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Õèìèÿ 8 êëàññ ñ ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí ÃÄÇ 8 êëàññ§ 36. Ýëåêòðîëèòè÷åñêàÿ äèññîöèàöèÿÊàê âû çíàåòå èç óðîêîâ ôèçèêè, ðàñòâîðû îäíèõ âåùåñòâ ñïîñîáíû ïðîâîäèòü ýëåêòðè÷åñêèé òîê, à äðóãèõ — íåò. ×òîáû îïûòíûì ïóò¸ì ïðîâåðèòü ýòó ñïîñîáíîñòü ó ðàñòâîðîâ ðàçëè÷íûõ âåùåñòâ, âîñïîëüçóåìñÿ ñëåäóþùèì ïðèáîðîì (ðèñ. 129).
Îí ñîñòîèò èç ñòàêàíà, â êîòîðûé íàëèâàþò ðàñòâîð èññëåäóåìîãî âåùåñòâà. Íà ñòàêàí ñòàâÿò ïëàñòèíêó èç ýáîíèòà ñ âìîíòèðîâàííûìè â íå¸ äâóìÿ óãîëüíûìè ýëåêòðîäàìè, ê êëåììàì êîòîðûõ ïðèñîåäèíåíû ïðîâîäà. Îäèí èç íèõ ñîåäèí¸í ñ ëàìïî÷êîé. Âûõîäíîé êîíòàêò îò ëàìïî÷êè è ïðîâîä îò äðóãîé êëåììû èäóò ê èñòî÷íèêó òîêà. Åñëè ðàñòâîð, íàëèòûé â ñòàêàí, ïðîâîäèò ýëåêòðè÷åñêèé òîê, òî ëàìïî÷êà çàãîðàåòñÿ, è ÷åì ëó÷øå ýòà ñïîñîáíîñòü, òåì ÿð÷å ãîðèò ëàìïî÷êà. Ïðîâîäÿò ýëåêòðè÷åñêèé òîê ðàñòâîðû ñîëåé, ùåëî÷åé, êèñëîò.
Ðàñòâîðû ñàõàðà, ñïèðòà, ãëþêîçû è íåêîòîðûõ äðóãèõ âåùåñòâ íå ïðîâîäÿò ýëåêòðè÷åñêèé òîê.
Ïî÷åìó æå ðàñòâîðû ýëåêòðîëèòîâ ïðîâîäÿò ýëåêòðè÷åñêèé òîê? Øâåäñêèé ó÷¸íûé Ñâàíòå Àððåíèóñ, èçó÷àÿ ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ðàñòâîðîâ ðàçëè÷íûõ âåùåñòâ, ïðèø¸ë â 1877 ã. ê âûâîäó, ÷òî ïðè÷èíîé ýëåêòðîïðîâîäíîñòè ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå â ðàñòâîðå èîíîâ, êîòîðûå îáðàçóþòñÿ ïðè ðàñòâîðåíèè ýëåêòðîëèòà â âîäå.
Ñ. Àððåíèóñ, êîòîðûé ïðèäåðæèâàëñÿ ôèçè÷åñêîé òåîðèè ðàñòâîðîâ, íå ó÷èòûâàë âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðîëèòà ñ âîäîé è ñ÷èòàë, ÷òî â ðàñòâîðàõ íàõîäÿòñÿ ñâîáîäíûå èîíû.  îòëè÷èå îò íåãî ðóññêèå õèìèêè È. À. Êàáëóêîâ è Â. À. Êèñòÿêîâñêèé ïðèìåíèëè ê îáúÿñíåíèþ ýëåêòðîëèòè÷åñêîé äèññîöèàöèè õèìè÷åñêóþ òåîðèþ Ä. È. Ìåíäåëååâà è äîêàçàëè, ÷òî ïðè ðàñòâîðåíèè ýëåêòðîëèòà ïðîèñõîäèò õèìè÷åñêîå âçàèìîäåéñòâèå ðàñòâîð¸ííîãî âåùåñòâà ñ âîäîé, êîòîðîå ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ ãèäðàòîâ, à çàòåì îíè äèññîöèèðóþò íà èîíû. Îíè ñ÷èòàëè, ÷òî â ðàñòâîðàõ íàõîäÿòñÿ íå ñâîáîäíûå, íå «ãîëûå» èîíû, à ãèäðàòèðîâàííûå, ò. å. «îäåòûå â øóáêó» èç ìîëåêóë âîäû. Ìîëåêóëû âîäû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé äèïîëè (äâà ïîëþñà), òàê êàê àòîìû âîäîðîäà ðàñïîëîæåíû ïîä óãëîì 104,5°, áëàãîäàðÿ ÷åìó ìîëåêóëà èìååò óãëîâóþ ôîðìó. Ìîëåêóëà âîäû ñõåìàòè÷åñêè ïðåäñòàâëåíà íèæå.
Êàê ïðàâèëî, ëåã÷å âñåãî äèññîöèèðóþò âåùåñòâà ñ èîííîé ñâÿçüþ è ñîîòâåòñòâåííî ñ èîííîé êðèñòàëëè÷åñêîé ðåø¸òêîé, òàê êàê îíè óæå ñîñòîÿò èç ãîòîâûõ èîíîâ. Ïðè èõ ðàñòâîðåíèè äèïîëè âîäû îðèåíòèðóþòñÿ ïðîòèâîïîëîæíî çàðÿæåííûìè êîíöàìè âîêðóã ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ èîíîâ ýëåêòðîëèòà (ðèñ. 130).
Ìåæäó èîíàìè ýëåêòðîëèòà è äèïîëÿìè âîäû âîçíèêàþò ñèëû âçàèìíîãî ïðèòÿæåíèÿ.  ðåçóëüòàòå õèìè÷åñêàÿ ñâÿçü ìåæäó èîíàìè îñëàáåâàåò, è ïðîèñõîäèò ïåðåõîä èîíîâ èç êðèñòàëëà â ðàñòâîð. Î÷åâèäíî, ÷òî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ ïðè äèññîöèàöèè âåùåñòâ ñ èîííîé ñâÿçüþ (ñîëåé è ùåëî÷åé), áóäåò òàêîé: 1) îðèåíòàöèÿ ìîëåêóë — äèïîëåé âîäû îêîëî èîíîâ êðèñòàëëà; 2) ãèäðàòàöèÿ (âçàèìîäåéñòâèå) ìîëåêóë âîäû ñ ïðîòèâîïîëîæíî çàðÿæåííûìè èîíàìè ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ êðèñòàëëà; 3) äèññîöèàöèÿ (ðàñïàä) êðèñòàëëà ýëåêòðîëèòà íà ãèäðàòèðîâàííûå èîíû. Óïðîù¸ííî ïðîèñõîäÿùèå ïðîöåññû ìîæíî îòðàçèòü ñ ïîìîùüþ ñëåäóþùåãî óðàâíåíèÿ:
Àíàëîãè÷íî äèññîöèèðóþò è ýëåêòðîëèòû, â ìîëåêóëàõ êîòîðûõ êîâàëåíòíàÿ ïîëÿðíàÿ ñâÿçü (íàïðèìåð, ìîëåêóëû õëîðîâîäîðîäà ÍÑl, ðèñ. 131),
òîëüêî â ýòîì ñëó÷àå ïîä âëèÿíèåì äèïîëåé âîäû ïðîèñõîäèò ïðåâðàùåíèå êîâàëåíòíîé ïîëÿðíîé ñâÿçè â èîííóþ, è ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ ïðè ýòîì, áóäåò òàêàÿ: 1) îðèåíòàöèÿ ìîëåêóë âîäû âîêðóã ïîëþñîâ ìîëåêóëû ýëåêòðîëèòà; 2) ãèäðàòàöèÿ (âçàèìîäåéñòâèå) ìîëåêóë âîäû ñ ìîëåêóëàìè ýëåêòðîëèòà; 3) èîíèçàöèÿ ìîëåêóë ýëåêòðîëèòà (ïðåâðàùåíèå êîâàëåíòíîé ïîëÿðíîé ñâÿçè â èîííóþ); 4) äèññîöèàöèÿ (ðàñïàä) ìîëåêóë ýëåêòðîëèòà íà ãèäðàòèðîâàííûå èîíû. Óðàâíåíèå äèññîöèàöèè ñîëÿíîé êèñëîòû:
 ðàñòâîðàõ ýëåêòðîëèòîâ õàîòè÷åñêè äâèæóùèåñÿ ãèäðàòèðîâàííûå èîíû ìîãóò ñòîëêíóòüñÿ è îáúåäèíèòüñÿ. Ýòîò îáðàòíûé ïðîöåññ íàçûâàþò àññîöèàöèåé. Ñâîéñòâà ãèäðàòèðîâàííûõ è íåãèäðàòèðîâàííûõ èîíîâ ðàçëè÷àþòñÿ. Íàïðèìåð, íåãèäðàòèðîâàííûé èîí ìåäè Ñè2+ — áåñöâåòíûé â áåçâîäíûõ êðèñòàëëàõ ñóëüôàòà ìåäè (II) CuSO4 è èìååò ãîëóáîé öâåò, êîãäà ãèäðàòèðîâàí, ò. å. ñâÿçàí ñ ìîëåêóëàìè âîäû Ñè2+ • ïÍ2O. Ãèäðàòèðîâàííûå èîíû èìåþò êàê ïîñòîÿííîå, òàê è ïåðåìåííîå ÷èñëî ìîëåêóë âîäû.  ðàñòâîðàõ ýëåêòðîëèòîâ íàðÿäó ñ èîíàìè ïðèñóòñòâóþò è ìîëåêóëû. Ïîýòîìó ðàñòâîðû ýëåêòðîëèòîâ õàðàêòåðèçóþòñÿ ñòåïåíüþ äèññîöèàöèè, êîòîðóþ îáîçíà÷àþò ãðå÷åñêîé áóêâîé α («àëüôà»).
Ñòåïåíü äèññîöèàöèè ýëåêòðîëèòà îïðåäåëÿþò îïûòíûì ïóò¸ì è âûðàæàþò â äîëÿõ èëè â ïðîöåíòàõ. Åñëè α = 0, òî äèññîöèàöèÿ îòñóòñòâóåò, à åñëè α = 1, èëè 100%, òî ýëåêòðîëèò ïîëíîñòüþ ðàñïàäàåòñÿ íà èîíû. Ýëåêòðîëèòû èìåþò ðàçëè÷íóþ ñòåïåíü äèññîöèàöèè, ò. å. ñòåïåíü äèññîöèàöèè çàâèñèò îò ïðèðîäû ýëåêòðîëèòà. Îíà òàêæå çàâèñèò è îò êîíöåíòðàöèè: ñ ðàçáàâëåíèåì ðàñòâîðà ñòåïåíü äèññîöèàöèè óâåëè÷èâàåòñÿ. Ïî ñòåïåíè ýëåêòðîëèòè÷åñêîé äèññîöèàöèè ýëåêòðîëèòû ðàçäåëÿþò íà ñèëüíûå è ñëàáûå. Cèëüíûå ýëåêòðîëèòû ïðè ðàñòâîðåíèè â âîäå ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ äèññîöèèðóþò íà èîíû. Ó òàêèõ ýëåêòðîëèòîâ çíà÷åíèå ñòåïåíè äèññîöèàöèè ñòðåìèòñÿ ê åäèíèöå â ðàçáàâëåííûõ ðàñòâîðàõ. Ê ñèëüíûì ýëåêòðîëèòàì îòíîñÿò: 1) ïðàêòè÷åñêè âñå ñîëè; 2) ñèëüíûå êèñëîòû, íàïðèìåð: H2SO4, HCl, HNO3; 3) âñå ù¸ëî÷è, íàïðèìåð: NaOH, ÊÎÍ. Ñëàáûå ýëåêòðîëèòû ïðè ðàñòâîðåíèè â âîäå ïî÷òè íå äèññîöèèðóþò íà èîíû. Ó òàêèõ ýëåêòðîëèòîâ çíà÷åíèå ñòåïåíè äèññîöèàöèè ñòðåìèòñÿ ê íóëþ. Ê ñëàáûì ýëåêòðîëèòàì îòíîñÿò: 1) ñëàáûå êèñëîòû, íàïðèìåð: H2S, H2CO3, HNO2; 2) âîäíûé ðàñòâîð àììèàêà NH3 • Í2O.
1. Îáðàòèòåñü ê ýëåêòðîííîìó ïðèëîæåíèþ. Èçó÷èòå ìàòåðèàë óðîêà è âûïîëíèòå ïðåäëîæåííûå çàäàíèÿ. 2. Íàéäèòå â Èíòåðíåòå ýëåêòðîííûå àäðåñà, êîòîðûå ìîãóò ñëóæèòü äîïîëíèòåëüíûìè èñòî÷íèêàìè, ðàñêðûâàþùèìè ñîäåðæàíèå êëþ÷åâûõ ñëîâ è ñëîâîñî÷åòàíèé ïàðàãðàôà. Ïðåäëîæèòå ó÷èòåëþ ñâîþ ïîìîùü â ïîäãîòîâêå íîâîãî óðîêà — ñäåëàéòå ñîîáùåíèå ïî êëþ÷åâûì ñëîâàì è ñëîâî-ñî÷åòàíèÿì ñëåäóþùåãî ïàðàãðàôà.
1. Îáúÿñíèòå, ïî÷åìó ðàñòâîð ãèäðîêñèäà êàëèÿ ïðîâîäèò ýëåêòðè÷åñêèé òîê, à ðàñòâîð ãëþêîçû Ñ6Í12O6 — íåò. 2. Ïî÷åìó ïðè ðàçáàâëåíèè ðàñòâîðà ýëåêòðîëèòà ñòåïåíü åãî äèññîöèàöèè óâåëè÷èâàåòñÿ? 3. Äîêàæèòå, ÷òî äåëåíèå õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé íà êîâàëåíòíóþ ïîëÿðíóþ è èîííóþ óñëîâíî. 4. Êàê îòëè÷àåòñÿ ïî ñâîåé ïðèðîäå ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ìåòàëëîâ è ýëåêòðîëèòîâ? 5. Êàê îáúÿñíèòü ýëåêòðè÷åñêóþ ïðîâîäèìîñòü âîäíûõ ðàñòâîðîâ ýëåêòðîëèòîâ?
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