычно увеличивает степень диссоциации: доля частиц, перешедших в ионы, становится больше. Это не означает, что количество самого растворённого вещества увеличилось.
| Признак | Сильный электролит | Слабый электролит |
|---|---|---|
| Насколько полно диссоциирует | Практически полностью | Лишь частично |
| Степень диссоциации | Близка к 1, или к 100% | Меньше 1, то есть меньше 100% |
| Запись уравнения диссоциации | Односторонняя стрелка: → | Обратимая стрелка: ⇄ |
| Примеры веществ | HCl, NaOH | H₂CO₃ |
Сначала определите, распадается ли вещество почти полностью или только частично, а затем выберите соответствующую стрелку. Степень диссоциации помогает сопоставить, какая доля частиц превратилась в ионы. Примеры в таблице показывают, что кислоты и основания могут относиться к разным группам электролитов.
Задача 1. Распределите HCl, NaOH и H₂CO₃ на сильные и слабые электролиты и запишите уравнения их диссоциации. Нужно определить полноту распада каждого вещества, а затем выбрать стрелку. Сильные электролиты обозначим односторонней стрелкой, а слабый — обратимой.
Ответ. Сильные электролиты — HCl и NaOH, слабый — H₂CO₃. Односторонняя стрелка показывает почти полный распад, а обратимая указывает на возможность обратного соединения ионов. В суммарной записи для угольной кислоты число атомов и заряд сбалансированы.
Задача 2. Из 200 молекул растворённого электролита 150 распались на ионы. Найдите степень диссоциации в долях и процентах. В формуле числителем будет количество распавшихся молекул, а знаменателем — общее количество. После деления долю переведём в проценты.
Ответ. Степень диссоциации равна 0,75, или 75%. Это значит, что на ионы распались 75 частиц из каждой сотни. Проверка: 150 меньше 200, поэтому результат должен быть меньше единицы и меньше 100%.
Задача 3. В растворе находится 0,4 моль слабого электролита, степень диссоциации равна 5%. Определите количество вещества диссоциировавших и недиссоциировавших молекул. Здесь общее количество вещества дано в молях, поэтому долю можно применить к 0,4 моль. Оставшуюся недиссоциировавшую часть найдём вычитанием.
Ответ. Диссоциировало 0,02 моль молекул, а 0,38 моль осталось недиссоциировавшими. Проверка: 0,02 + 0,38 = 0,4 моль, то есть исходное количество вещества восстановлено. Перед умножением процент обязательно перевели в долю.
Ошибочно считать, что сильный электролит обязательно образует концентрированный раствор. Так путают способность вещества диссоциировать с количеством растворённого вещества: это разные характеристики. Сильный электролит может находиться в разбавленном растворе, а слабый — в более концентрированном. Проверьте себя вопросом: речь идёт о полноте распада или о количестве вещества в растворе?
Если α выражена в процентах, нельзя подставлять её как целое число. Например, 5% — это 0,05, а не 5; иначе результат увеличится в сто раз. Ошибка появляется, когда забывают, что процент означает сотую часть. Перед вычислением запишите процент в виде дроби или десятичной доли.
Для слабого электролита не следует ставить только одностороннюю стрелку. Такая запись создаёт впечатление, что все исходные частицы распались и обратного процесса нет. Слабая диссоциация обратима, потому что ионы могут соединяться в молекулы. Проверка простая: если электролит слабый, в уравнении должна быть обратимая стрелка.
В формуле степени диссоциации иногда переворачивают числитель и знаменатель. Тогда делят общее число молекул на число распавшихся, хотя нужно найти долю распавшихся среди всех растворённых. Запомните порядок: α = Nдисс/Nобщ. Результат также помогает проверить себя: доля не должна превышать 1, а процент — 100%.
Для этой темы нужно знать, что растворы и расплавы проводят ток благодаря подвижным ионам, и уметь составлять формулы веществ. Эти знания помогают представить, какие частицы появляются при диссоциации и как их записать. При составлении уравнений важно следить за составом вещества и зарядами образующихся ионов.
Понимание силы электролита и обратимости диссоциации пригодится при изучении ионных уравнений и реакций в растворах электролитов. Оно помогает определить, какие частицы реально присутствуют в растворе и участвуют в реакции. Зависимость степени диссоциации от условий также связывает тему с химическим равновесием и факторами, которые на него влияют.
Чем сильный электролит отличается от слабого?
Сильный электролит в растворе диссоциирует практически полностью, а слабый — только частично. Поэтому для сильного электролита обычно записывают стрелку в одну сторону, а для слабого — обратимую.
Почему раствор слабого электролита проводит электрический ток?
Даже при частичной диссоциации в растворе слабого электролита образуются ионы. Они могут перемещаться и переносить электрический заряд, поэтому раствор проводит ток.
Как найти степень диссоциации?
Нужно число частиц, распавшихся на ионы, разделить на общее число растворённых частиц: α = Nдисс/Nобщ. Результат можно записать долей или умножить на 100%, чтобы получить проценты.
Почему для слабого электролита используют обратимую стрелку?
Диссоциация слабого электролита не заканчивается полным распадом всех молекул. Ионы могут соединяться и снова образовывать молекулы, поэтому процесс идёт в обе стороны.
Как разбавление раствора влияет на степень диссоциации?
При разбавлении раствора слабого электролита степень диссоциации обычно увеличивается. Это значит, что доля распавшихся на ионы частиц становится больше.
§ 8. Слабые и сильные электролиты. Степень диссоциации
