Основные положения теории электролитов Аррениуса, степень

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Определение степени диссоциации и константы диссоциации слабых
электролитов при разных концентрациях.
Определение предельной молярной проводимости и коэффициента
проводимости сильных электролитов.
Теория
Вещества, которые образуют растворы или расплавы с ионной проводимостью
электрического тока, называют электролитами. Для электролитов характерно, что их
растворы проводят электрический ток, но в меньшей степени, чем металлы. Кроме того,
при прохождении электрического тока через раствор электролита происходят химические
превращения (электролиз).
В основе теории электролитов Аррениуса (теории электролитической диссоциации)
лежат три постулата:
1. При растворении в воде молекулы электролитов распадаются на положительные и
отрицательные ионы.
2. Процесс диссоциации является обратимым, т.е. в растворе существует динамическое
равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами, например:
CH 3COOH  CH 3COO   H 
С разбавлением раствора равновесие сдвигается вправо.
3. Сумма положительных электрических зарядов катионов равна сумме отрицательных
зарядов анионов. Кроме того, предполагается, что силы взаимодействия между ионами
отсутствуют, и растворы электролитов ведут себя подобно идеальным газовым системам.
Это положение в теории Аррениуса прямо не отражено, но оно лежит в основе всех ее
количественных характеристик. Диссоциация молекул на ионы происходит частично и
характеризуется степенью диссоциации α .
Степень диссоциации – это отношение числа распавшихся молекул к общему числу
молекул, введенных в раствор. Степень диссоциации меняется от нуля (нет диссоциации)
до единицы (полная диссоциация). Степень диссоциации зависит от природы
растворенного вещества и растворителя, а также от концентрации раствора и
температуры.
Равновесие диссоциации электролита характеризуется константой диссоциации Кд
уравнение (1). Например, для реакции:
CH 3COOH  CH 3COO   H 
KД 
СH COO  H 

3
CH 3COOH 

(1)
Существует три типа электролитов с точки зрения диссоциации:
Слабые – при растворении в воде почти не диссоциируют на ионы.
Средние – электролиты, степень диссоциации которых меньше 30 %, но больше 2 %.
Сильные – такие электролиты, которые при растворении в воде практически полностью
диссоциируют на ионы. У таких электролитов значение степени диссоциации стремиться
к единице.
Молярной электропроводностью (λ) называется электропроводность такого объема
раствора, в котором содержится 1 моль растворенного вещества, причем электроды
расположены на расстоянии 1 см друг от друга. Измеряется в См·см2·моль–1.
Согласно определению удельная и молярная электропроводности связаны соотношением
  1000

(2)
C
где  - удельная электропроводность.
Для большинства электролитов с повышением температуры молярная электропроводность
увеличивается, из-за возрастания подвижности ионов. С разбавлением раствора молярная
электропроводность увеличивается и при достаточно большом разбавлении достигает
максимума. Это объясняется тем, что у слабых электролитов по мере разбавления растет
степень диссоциации, т. е. увеличивается число ионов; у сильных же увеличиваются
расстояния между ионами, ослабляются силы взаимного притяжения между ними и,
следовательно, увеличивается скорость движения ионов.
Разведение,
при
котором
достигается
максимальное
значение
молярной
электропроводности,
называется
«бесконечным»,
а
соответствующая
ему
электропроводность называется молярной электропроводностью при бесконечном
разведении (λ0). Такое состояние характеризуется практически полной диссоциацией
электролита (α = 1) и отсутствием сил электростатического взаимодействия между
ионами. Подвижности ионов при этом достигают своих предельных значений, также как и
величина молярной электропроводности раствора.
Для определения величины λ0 слабых электролитов пользуются расчетным методом,
основанным на законе Кольрауша. Сущность последнего заключается в том, что
подвижность ионов данного типа в бесконечно разбавленном растворе не зависит от
природы других ионов, присутствующих в растворе. Это позволяет рассчитать λ0 слабого
электролита суммированием значений подвижностей соответствующих ионов при
бесконечном разбавлении.
0  0   0 
где λ0+, λ0 - – подвижности ионов. Их значения можно найти в справочниках.
Отношение молярной электропроводности растворов сильных электролитов при данной
концентрации к предельной молярной электропроводности называется коэффициентом
электропроводности (fλ) Эта величина характеризует межионное взаимодействие. Для
слабых же электролитов отношение молярной электропроводности при данном
разведении к предельной молярной электропроводности равно степени диссоциации
электролита:


(3)
0
Зависимость молярной проводимости растворов сильных электролитов от концентрации
изучалась многими исследователями. Для разбавленных растворов Кольрауш предложил
эмпирическое уравнение, называемое законом квадратного корня:
(4)
  0  A C
где А – постоянная величина, зависящая от природы электролита.
Разбавленные растворы слабых электролитов близки по свойствам к идеальным
растворам. Равновесие в таких растворах определяется константой диссоциации, которая
может быть выражена через степень диссоциации:
KД 
 2 C
1
(5)
В случае растворов сильных электролитов уравнение (5) неприемлемо из-за сильного
отклонения свойств таких растворов от свойств идеальных систем, в этом случае говорят
о кажущейся степени диссоциации.
Электропроводность электролитов существенно зависит от температуры. С повышением
температуры электропроводность растворов возрастает вследствие увеличения скорости
движения ионов (уменьшения вязкости среды), следуя линейной зависимости:
t  18 1  at  18
где λt и λ18 – электропроводность при температуре t и 18°С, соответственно, а –
температурный коэффициент электропроводности. Увеличение температуры на один
градус приводит к возрастанию электропроводности на 2-2,5%.
Контрольные вопросы:
1. Какой процесс называется электролитической диссоциацией?
2. Какие вещества называются электролитами?
3. Что называется молярной проводимостью?
4. От каких факторов зависит степень электролитической диссоциации ?
5. Какие электролиты относятся к сильным?
6. Закон Кольрауша.
7. Постулаты теории Аррениуса.