Дисоціація солей, кислот і лугів. Теорія і практичне застосування

Для фізичної хімії та біохімії характерний загальний процес, в якому частинки речовини - молекули, іони (позитивно заряджені частинки, звані катіонами і негативно заряджені частинки, які називаються аніонами), радикали розпадаються на більш прості частинки. Цей процес називають дисоціацією, що в перекладі з латинської «dissociation» означає «роз`єднання». Він характеризується таким показником, як «ступінь дисоціації», що показує відношення кількості диссоційованих частинок до загальної кількості частинок до розпаду, тобто частку частинок, які розпалися. Процес розпаду частинок може протікати в результаті певних дій на речовина, характер цих впливів визначає тип дисоціації. Розрізняють термічну дисоціацію, фотодисоціація, дисоціацію під впливом іонізуючого випромінювання, велектролітичні дисоціацію. Дисоціація є протилежністю асоціації та рекомбінації. Цей процес часто плутають з іонізацією.

Електролітична дисоціація є різновидом дисоціації, протікає під впливом полярних молекул розчинника і носить хімічний характер. Речовини, які в розчиннику здатні диссоциировать на іони і проводити електричний струм, називаються електролітами (кислоти, солі, підстави). Речовини, які при розчиненні не розпадаються на іони (спирти, ефіри, вуглеводи та інше) не є електролітами. Найважливіший розчинник електролітів - вода. Сама вода характеризується як слабкий електроліт. Полярні розчинники (наприклад, етанол, аміак і оцтова кислота) також здатні розчиняти електроліти. Дисоціація кислот, лугів, як і дисоціація солей, протікають у водних розчинах. Солі - це клас хімічних сполук, молекули яких складаються з позитивно заряджених частинок (катіонів металів) і негативно заряджених частинок (аніонів кислотних залишків). Кислі солі, на відміну від звичайних солей, складаються з двох типів катіонів (метал і водень) і аніону кислотного залишку. При розчиненні у воді молекули солі розпадаються на іони. Сіль можна відновити, випарити воду.

Відео: Визначення кислоти і підстави

Розрізняють сильні і слабкі електроліти. У класичній теорії електролітичноїдисоціації цей процес визнано вважати оборотним, проте це твердження стосується тільки до слабких електролітів в розведених розчинах. Електролітична дисоціація кислот, основ, солей є незворотнім процесом, так як солі (практично всі, крім деяких комплексних), кислоти і підстави (ті, що утворені лужними і лужноземельними металами) є сильними електролітами, і в слабких розчинах їх молекули повністю (на 100 %) диссоциируют на іони. Сильні електроліти: NaCl (хлорид натрію), HNO3 (азотна кислота), HClO3 (хлоратна кислота), CaCl2 (хлорид кальцію), NaOH (гідроксид натрію). Слабкі електроліти: NH4OH (Гідроксид амонію), H2CO3 (вугільна кислота), CH3COOH (оцтова кислота) і більшість органічних кислот і підстав. Вони при розчиненні у воді здатні диссоциировать частково (зазвичай ця величина лежить в межах від 1 до 10%).

Відео: Солі. Хімічні властивості солей

Тому справедливим є твердження, що в розчині сильних електролітів містяться тільки іони, а в розчиніслабких електролітів, в основному, нераспавшегося молекули речовини. Дисоціація солей призводить до того, що в розчині містяться тільки іони металу і кислотного залишку (наприклад, катіон натрію Na + і аніон хлору Cl-), а нераспавшіхся молекул (NaCl) солі немає. Дисоціація кислих солей призводить до утворення в розчині катіону металу, катіона водню і аніону кислотного залишку. Наприклад, кисла сіль NaHCO3 (гідрокарбонат натрію) дисоціює на катіон натрію (Na +), катіон водню (Н) і аніон кислотного залишку вугільної кислоти (СО3-).

Якщо розчин (розплав) електроліту помістити в електролізер (посудину з катодом і анодом), то при подачі напруги почнеться спрямований рух заряджених частинок до електродів з протилежним зарядом: позитивні катіони - до негативно зарядженого катода, а негативні аніони - до позитивно зарядженого анода. Це властивість електролітів, зокрема, дисоціація солей, застосовується широко в техніці. Методом електролізу здійснюється промислове виробництво алюмінію, міді (методом електролітичного рафінування). Електроліз дозволяє отримувати найчистіші речовини, такої міри чистоти неможливо домогтися іншими методами (ректифікацією, кристалізацією і іншими). За допомогою електролізу метали, витягнуті з руд, очищаються, так як на катоді осідає тільки катіон металу, а домішки залишаються в розчині або розплаві. Таке явище, як дисоціація солей лежить в основі отримання чистого водню і чистого хлору. В воді хлористий натрій розпадається на іони: катіон натрію і аніон хлору. На аноді буде виділятися найчистіший хлор, на катоді - побічний продукт водень, а в розчині буде утворюватися ще один важливий побічний продукт - гідроксид натрію.