โซลูชั่น
ทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า
การแยกตัวด้วยไฟฟ้า
อิเล็กโทรไลต์และไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
ทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า
(เอส. อาร์เรเนียส, 1887)
1. เมื่อละลายในน้ำ (หรือละลาย) อิเล็กโทรไลต์จะแตกตัวเป็นไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบ (ขึ้นอยู่กับการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์)
2. ภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า แคตไอออน (+) จะเคลื่อนที่ไปทางแคโทด (-) และแอนไอออน (-) จะเคลื่อนไปทางแอโนด (+)
3. การแยกตัวด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่สามารถย้อนกลับได้ (ปฏิกิริยาย้อนกลับเรียกว่าโมลาไรเซชัน)
4. ระดับการแยกตัวด้วยไฟฟ้า (ก ) ขึ้นอยู่กับลักษณะของอิเล็กโทรไลต์และตัวทำละลาย อุณหภูมิและความเข้มข้น แสดงอัตราส่วนของจำนวนโมเลกุลที่แตกออกเป็นไอออน ( n ) กับจำนวนโมเลกุลทั้งหมดที่ใส่เข้าไปในสารละลาย (ญ)
ก = n / N 0< a <1
กลไกการแยกตัวด้วยไฟฟ้าของสารไอออนิก
เมื่อละลายสารประกอบด้วยพันธะไอออนิก (เช่น NaCl ) กระบวนการให้ความชุ่มชื้นเริ่มต้นด้วยการวางแนวของไดโพลน้ำรอบๆ ส่วนที่ยื่นออกมาและผิวหน้าของผลึกเกลือ
โมเลกุลของน้ำที่เรียงตัวอยู่รอบๆ ไอออนของโครงตาข่ายคริสตัลจะก่อให้เกิดพันธะไฮโดรเจนหรือพันธะระหว่างผู้บริจาคกับพวกมัน กระบวนการนี้ปล่อยพลังงานจำนวนมาก ซึ่งเรียกว่าพลังงานความชุ่มชื้น
พลังงานแห่งความชุ่มชื้นซึ่งมีขนาดเทียบได้กับพลังงานของโครงตาข่ายคริสตัลนั้นถูกใช้เพื่อทำลายโครงตาข่ายคริสตัล ในกรณีนี้ ไอออนไฮเดรตจะผ่านชั้นทีละชั้นเข้าไปในตัวทำละลาย และเมื่อผสมกับโมเลกุลของมันจะเกิดเป็นสารละลาย
กลไกการแยกตัวด้วยไฟฟ้าของสารมีขั้ว
สารที่มีโมเลกุลเกิดขึ้นตามประเภทของพันธะโควาเลนต์เชิงขั้ว (โมเลกุลเชิงขั้ว) จะแยกตัวออกในทำนองเดียวกัน รอบโมเลกุลขั้วโลกแต่ละโมเลกุลของสสาร (เช่น HCl ) ไดโพลน้ำจะถูกวางตัวในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง อันเป็นผลมาจากอันตรกิริยากับไดโพลของน้ำ โมเลกุลของขั้วจะมีขั้วมากขึ้นและกลายเป็นโมเลกุลไอออนิก จากนั้นไอออนไฮเดรตอิสระจึงเกิดขึ้นได้ง่าย
อิเล็กโทรไลต์และไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
การแยกตัวของสารด้วยไฟฟ้าซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของไอออนอิสระ อธิบายการนำไฟฟ้าของสารละลาย
กระบวนการแยกตัวด้วยไฟฟ้ามักจะเขียนในรูปแบบของแผนภาพโดยไม่เปิดเผยกลไกและละเว้นตัวทำละลาย (น้ำ ) แม้ว่าเขาจะเป็นผู้เข้าร่วมหลักก็ตาม
CaCl 2 « Ca 2+ + 2Cl -
Kอัล(SO 4) 2 « K + + อัล 3+ + 2SO 4 2-
HNO 3 « H + + NO 3 -
บา(OH) 2 « บา 2+ + 2OH -
จากความเป็นกลางทางไฟฟ้าของโมเลกุล ประจุบวกของแคตไอออนและแอนไอออนควรเท่ากับศูนย์
ตัวอย่างเช่นสำหรับ
อัล 2 (SO 4) 3 ––2 (+3) + 3 (-2) = +6 - 6 = 0
KCr(SO 4) 2 ––1 (+1) + 3 (+3) + 2 (-2) = +1 + 3 - 4 = 0
อิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่ง
เหล่านี้เป็นสารที่เมื่อละลายในน้ำจะสลายตัวเป็นไอออนเกือบทั้งหมด ตามกฎแล้ว อิเล็กโทรไลต์เข้มข้นประกอบด้วยสารที่มีพันธะไอออนิกหรือพันธะขั้วสูง: เกลือที่ละลายน้ำได้สูงทั้งหมด กรดแก่ ( HCl, HBr, HI, HClO4, H2SO4, HNO3 ) และฐานที่แข็งแกร่ง ( LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ba (OH) 2, ซีเนียร์ (OH) 2, Ca (OH) 2)
ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์เข้มข้น ตัวถูกละลายส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของไอออน (แคตไอออนและแอนไอออน) โมเลกุลที่ไม่แยกออกจากกันนั้นไม่มีอยู่จริง
อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ
สารที่แยกตัวออกเป็นไอออนบางส่วน สารละลายของอิเล็กโทรไลต์อ่อนประกอบด้วยโมเลกุลที่ไม่แยกออกจากกันพร้อมกับไอออน อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอไม่สามารถสร้างไอออนที่มีความเข้มข้นสูงในสารละลายได้
อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ ได้แก่ :
1) กรดอินทรีย์เกือบทั้งหมด ( CH 3 COOH, C 2 H 5 COOH ฯลฯ );
2) กรดอนินทรีย์บางชนิด ( H 2 CO 3, H 2 S ฯลฯ );
3) เกลือ เบส และแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์เกือบทั้งหมดที่ละลายน้ำได้เล็กน้อย(Ca 3 (PO 4) 2; Cu (OH) 2; อัล (OH) 3; NH 4 OH);
4) น้ำ
พวกเขานำไฟฟ้าได้ไม่ดี (หรือแทบจะไม่เลย)
СH 3 COOH « CH 3 COO - + H +
Cu(OH) 2 «[CuOH] + + OH - (ระยะแรก)
[CuOH] + « Cu 2+ + OH - (ระยะที่สอง)
H 2 CO 3 « H + + HCO - (ระยะแรก)
HCO 3 - « H + + CO 3 2- (ระยะที่สอง)
ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
สารที่มีสารละลายและละลายในน้ำไม่นำกระแสไฟฟ้า ประกอบด้วยพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วหรือพันธะที่มีขั้วต่ำซึ่งไม่แตกตัวเป็นไอออน
ก๊าซ ของแข็ง (อโลหะ) และสารประกอบอินทรีย์ (ซูโครส น้ำมันเบนซิน แอลกอฮอล์) ไม่นำกระแสไฟฟ้า
ระดับของการแยกตัวออกจากกัน ค่าคงที่การแยกตัว
ความเข้มข้นของไอออนในสารละลายขึ้นอยู่กับว่าอิเล็กโทรไลต์ที่กำหนดแยกตัวออกเป็นไอออนได้อย่างสมบูรณ์เพียงใด ในสารละลายของอิเล็กโทรไลต์แรงซึ่งการแยกตัวออกถือว่าสมบูรณ์สามารถกำหนดความเข้มข้นของไอออนได้อย่างง่ายดายจากความเข้มข้น (ค) และองค์ประกอบของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์ (ดัชนีปริมาณสัมพันธ์)ตัวอย่างเช่น :
ความเข้มข้นของไอออนในสารละลายของอิเล็กโทรไลต์อ่อนนั้นมีลักษณะเชิงคุณภาพด้วยระดับและค่าคงที่การแยกตัว
ระดับความแตกแยก (ก) - อัตราส่วนของจำนวนโมเลกุลที่สลายตัวเป็นไอออน ( n ) ถึงจำนวนโมเลกุลที่ละลายทั้งหมด (ยังไม่มีข้อความ):
ก=ไม่มี/ไม่มี
และแสดงเป็นเศษส่วนของหน่วยหรือเป็น % (ก = 0.3 – ขีดจำกัดทั่วไปของการแบ่งเป็นอิเล็กโทรไลต์แรงและอิเล็กโทรไลต์อ่อน)
ตัวอย่าง
กำหนดความเข้มข้นโมลาร์ของแคตไอออนและแอนไอออนในสารละลาย 0.01 โมลาร์ KBr, NH 4 OH, Ba (OH) 2, H 2 SO 4 และ CH 3 COOH
ระดับการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์อ่อนก = 0.3
สารละลาย
KBr, Ba(OH)2 และ H2SO4 - อิเล็กโทรไลต์แรงที่แยกตัวออกอย่างสมบูรณ์(ก = 1)
KBr « K + + Br -
0.01 ม
บา(OH) 2 « บา 2+ + 2OH -
0.01 ม
0.02M
ชม 2 ดังนั้น 4 « 2H + + ดังนั้น 4
0.02M
[ เอส 4 2- ] = 0.01 ม
NH 4 OH และ CH 3 COOH – อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ(ก = 0.3)
NH 4 โอ้ + 4 + โอ้ -
0.3 0.01 = 0.003 ม
CH 3 COOH « CH 3 COO - + H +
[H + ] = [ CH 3 COO - ] = 0.3 0.01 = 0.003 M
ระดับการแยกตัวขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อน เมื่อเจือจางด้วยน้ำ ระดับการแยกตัวออกจะเพิ่มขึ้นเสมอเพราะว่า จำนวนโมเลกุลของตัวทำละลายเพิ่มขึ้น (น้ำ ) ต่อโมเลกุลของตัวถูกละลาย ตามหลักการของ Le Chatelier ความสมดุลของการแยกตัวด้วยไฟฟ้าในกรณีนี้ควรเปลี่ยนไปในทิศทางของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ เช่น ไอออนไฮเดรต
ระดับการแยกตัวด้วยไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสารละลาย โดยทั่วไปเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ระดับของการแยกตัวออกจะเพิ่มขึ้นเนื่องจาก พันธะในโมเลกุลถูกกระตุ้น พวกมันจะเคลื่อนที่ได้มากขึ้นและแตกตัวเป็นไอออนได้ง่ายขึ้น ความเข้มข้นของไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อนสามารถคำนวณได้โดยการทราบระดับการแยกตัวกและความเข้มข้นเริ่มต้นของสารคในสารละลาย
ตัวอย่าง
กำหนดความเข้มข้นของโมเลกุลและไอออนที่ไม่แยกออกจากกันในสารละลาย 0.1 โมลาร์ NH4OH ถ้าระดับความแตกแยกคือ 0.01
สารละลาย
ความเข้มข้นของโมเลกุล NH4OH ซึ่ง ณ เวลาสมดุลจะสลายตัวเป็นไอออนจะเท่ากับกค- ความเข้มข้นของไอออน NH 4 - และ OH - - จะเท่ากับความเข้มข้นของโมเลกุลที่แยกตัวออกและเท่ากันกค(ตามสมการการแยกตัวด้วยไฟฟ้า)
|
NH4OH |
NH4+ |
โอ้- |
||
|
ค - เอค |
ก c = 0.01 0.1 = 0.001 โมล/ลิตร
[NH 4 OH] = ค - เอซี = 0.1 – 0.001 = 0.099 โมล/ลิตร
ค่าคงที่การแยกตัว (เค ดี ) คืออัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ของความเข้มข้นของไอออนสมดุลต่อกำลังของสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์สัมพันธ์กับความเข้มข้นของโมเลกุลที่ไม่แยกออกจากกัน
เป็นค่าคงที่สมดุลของกระบวนการแยกตัวด้วยไฟฟ้า แสดงถึงความสามารถของสารที่จะสลายตัวเป็นไอออน: ยิ่งสูงเท่าไรเค ดี ความเข้มข้นของไอออนในสารละลายก็จะยิ่งมากขึ้น
การแยกตัวของกรดโพลีเบสิกอ่อนหรือเบสโพลีแอซิดเกิดขึ้นเป็นขั้นตอน ดังนั้น แต่ละขั้นตอนจึงมีค่าคงที่การแยกตัวของตัวเอง:
ขั้นแรก:
ช 3 ปอ 4 « เอช + + เอช 2 ปอ 4 -
K D 1 = () / = 7.1 10 -3
ขั้นตอนที่สอง:
ช 2 PO 4 - « H + + HPO 4 2-
K D 2 = () / = 6.2 10 -8
ขั้นตอนที่สาม:
HPO 4 2- « H + + PO 4 3-
K D 3 = () / = 5.0 10 -13
เค ดี 1 > เค ดี 2 > เค ดี 3
ตัวอย่าง
หาสมการที่เกี่ยวข้องกับระดับการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์ของอิเล็กโทรไลต์อ่อน (ก ) โดยมีค่าคงที่การแยกตัว (กฎการเจือจางของออสต์วาลด์) สำหรับกรดโมโนโพรติกชนิดอ่อนบน .
ฮ่า « H + + A +
เค ดี = () /
หากแสดงความเข้มข้นรวมของอิเล็กโทรไลต์อ่อนคแล้วความเข้มข้นของความสมดุล H + และ A - เท่ากัน กคและความเข้มข้นของโมเลกุลที่ไม่แยกออกจากกันเปิด - (ค - ก) = ค (1 - ก)
K D = (ก ค ก ค) / ค(1 - ก ) = ก 2 ค / (1 - ก )
ในกรณีของอิเล็กโทรไลต์อ่อนมาก (เป็น 0.01 ปอนด์)
K D = c a 2 หรือ a = \ é (K D / c )
ตัวอย่าง
คำนวณระดับการแยกตัวของกรดอะซิติกและความเข้มข้นของไอออน H + ในสารละลาย 0.1 M ถ้า K D (CH 3 COOH) = 1.85 10 -5
สารละลาย
ลองใช้กฎการเจือจางของออสต์วาลด์กันดีกว่า
\é (KD / c ) = \é((1.85 10 -5) / 0.1 )) = 0.0136 หรือ a = 1.36%
[H+] = ac = 0.0136 0.1 โมล/ลิตร
ผลิตภัณฑ์ละลายน้ำ
คำนิยาม
ใส่เกลือที่ละลายได้เล็กน้อยลงในบีกเกอร์ตัวอย่างเช่น AgCl และเติมน้ำกลั่นลงในตะกอน ในกรณีนี้คือไอออน Ag+ และ Cl- สัมผัสแรงดึงดูดจากไดโพลน้ำที่อยู่รอบๆ ค่อยๆ แตกตัวออกจากผลึกและเข้าสู่สารละลาย ชนกันในสารละลายไอออน Ag+ และ Cl- ก่อตัวเป็นโมเลกุล AgCl และสะสมอยู่บนพื้นผิวของคริสตัล ดังนั้นกระบวนการสองกระบวนการที่ตรงกันข้ามกันจึงเกิดขึ้นในระบบซึ่งนำไปสู่ความสมดุลแบบไดนามิกเมื่อไอออนจำนวนเท่ากันผ่านเข้าไปในสารละลายต่อหน่วยเวลา Ag+ และ Cl- ,ฝากไว้กี่ตัว. การสะสมของไอออน Ag+ และ Cl- หยุดอยู่ในสารละลายปรากฎว่า สารละลายอิ่มตัว- ดังนั้น เราจะพิจารณาระบบที่มีการตกตะกอนของเกลือที่ละลายได้น้อยเมื่อสัมผัสกับสารละลายอิ่มตัวของเกลือนี้ ในกรณีนี้ มีกระบวนการสองกระบวนการที่ตรงกันข้ามกันเกิดขึ้น:
1) การเปลี่ยนไอออนจากตะกอนเป็นสารละลาย อัตราของกระบวนการนี้ถือว่าคงที่ที่อุณหภูมิคงที่:วี 1 = เค 1 ;
2) การตกตะกอนของไอออนจากสารละลาย ความเร็วของกระบวนการนี้วี 2 ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออน Ag + และ Cl - ตามกฎแห่งการกระทำมวลชน:
วี 2 = เค 2
เนื่องจากระบบนี้อยู่ในสภาวะสมดุลแล้ว
วี 1 = วี 2
เค 2 = เค 1
K 2 / k 1 = const (ที่ T = const)
ดังนั้น, ผลคูณของความเข้มข้นของไอออนในสารละลายอิ่มตัวของอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายได้น้อยที่อุณหภูมิคงที่จะคงที่ ขนาด- ปริมาณนี้เรียกว่าผลิตภัณฑ์ที่สามารถละลายได้(ฯลฯ ).
ในตัวอย่างที่ให้มา ฯลฯ AgCl = [Ag + ] [Cl - ] - ในกรณีที่อิเล็กโทรไลต์มีไอออนที่เหมือนกันตั้งแต่สองตัวขึ้นไป จะต้องเพิ่มความเข้มข้นของไอออนเหล่านี้ให้มีกำลังที่เหมาะสมเมื่อคำนวณผลคูณของความสามารถในการละลาย
ตัวอย่างเช่น PR Ag 2 S = 2; พีอาร์ PbI 2 = 2
โดยทั่วไป การแสดงออกของผลคูณความสามารถในการละลายของอิเล็กโทรไลต์คือเอม บี เอ็น
PR A ม Bn = [A] ม. [B] n .
ค่าของผลิตภัณฑ์ที่สามารถละลายได้จะแตกต่างกันไปตามสารต่างๆ
ตัวอย่างเช่น PR CaCO 3 = 4.8 · 10 -9; พีอาร์ AgCl = 1.56 · 10 -10
ฯลฯ คำนวณง่าย รู้ราค ความสามารถในการละลายของสารประกอบ ณ ค่าที่กำหนดที°
ตัวอย่างที่ 1
ความสามารถในการละลายของ CaCO 3 คือ 0.0069 หรือ 6.9 10 -3 ก./ล. ค้นหา PR ของ CaCO 3
สารละลาย
แสดงความสามารถในการละลายเป็นโมล:
S CaCO 3 = ( 6,9 10 -3 ) / 100,09 = 6.9 10 -5 โมล/ลิตร
เอ็มซีซีโอ3
เนื่องจากทุกอณู CaCO3 ให้ไอออนหนึ่งตัวเมื่อละลาย Ca 2+ และ CO 3 2- แล้ว
[Ca 2+ ] = [ CO 3 2- ] = 6.9 · 10 -5 โมล/ลิตร ,
เพราะฉะนั้น, PR CaCO 3 = [Ca 2+ ] [CO 3 2- ] = 6.9 10 –5 6.9 10 -5 = 4.8 10 -9
รู้คุณค่าการประชาสัมพันธ์ ในทางกลับกัน คุณสามารถคำนวณความสามารถในการละลายของสารในหน่วยโมล/ลิตร หรือกรัม/ลิตรได้
ตัวอย่างที่ 2
ผลิตภัณฑ์ละลายน้ำ PR PbSO 4 = 2.2 · 10 -8 กรัม/ลิตร
ความสามารถในการละลายคืออะไร? PbSO4 ?
สารละลาย
เรามาแสดงถึงความสามารถในการละลาย PbSO 4 ผ่าน X นางสาว. เข้าไปแก้ไขแล้ว X โมลของ PbSO 4 จะให้ X Pb 2+ และ X ไอออน ไอออนดังนั้น 4 2- , เช่น.:
= = เอ็กซ์
ฯลฯPbSO 4 = = = X X = X 2
เอ็กซ์ =\ é(ฯลฯPbSO 4 ) = \ é(2,2 10 -8 ) = 1,5 10 -4 นางสาว.
หากต้องการทราบความสามารถในการละลายที่แสดงเป็น g/l เราจะคูณค่าที่พบด้วยน้ำหนักโมเลกุล หลังจากนั้นเราจะได้:
1,5 10 -4 303,2 = 4,5 10 -2 กรัม/ลิตร.
การก่อตัวของฝน
ถ้า
[ อจ + ] [ Cl - ] < ПР AgCl- สารละลายไม่อิ่มตัว
[ อจ + ] [ Cl - ] = ประชาสัมพันธ์AgCl- สารละลายอิ่มตัว
[ อจ + ] [ Cl - ] > ประชาสัมพันธ์AgCl- สารละลายอิ่มตัวยวดยิ่ง
การตกตะกอนเกิดขึ้นเมื่อผลคูณของความเข้มข้นของไอออนของอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายได้ต่ำเกินค่าของผลิตภัณฑ์ที่สามารถละลายได้ที่อุณหภูมิที่กำหนด เมื่อผลคูณไอออนิกมีค่าเท่ากับฯลฯ,ฝนหยุดแล้ว. เมื่อทราบปริมาตรและความเข้มข้นของสารละลายที่ผสมแล้ว สามารถคำนวณได้ว่าการตกตะกอนของเกลือที่เกิดขึ้นจะตกตะกอนหรือไม่
ตัวอย่างที่ 3
เกิดการตกตะกอนเมื่อผสมปริมาตรเท่ากัน 0.2มโซลูชั่นป.ล(เลขที่ 3
)
2
และโซเดียมคลอไรด์.
ฯลฯPbCl 2
= 2,4 10
-4
.
สารละลาย
เมื่อผสมกัน ปริมาตรของสารละลายจะเพิ่มขึ้นสองเท่าและความเข้มข้นของสารแต่ละชนิดจะลดลงครึ่งหนึ่ง กล่าวคือ จะกลายเป็น 0.1ม หรือ 1.0 10 -1 นางสาว. เหล่านี้คือ ก็จะมีความเข้มข้นป.ล 2+ และCl - - เพราะฉะนั้น,[ ป.ล 2+ ] [ Cl - ] 2 = 1 10 -1 (1 10 -1 ) 2 = 1 10 -3 - ค่าผลลัพธ์เกินฯลฯPbCl 2 (2,4 10 -4 ) - จึงเป็นส่วนหนึ่งของเกลือPbCl 2 ตกตะกอน จากทั้งหมดข้างต้นเราสามารถสรุปเกี่ยวกับอิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ ที่มีต่อการก่อตัวของฝนได้
ผลของความเข้มข้นของสารละลาย
อิเล็กโทรไลต์ที่ละลายได้น้อยซึ่งมีค่ามากพอสมควรฯลฯไม่สามารถตกตะกอนจากสารละลายเจือจางได้ตัวอย่างเช่น,ตะกอนPbCl 2 จะไม่หลุดออกมาเมื่อผสมปริมาตรเท่ากัน 0.1มโซลูชั่นป.ล(เลขที่ 3 ) 2 และโซเดียมคลอไรด์- เมื่อผสมในปริมาณเท่ากัน ความเข้มข้นของสารแต่ละชนิดจะกลายเป็น0,1 / 2 = 0,05 มหรือ 5 10 -2 นางสาว- ผลิตภัณฑ์ไอออนิก[ ป.ล 2+ ] [ Cl 1- ] 2 = 5 10 -2 (5 10 -2 ) 2 = 12,5 10 -5 .ค่าผลลัพธ์ที่ได้จะน้อยลงฯลฯPbCl 2 จึงไม่เกิดการตกตะกอน
อิทธิพลของปริมาณน้ำฝน
เพื่อการตกตะกอนที่สมบูรณ์ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จึงมีการใช้ปริมาณตะกอนที่มากเกินไป
ตัวอย่างเช่น, ตกตะกอนเกลือบาซีโอ 3 : บริติชแอร์เวย์ 2 + นา 2 บจก 3 ® บาซีโอ 3 ¯ + 2 โซเดียมคลอไรด์. หลังจากเพิ่มจำนวนที่เท่ากันแล้วนา 2 บจก 3 ไอออนยังคงอยู่ในสารละลายบ 2+ ความเข้มข้นที่กำหนดโดยค่าฯลฯ.
เพิ่มความเข้มข้นของไอออนบจก 3 2- เกิดจากการเติมตะกอนส่วนเกิน(นา 2 บจก 3 ) จะทำให้ความเข้มข้นของไอออนลดลงตามไปด้วยบ 2+ ในสารละลายเช่น จะเพิ่มความสมบูรณ์ของการตกตะกอนของไอออนนี้
อิทธิพลของไอออนชนิดเดียวกัน
ความสามารถในการละลายของอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายได้น้อยจะลดลงเมื่อมีอิเล็กโทรไลต์ชนิดเข้มข้นอื่นๆ ที่มีไอออนชื่อเดียวกัน หากเป็นสารละลายไม่อิ่มตัวบาโซ 4 เติมสารละลายทีละน้อยนา 2 ดังนั้น 4 จากนั้นจึงเกิดผลิตภัณฑ์ไอออนิก ซึ่งเมื่อแรกเริ่มมีขนาดเล็กลง ฯลฯบาโซ 4 (1,1 10 -10 ) ,จะค่อยๆถึงฯลฯและจะเกินมันไป ฝนจะเริ่มก่อตัว
ผลกระทบของอุณหภูมิ
ฯลฯเป็นค่าคงที่ที่อุณหภูมิคงที่ ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ฯลฯเพิ่มขึ้น ดังนั้นการตกตะกอนจึงทำได้ดีที่สุดจากสารละลายที่เย็นลง
การละลายของตะกอน
กฎผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลายมีความสำคัญในการแปลงตะกอนที่ละลายน้ำได้ต่ำให้เป็นสารละลาย สมมติว่าเราต้องละลายตะกอนบกับโอ 3
- สารละลายที่สัมผัสกับตะกอนนี้ค่อนข้างอิ่มตัวบกับโอ 3
.
มันหมายความว่าอย่างนั้น[
บ 2+
] [
บจก 3
2-
] = ประชาสัมพันธ์บาซีโอ 3
.
หากคุณเติมกรดลงในสารละลายไอออนชม + จะจับไอออนที่มีอยู่ในสารละลายบจก 3 2- กลายเป็นโมเลกุลของกรดคาร์บอนิกที่เปราะบาง:
2H + + CO 3 2- ® ชม 2 บจก 3 ® ชม 2 โอ+โค 2
ส่งผลให้ความเข้มข้นของไอออนลดลงอย่างรวดเร็วบจก 3 2- ผลิตภัณฑ์ไอออนิกจะมีค่าน้อยกว่าฯลฯบาซีโอ 3 - สารละลายที่ได้จะไม่อิ่มตัวค่อนข้างมากบกับโอ 3 และส่วนหนึ่งของตะกอนบกับโอ 3 จะเข้าสู่การแก้ปัญหา โดยการเติมกรดให้เพียงพอ ตะกอนทั้งหมดก็จะสามารถนำเข้าสู่สารละลายได้ ด้วยเหตุนี้ การละลายของตะกอนจึงเริ่มต้นขึ้นเมื่อด้วยเหตุผลบางประการ ผลิตภัณฑ์ไอออนิกของอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายได้ต่ำจะมีค่าน้อยกว่าฯลฯ- ในการละลายตะกอนนั้น จะมีการใส่อิเล็กโทรไลต์เข้าไปในสารละลาย ซึ่งไอออนของสารนั้นสามารถสร้างสารประกอบที่แยกตัวออกจากกันเล็กน้อยกับไอออนตัวใดตัวหนึ่งของอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายได้น้อย สิ่งนี้จะอธิบายการละลายของไฮดรอกไซด์ที่ละลายได้น้อยในกรด
เฟ(OH) 3 +3HCl® FeCl 3 + 3 ชม 2 โอ
ไอออนโอ้ - จับกันเป็นโมเลกุลที่แยกตัวออกจากกันเล็กน้อยชม 2 โอ.
โต๊ะ.ผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลาย (SP) และความสามารถในการละลายที่ 25AgCl
1,25 10 -5
1,56 10 -10
เอจีไอ
1,23 10 -8
1,5 10 -16
อจ 2 CrO4
1,0 10 -4
4,05 10 -12
BaSO4
7,94 10 -7
6,3 10 -13
CaCO3
6,9 10 -5
4,8 10 -9
PbCl 2
1,02 10 -2
1,7 10 -5
PbSO 4
1,5 10 -4
2,2 10 -8
การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายบางส่วนหรือทั้งหมดที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ (ดู) ให้เป็นไอออนเรียกว่าการแยกตัวด้วยไฟฟ้า คำว่า "ไอออน" ถูกนำมาใช้โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เอ็ม. ฟาราเดย์ (1833) ทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้าถูกกำหนดโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน S. Arrhenius (1887) เพื่ออธิบายคุณสมบัติของสารละลายในน้ำของอิเล็กโทรไลต์ ต่อมานักวิทยาศาสตร์หลายคนได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของหลักคำสอนเรื่องโครงสร้างของอะตอมและพันธะเคมี เนื้อหาสมัยใหม่ของทฤษฎีนี้สามารถลดลงเหลือบทบัญญัติสามประการต่อไปนี้:
1. อิเล็กโทรไลต์ เมื่อละลายในน้ำ จะแยกตัว (แตกตัว) ออกเป็นไอออน - มีประจุบวกและลบ (“ไอออน” เป็นภาษากรีก แปลว่า “หลงทาง” ในสารละลาย ไอออนจะเคลื่อนที่แบบสุ่มไปในทิศทางที่ต่างกัน)
2. ภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า ไอออนจะได้รับการเคลื่อนที่ในทิศทาง: ไอออนที่มีประจุบวกจะเคลื่อนที่ไปทางแคโทด ไอออนที่มีประจุลบจะเคลื่อนที่ไปทางขั้วบวก ดังนั้นอย่างแรกจึงเรียกว่าไพเพอร์ส่วนหลัง - แอนไอออน การเคลื่อนที่ในทิศทางของไอออนเกิดขึ้นเนื่องจากการดึงดูดของอิเล็กโทรดที่มีประจุตรงข้ามกัน
3. การแยกตัวเป็นกระบวนการที่ย้อนกลับได้ ซึ่งหมายความว่าสภาวะสมดุลเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลจำนวนมากแตกตัวเป็นไอออน (การแยกตัว) ดังนั้นโมเลกุลจำนวนมากจึงก่อตัวขึ้นอีกครั้งจากไอออน (การเชื่อมโยง)
ดังนั้นในสมการของการแยกตัวด้วยไฟฟ้า แทนที่จะใช้เครื่องหมายเท่ากับ จะใช้เครื่องหมายการพลิกกลับได้
ตัวอย่างเช่น:
โดยที่ KA คือโมเลกุลของอิเล็กโทรไลต์ คือไอออนบวก A คือประจุลบ
หลักคำสอนเรื่องพันธะเคมีช่วยตอบคำถามที่ว่าทำไมอิเล็กโทรไลต์จึงแยกตัวออกเป็นไอออน สารที่มีพันธะไอออนิกจะแยกตัวออกได้ง่ายที่สุด เนื่องจากมีไอออนอยู่แล้ว (ดูพันธะเคมี) เมื่อพวกมันละลาย ไดโพลของน้ำจะถูกวางตัวรอบๆ ไอออนบวกและไอออนลบ แรงดึงดูดซึ่งกันและกันเกิดขึ้นระหว่างไอออนและไดโพลของน้ำ เป็นผลให้พันธะระหว่างไอออนอ่อนตัวลง และไอออนจะเคลื่อนจากคริสตัลไปยังสารละลาย อิเล็กโทรไลต์ซึ่งมีโมเลกุลเกิดขึ้นตามประเภทของพันธะโควาเลนต์จะแยกตัวออกจากกันในทำนองเดียวกัน การแยกตัวของโมเลกุลขั้วโลกอาจสมบูรณ์หรือบางส่วนก็ได้ ขึ้นอยู่กับระดับขั้วของพันธะ ในทั้งสองกรณี (ในระหว่างการแยกตัวของสารประกอบด้วยพันธะไอออนิกและพันธะขั้วโลก) ไอออนไฮเดรตจะเกิดขึ้น กล่าวคือ ไอออนที่เกิดพันธะทางเคมีกับโมเลกุลของน้ำ (ดูรูปที่ หน้า 295)
ผู้ก่อตั้งมุมมองของการแยกตัวด้วยไฟฟ้าคือนักวิชาการกิตติมศักดิ์ I. A. Kablukov ตรงกันข้ามกับทฤษฎี Arrhenius ซึ่งไม่ได้คำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ของตัวถูกละลายกับตัวทำละลาย I. A. Kablukov ใช้ทฤษฎีทางเคมีของสารละลายของ D. I. Mendeleev เพื่ออธิบายการแยกตัวด้วยไฟฟ้า เขาแสดงให้เห็นว่าในระหว่างการละลาย ปฏิกิริยาทางเคมีของตัวถูกละลายกับน้ำเกิดขึ้น ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไฮเดรต แล้วแยกตัวออกเป็นไอออน I. A. Kablukov เชื่อว่าสารละลายในน้ำประกอบด้วยไอออนไฮเดรตเท่านั้น ปัจจุบันแนวคิดนี้เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป ดังนั้นการให้น้ำด้วยไอออนเป็นสาเหตุหลักของการแยกตัวออกจากกัน ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช่น้ำอื่นๆ พันธะเคมีระหว่างอนุภาค (โมเลกุล ไอออน) ของตัวถูกละลายและอนุภาคตัวทำละลายเรียกว่าการละลาย
ไอออนไฮเดรตมีทั้งจำนวนโมเลกุลของน้ำคงที่และแปรผัน ไฮเดรตที่มีองค์ประกอบคงที่จะเกิดไอออนไฮโดรเจนที่ยึดโมเลกุลไว้หนึ่งโมเลกุล นี่คือโปรตอนไฮเดรต ในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์ โดยทั่วไปจะแสดงด้วยสูตรและเรียกว่าไฮโดรเนียมไอออน
เนื่องจากการแยกตัวด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่ย้อนกลับได้ จึงมีโมเลกุลในสารละลายของอิเล็กโทรไลต์พร้อมกับไอออนของพวกมันด้วย ดังนั้นสารละลายอิเล็กโทรไลต์จึงมีลักษณะเฉพาะตามระดับการแยกตัว (แสดงด้วยตัวอักษรกรีก a) ระดับการแยกตัวคืออัตราส่วนของจำนวนโมเลกุลที่แยกตัวออกเป็นไอออน n ต่อจำนวนโมเลกุลที่ละลายทั้งหมด:
ระดับการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์ถูกกำหนดโดยการทดลองและแสดงเป็นเศษส่วนของหน่วยหรือเป็นเปอร์เซ็นต์ หากไม่มีการแยกตัวออกจากกัน และถ้าหรือ 100% อิเล็กโทรไลต์จะสลายตัวเป็นไอออนโดยสิ้นเชิง อิเล็กโทรไลต์ต่างกันมีระดับการแยกตัวต่างกัน เมื่อเจือจางสารละลายจะเพิ่มขึ้น และเมื่อเติมไอออนที่มีชื่อเดียวกัน (เหมือนกับอิเล็กโทรไลต์ไอออน) ก็จะลดลง
อย่างไรก็ตาม เพื่อระบุลักษณะของอิเล็กโทรไลต์ที่จะแยกตัวออกเป็นไอออน ระดับการแยกตัวออกจากกันนั้นไม่ใช่ค่าที่สะดวกนัก เนื่องจากขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ คุณลักษณะทั่วไปที่มากกว่าคือค่าคงที่การแยกตัวของ K ซึ่งสามารถหาค่าได้ง่ายโดยใช้กฎการออกฤทธิ์ของมวลกับสมดุลการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์:
โดยที่ KA คือความเข้มข้นสมดุลของอิเล็กโทรไลต์ และเป็นความเข้มข้นสมดุลของไอออน (ดูสมดุลเคมี) K ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น ขึ้นอยู่กับลักษณะของอิเล็กโทรไลต์ ตัวทำละลาย และอุณหภูมิ
สำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ ยิ่งค่า K (ค่าคงที่การแยกตัวออก) ยิ่งมาก อิเล็กโทรไลต์ก็จะยิ่งแข็งแกร่ง ไอออนในสารละลายก็จะยิ่งมากขึ้น
อิเล็กโทรไลต์เข้มข้นไม่มีค่าคงที่การแยกตัว อย่างเป็นทางการสามารถคำนวณได้ แต่จะไม่คงที่เมื่อความเข้มข้นเปลี่ยนไป
กรดโพลีบาซิกแยกตัวเป็นขั้นตอน ซึ่งหมายความว่ากรดดังกล่าวจะมีค่าคงที่การแยกตัวหลายค่า - หนึ่งค่าสำหรับแต่ละขั้นตอน ตัวอย่างเช่น:
ขั้นแรก:
ขั้นตอนที่สอง:
ขั้นตอนที่สาม:
กล่าวคือ เมื่อแยกตัวออกจากกันในขั้นตอนแรกเสมอ กล่าวคือ กรดโพลีบาซิกจะมีพฤติกรรมเป็นกรดที่แรงกว่ากรดที่สองหรือสามเสมอ
เบสโพลีแอซิดยังผ่านการแยกตัวแบบขั้นตอนอีกด้วย ตัวอย่างเช่น:
เกลือที่เป็นกรดและเกลือพื้นฐานจะแยกตัวออกตามขั้นตอน ตัวอย่างเช่น:
ในกรณีนี้ ในขั้นตอนแรก เกลือจะสลายตัวเป็นไอออนโดยสิ้นเชิง ซึ่งเกิดจากธรรมชาติของพันธะไอออนิกระหว่าง และ; และการแยกตัวออกจากกันในระยะที่สองนั้นไม่มีนัยสำคัญ เนื่องจากอนุภาคที่มีประจุ (ไอออน) จะแยกตัวออกไปอีกในฐานะอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอมาก
จากมุมมองของทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า ให้คำจำกัดความและอธิบายคุณสมบัติของสารประกอบเคมีประเภทต่างๆ เช่น กรด เบส และเกลือ
กรดคืออิเล็กโทรไลต์ซึ่งการแยกตัวออกจะผลิตเฉพาะไอออนไฮโดรเจนเป็นไอออนบวก ตัวอย่างเช่น:
คุณสมบัติลักษณะทั่วไปทั้งหมดของกรด - รสเปรี้ยว, การเปลี่ยนสีของตัวบ่งชี้, ปฏิกิริยากับเบส, ออกไซด์พื้นฐาน, เกลือ - เกิดจากการมีอยู่ของไฮโดรเจนไอออนอย่างแม่นยำยิ่งขึ้น
เบสคืออิเล็กโทรไลต์ซึ่งการแยกตัวออกจะทำให้เกิดไอออนไฮดรอกไซด์เท่านั้นในรูปของแอนไอออน:
ตามทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า คุณสมบัติอัลคาไลน์ทั่วไปทั้งหมดของสารละลาย - ความสบู่เมื่อสัมผัส การเปลี่ยนแปลงสีของตัวบ่งชี้ ปฏิกิริยากับกรด กรดแอนไฮไดรด์ เกลือ - เกิดจากการมีอยู่ของไฮดรอกไซด์ไอออน
จริงอยู่มีอิเล็กโทรไลต์ในระหว่างการแยกตัวซึ่งทั้งไฮโดรเจนไอออนและไฮดรอกไซด์ไอออนจะเกิดขึ้นพร้อมกัน อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้เรียกว่าแอมโฟเทอริกหรือแอมโฟไลต์ ซึ่งรวมถึงน้ำ สังกะสี อลูมิเนียม โครเมียมไฮดรอกไซด์ และสารอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง ตัวอย่างเช่น น้ำในปริมาณเล็กน้อยจะแยกตัวออกเป็นไอออนและ:
เนื่องจากปฏิกิริยาทั้งหมดในสารละลายที่เป็นน้ำของอิเล็กโทรไลต์แสดงถึงอันตรกิริยาของไอออน สมการของปฏิกิริยาเหล่านี้จึงสามารถเขียนได้ในรูปของไอออนิก
ความสำคัญของทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้าคือการอธิบายปรากฏการณ์และกระบวนการต่างๆ มากมายที่เกิดขึ้นในสารละลายที่เป็นน้ำของอิเล็กโทรไลต์ อย่างไรก็ตาม ไม่ได้อธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นในสารละลายที่ไม่มีน้ำ ดังนั้นหากแอมโมเนียมคลอไรด์ในสารละลายในน้ำทำตัวเหมือนเกลือ (แยกตัวออกเป็นไอออน และ ) ดังนั้นในแอมโมเนียเหลวจะแสดงคุณสมบัติของกรด - มันจะละลายโลหะด้วยการปล่อยไฮโดรเจน กรดไนตริกทำหน้าที่เป็นเบสเมื่อละลายในไฮโดรเจนฟลูออไรด์เหลวหรือกรดซัลฟิวริกชนิดไม่มีน้ำ
ปัจจัยทั้งหมดนี้ขัดแย้งกับทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า อธิบายได้โดยทฤษฎีโปรโตไลติกของกรดและเบส
คำว่า "การแยกตัว" นั้นหมายถึงการแตกตัวของโมเลกุลออกเป็นอนุภาคที่เรียบง่ายกว่าหลายอนุภาค ในวิชาเคมี นอกเหนือจากการแยกตัวด้วยไฟฟ้าแล้ว การแยกตัวด้วยความร้อนยังมีความโดดเด่นอีกด้วย นี่เป็นปฏิกิริยาย้อนกลับที่เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น การแยกตัวด้วยความร้อนของไอน้ำ:
แคลเซียมคาร์บอเนต:
โมเลกุลไอโอดีน:
ความสมดุลของการแยกตัวจากความร้อนเป็นไปตามกฎแห่งการกระทำของมวล
บรรยาย. ทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า
อิเล็กโทรไลต์, ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์ การแยกตัวด้วยไฟฟ้า
สาเหตุของการเบี่ยงเบนไปจากกฎของ van't Hoff และ Raoult นั้นก่อตั้งขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2430 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน Svante Arrhenius โดยเสนอทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้าซึ่งมีพื้นฐานอยู่บนสมมติฐานสองประการ:
สารที่มีสารละลายคือ อิเล็กโทรไลต์ (เช่น นำกระแสไฟฟ้า) เมื่อละลายจะสลายตัวเป็นอนุภาค (ไอออน) ซึ่งเกิดขึ้นจากการแยกตัวของสารที่ละลาย จำนวนอนุภาคเพิ่มขึ้น ไอออนที่มีประจุบวกเรียกว่า ไพเพอร์ , เพราะ ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าพวกมันจะเคลื่อนไปทางแคโทด ไอออนที่มีประจุลบ - แอนไอออน , เพราะ ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าพวกมันจะเคลื่อนไปทางขั้วบวก อิเล็กโทรไลต์ ได้แก่ เกลือ กรด และเบส
อัล(NO3)3 ® อัล ³ + + NO3
· อิเล็กโทรไลต์ไม่แยกตัวออกอย่างสมบูรณ์ ความสามารถของสารที่จะแยกตัวออกจากกันนั้นมีลักษณะของระดับการแยกตัวด้วยไฟฟ้า - ก ระดับการแยกตัวด้วยไฟฟ้าคืออัตราส่วนของปริมาณของสารอิเล็กโทรไลต์ที่สลายตัวเป็นไอออนต่อจำนวนอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายทั้งหมด
ก = แตกตัวเป็นไอออน / ไม่ละลาย
n คือจำนวนโมเลกุลที่แตกออกเป็นไอออน
N คือจำนวนโมเลกุลทั้งหมดในสารละลาย
a - ระดับของการแยกตัวด้วยไฟฟ้า
ค่าของกระป๋องมีตั้งแต่ 0 ถึง 1 และ a มักแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ (ตั้งแต่ 0 ถึง 100%) ระดับการแยกตัวแสดงให้เห็นว่าส่วนใดของปริมาณอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายภายใต้สภาวะที่กำหนดจะอยู่ในสารละลายในรูปของไอออนไฮเดรต
สาเหตุของการแยกตัวด้วยไฟฟ้าเกิดจาก:
· ธรรมชาติของพันธะเคมีในสารประกอบ (อิเล็กโทรไลต์รวมถึงสารที่มีพันธะไอออนิกหรือโควาเลนต์มีขั้วสูง)
· ธรรมชาติของตัวทำละลาย: โมเลกุลของน้ำมีขั้ว กล่าวคือ เป็นไดโพล
ดังนั้น, การแยกตัวด้วยไฟฟ้า คือกระบวนการสลายสารประกอบไอออนิกหรือขั้วให้เป็นไอออนภายใต้อิทธิพลของโมเลกุลตัวทำละลายมีขั้ว
กลไกการแยกตัวด้วยไฟฟ้า
ทฤษฎี Arrtius ได้รับการพัฒนาอย่างมีนัยสำคัญโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย I.A. Kablukov และ V.A. Kistyakovsky พวกเขาพิสูจน์ว่าเมื่ออิเล็กโทรไลต์ละลายปฏิกิริยาทางเคมีของสารที่ละลายกับน้ำจะเกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไฮเดรตจากนั้นพวกมันก็แยกตัวออกเป็นไอออน เช่น. มีไอออนไฮเดรตอยู่ในสารละลาย
วิธีที่ง่ายที่สุดในการแยกสารออกจากกันคือการใช้พันธะไอออนิก ลำดับของกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการแยกตัวของสารด้วยพันธะไอออนิก (เกลือ, อัลคาไล) จะเป็นดังนี้:
การวางแนวของโมเลกุลไดโพลของน้ำใกล้กับคริสตัลไอออน
· การให้ความชุ่มชื้น (ปฏิกิริยา) ของโมเลกุลน้ำกับไอออนของชั้นผิวของคริสตัล
· การแยกตัว (สลาย) ของผลึกอิเล็กโทรไลต์เป็นไอออนไฮเดรต
เมื่อพิจารณาถึงความชุ่มชื้นของไอออน สมการการแยกตัวจะมีลักษณะดังนี้:
NaCl + X H2O ® Na + n H2O + Cl - n H2O
เนื่องจากองค์ประกอบของไฮเดรตไอออนไม่คงที่เสมอไป สมการจึงเขียนโดยย่อ:
NaCl ® Na + + Cl -
กระบวนการแยกตัวของสารที่มีพันธะขั้วเกิดขึ้นเช่นเดียวกัน ลำดับของกระบวนการที่เกิดขึ้นมีดังนี้:
การวางแนวของโมเลกุลน้ำรอบขั้วของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์
· การให้ความชุ่มชื้น (อันตรกิริยา) ของโมเลกุลน้ำกับโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์
· ไอออนไนซ์ของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์ (การแปลงพันธะโควาเลนต์เป็นไอออนิก)
· การแยกตัว (สลายตัว) ของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์ไปเป็นไอออนไฮเดรต
HCl + H2O ® H3O + + Cl -
HCl ® H + + Cl -
ในระหว่างกระบวนการแยกตัว ไฮโดรเจนไอออนจะไม่เกิดขึ้นในรูปแบบอิสระ เฉพาะในรูปของไฮโดรเนียมไอออน H3O +
ทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า
สารละลายของสารทุกชนิดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: สารเหล่านี้นำกระแสไฟฟ้าหรือไม่ใช่ตัวนำ
คุณสามารถทำความคุ้นเคยกับลักษณะของการละลายของสารได้จากการทดลองโดยศึกษาค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายของสารเหล่านี้โดยใช้อุปกรณ์ที่แสดงในรูป
สังเกตการทดลองต่อไปนี้" การศึกษาการนำไฟฟ้าของสาร"
เพื่ออธิบายลักษณะของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำให้กับนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน เอส. อาร์เรเนียส ในปีพ.ศ. 2430 มีการเสนอ ทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า - ต่อมานักวิทยาศาสตร์หลายคนได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของหลักคำสอนเรื่องโครงสร้างของอะตอมและพันธะเคมี เนื้อหาสมัยใหม่ของทฤษฎีนี้สามารถลดลงเหลือบทบัญญัติสามประการต่อไปนี้:
1. อิเล็กโทรไลต์ เมื่อละลายน้ำหรือละลาย แตกออกจากกัน (แยกจากกัน) ถึงไอออน - เชิงบวก (แคตไอออน) และเชิงลบ (แอนไอออน) อนุภาคที่มีประจุ
ไอออน มีสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรมากกว่าอะตอม พวกมันสามารถประกอบด้วยอะตอมเดียว - นี่คือ ไอออนธรรมดา ( นา + , มก 2+ , กล 3+ ฯลฯ) - หรือจากหลายอะตอม - นี่คือ ไอออนเชิงซ้อน ( เอ็นโอ 3 - ,ดังนั้น 2- 4 , RO Z-4 เป็นต้น)
2. ในสารละลายและละลาย อิเล็กโทรไลต์นำไฟฟ้า .
ภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า ไอออนจะได้รับการเคลื่อนที่ตามทิศทาง: ไอออนที่มีประจุบวกจะเคลื่อนไปทางแคโทด ไอออนที่มีประจุลบจะเคลื่อนไปทางขั้วบวก ดังนั้นอย่างแรกจึงเรียกว่าไพเพอร์ส่วนหลัง - แอนไอออน การเคลื่อนที่ในทิศทางของไอออนเกิดขึ้นจากการดึงดูดของอิเล็กโทรดที่มีประจุตรงข้ามกัน
การทดสอบสารสำหรับการนำไฟฟ้า
|
สาร |
|
|
อิเล็กโทรไลต์ |
ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์ |
|
อิเล็กโทรไลต์– สารเหล่านี้เป็นสารที่มีสารละลายในน้ำหรือละลายนำกระแสไฟฟ้า |
ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์– สารเหล่านี้เป็นสารที่มีสารละลายในน้ำหรือละลายไม่นำกระแสไฟฟ้า |
|
สารด้วย พันธะเคมีไอออนิกหรือ พันธะเคมีที่มีขั้วสูงโควาเลนต์ - กรด, เกลือ, เบส |
สารด้วย พันธะเคมีโควาเลนต์ไม่มีขั้วหรือ สารเคมีที่มีขั้วอ่อนโควาเลนต์การสื่อสาร |
|
ในสารละลายและละลาย ไอออนจะเกิดขึ้น |
ในสารละลายและละลาย ไม่มีการสร้างไอออน |
คำเตือน
อิเล็กโทรไลต์และไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
ผลกระทบจากความร้อนเมื่อละลายสารในน้ำ
3. การแยกตัวออกจากกัน - กระบวนการย้อนกลับ: ควบคู่ไปกับการสลายตัวของโมเลกุลเป็นไอออน (การแยกตัว) กระบวนการของการรวมไอออน (การเชื่อมโยง) เกิดขึ้น
ดังนั้นในสมการการแยกตัวด้วยไฟฟ้าจึงใส่เครื่องหมายการกลับตัวแทนเครื่องหมายเท่ากับ ตัวอย่างเช่น สมการการแยกตัวของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์ K กใน K + แคตไอออนและ A - แอนไอออนโดยทั่วไปจะเขียนได้ดังนี้:
เคเอ ↔เค + + ก -
พิจารณากระบวนการละลายอิเล็กโทรไลต์ในน้ำ
โดยทั่วไปโมเลกุลของน้ำจะไม่มีประจุ แต่ภายในโมเลกุลเอช 2 โอ อะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนถูกจัดเรียงเพื่อให้ประจุบวกและประจุลบอยู่ที่ปลายตรงข้ามกันของโมเลกุล (รูปที่ 1) ดังนั้นโมเลกุลของน้ำจึงเป็นไดโพล
การละลายของสารด้วยพันธะเคมีไอออนิกในน้ำ
(ใช้ตัวอย่างโซเดียมคลอไรด์ - เกลือแกง)
กลไกการแยกตัวด้วยไฟฟ้าโซเดียมคลอไรด์ เมื่อเกลือแกงละลายในน้ำ (รูปที่ 2) ประกอบด้วยการกำจัดไอออนโซเดียมและคลอรีนตามลำดับโดยโมเลกุลของน้ำขั้วโลก ภายหลังการเปลี่ยนผ่านของไอออนนา + และ Сl – จากคริสตัลไปจนถึงสารละลาย จะเกิดไฮเดรตของไอออนเหล่านี้
การละลายของสารที่มีพันธะเคมีที่มีขั้วโควาเลนต์สูงในน้ำ
(ใช้ตัวอย่างกรดไฮโดรคลอริก)
เมื่อกรดไฮโดรคลอริกละลายในน้ำ (เป็นโมเลกุลเอชซีแอล พันธะระหว่างอะตอมเป็นโควาเลนต์มีขั้วสูง) ลักษณะของพันธะเคมีเปลี่ยนแปลงไป ภายใต้อิทธิพลของโมเลกุลของน้ำขั้วโลก พันธะโควาเลนต์จะกลายเป็นไอออนิก ไอออนที่เกิดขึ้นจะยังคงจับกับโมเลกุลของน้ำ - มีน้ำอยู่ หากตัวทำละลายไม่มีน้ำ ไอออนจะถูกเรียกว่าโซลเวต (รูปที่ 3)
ประเด็นสำคัญ:
การแยกตัวด้วยไฟฟ้า - นี่คือกระบวนการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ให้เป็นไอออนเมื่อละลายในน้ำหรือละลาย.
อิเล็กโทรไลต์– สารเหล่านี้เป็นสารที่เมื่อละลายในน้ำหรือในสถานะหลอมเหลว จะสลายตัวเป็นไอออน
ไอออนคืออะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่มีค่าบวก ( ไพเพอร์) หรือลบ ( แอนไอออน) ค่าใช้จ่าย.
ไอออนแตกต่างจากอะตอมทั้งในด้านโครงสร้างและคุณสมบัติ
ตัวอย่างที่ 1 ลองเปรียบเทียบคุณสมบัติของโมเลกุลไฮโดรเจน (ประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนที่เป็นกลางสองอะตอม) กับคุณสมบัติของไอออน
|
อะตอมไฮโดรเจน |
ไฮโดรเจนไอออน |
|
1 น 0 1 วิ 1 |
1 N + 1 วินาที 0 |
ตัวอย่างที่ 2 ลองเปรียบเทียบคุณสมบัติของอะตอมและโมเลกุลคลอรีนกับคุณสมบัติของไอออน
|
อะตอมของคลอรีน |
คลอรีนไอออน |
|
17 Cl 0 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 |
17 Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 |
|
อะตอมของคลอรีนมีระดับภายนอกที่ไม่สมบูรณ์ จึงมีปฏิกิริยาทางเคมีอย่างมาก รับอิเล็กตรอนและถูกรีดิวซ์ นั่นคือสาเหตุที่ก๊าซคลอรีนเป็นพิษหากสูดดมเข้าไปจะทำให้เกิดพิษต่อร่างกาย |
ไอออนของคลอรีนมีระดับภายนอกที่สมบูรณ์ ดังนั้นจึงไม่มีการใช้งานทางเคมีและอยู่ในสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียร คลอรีนไอออนเป็นส่วนหนึ่งของเกลือแกงซึ่งการบริโภคไม่ก่อให้เกิดพิษต่อร่างกาย |
จดจำ!
1. ไอออนแตกต่างจากอะตอมและโมเลกุลในโครงสร้างและคุณสมบัติ
2. คุณลักษณะทั่วไปและลักษณะเฉพาะของไอออนคือการมีประจุไฟฟ้า
3. สารละลายและการละลายของอิเล็กโทรไลต์นำกระแสไฟฟ้าเนื่องจากมีไอออนอยู่ในนั้น
อิเล็กโทรไลต์และไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
เมื่อพิจารณาแยกกัน น้ำ เกลือ อัลคาลิส และกรดจะไม่นำกระแสไฟฟ้า แต่สารละลายกรด ด่าง และเกลือที่เป็นน้ำจะนำกระแสไฟฟ้าได้ สารทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มใดตามความสัมพันธ์กับกระแสไฟฟ้า?
สารที่นำกระแสไฟฟ้า - อิเล็กโทรไลต์- สารที่ไม่นำกระแสไฟฟ้า – ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
คุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์
อิเล็กโทรไลต์เป็นตัวนำชนิดที่สอง ในสารละลายหรือละลาย พวกมันจะแตกตัวเป็นไอออน ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้พวกมันนำกระแสไฟฟ้า
เพื่ออธิบายคุณสมบัตินี้ ในปี พ.ศ. 2430 นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน เอส. อาเรเนียส ได้เสนอทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า
เรียกว่าการสลายอิเล็กโทรไลต์เป็นไอออนเมื่อละลายในน้ำหรือละลาย การแยกตัวด้วยไฟฟ้า
หลักการพื้นฐานของทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า
1) อิเล็กโทรไลต์เมื่อละลายในน้ำจะแตกตัว (แยกตัว) ออกเป็นไอออน - บวกและลบ: NaCl ↔ Na + + Cl -
2) เมื่อสัมผัสกับกระแสไฟฟ้า ไอออนจะได้รับการเคลื่อนที่ในทิศทาง: ไอออนที่มีประจุบวกจะเคลื่อนไปทางแคโทด ไอออนที่มีประจุลบจะเคลื่อนที่ไปทางขั้วบวก ดังนั้นอย่างแรกเรียกว่าแคตไอออน และอย่างหลังเรียกว่าแอนไอออน การเคลื่อนที่ในทิศทางของไอออนเกิดขึ้นจากการดึงดูดอิเล็กโทรดที่มีประจุตรงข้ามกัน
3) การแยกตัวเป็นกระบวนการที่ย้อนกลับได้: ควบคู่ไปกับการสลายตัวของโมเลกุลเป็นไอออน (การแยกตัว) กระบวนการรวมไอออนเกิดขึ้น (สมาคม).ดังนั้นในสมการของการแยกตัวด้วยไฟฟ้า แทนที่จะใช้เครื่องหมายเท่ากับ จะใช้เครื่องหมายการพลิกกลับได้
S. Arrhenius ไม่สามารถระบุได้ว่าทำไมเมื่ออิเล็กโทรไลต์ละลายในน้ำจึงสลายตัวเป็นไอออน เนื่องจากเขาถือว่าการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์เป็นกระบวนการทางกายภาพ สาเหตุของการแยกตัวถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย I.A. Kablukov ซึ่งตามทฤษฎีของ D.I. Mendeleev เกี่ยวกับลักษณะทางเคมีของการละลายเริ่มพิจารณาการแยกตัวด้วยไฟฟ้าเป็นปฏิกิริยาทางเคมีของอิเล็กโทรไลต์กับน้ำ สาเหตุหลักของการแยกตัวคือไฮเดรชั่นของไอออนซึ่งเกิดขึ้นจากการปล่อยพลังงานจำนวนมากมากกว่าที่ใช้ในการแตกตัวเป็นไอออนของตัวถูกละลาย
กลไกการแยกตัวด้วยไฟฟ้า
การแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์เกิดขึ้นในน้ำและไม่เกิดขึ้น เช่น ในน้ำมันก๊าด จะอธิบายเรื่องนี้อย่างไร?
ในโมเลกุลของน้ำ พันธะระหว่างอะตอมไฮโดรเจนและอะตอมออกซิเจนคือโควาเลนต์แบบมีขั้ว อิเล็กตรอนจับคู่อะตอมที่เชื่อมต่อกัน เปลี่ยนจากอะตอมไฮโดรเจนเป็นอะตอมออกซิเจน ดังนั้นประจุบวกจึงมุ่งเน้นไปที่อะตอมไฮโดรเจน และประจุลบจะอยู่ที่อะตอมออกซิเจน
ในการพิจารณากลไกการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์จำเป็นต้องคำนึงถึงไม่เพียงแต่ขั้วของพันธะระหว่างไฮโดรเจนและอะตอมออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขั้วของโมเลกุลของน้ำด้วยนั่นเอง โมเลกุลของน้ำขั้วโลก - ไดโพล - สามารถแสดงเป็นรูปวงรีซึ่งระบุประจุที่ขั้วพร้อมกับประจุที่ขั้วที่ระบุด้วยเครื่องหมาย "+" และ "–"
ให้เราพิจารณากลไกการแยกตัวของสารด้วยพันธะไอออนิกโดยใช้ตัวอย่างโซเดียมคลอไรด์ ประกอบด้วยสามขั้นตอน:
ก) ปฐมนิเทศโมเลกุลของน้ำขั้วโลก (ไดโพล) รอบ ๆ คริสตัลและการคลายตัวของโครงตาข่ายคริสตัลภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของโมเลกุลของน้ำ (เมื่อผลึกเกลือแช่อยู่ในน้ำ โมเลกุลของน้ำจะถูกดึงดูดไปยังไอออนที่อยู่บนพื้นผิวของคริสตัล: ไอออนบวกที่มีขั้วลบ (อะตอมออกซิเจน) และไอออนลบด้วยขั้วบวก (อะตอมไฮโดรเจน)
ข) ความชุ่มชื้น– ไอออนโซเดียมและคลอรีนที่อยู่รอบๆ ด้วยโมเลกุลของน้ำ (การก่อตัวของไอออนไฮเดรต)
ค)การทำลายโครงตาข่ายคริสตัล - การแยกตัวของโซเดียมคลอไรด์
(เนื่องจากถูกดึงดูดโดยไอออนของเกลือที่ละลาย โมเลกุลของน้ำจึงทำให้แรงดึงดูดของไอออนที่มีต่อกันลดลงหลายครั้ง พันธะระหว่างไอออนบวกและไอออนลบในโครงตาข่ายคริสตัลจะแตกออก ไอออนไฮเดรตจะถูกแยกออกจากกัน)
โมเลกุลของน้ำที่ถูกดึงดูดไปยังไอออนเมื่อคริสตัลละลายจะยังคงจับกับไอออนเหล่านั้นในสารละลาย
กลไกการแยกตัวของสารด้วยพันธะโควาเลนต์มีขั้วประกอบด้วยขั้นตอนเพิ่มเติม:
การวางแนวของโมเลกุลน้ำขั้วโลกรอบโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์มีขั้ว
การเปลี่ยนชนิดของพันธะจากโพลาร์โคเวเลนต์เป็นไอออนิก
การแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์
ความชุ่มชื้นของไอออน
4) อิเล็กโทรไลต์บางชนิดไม่ได้แยกตัวออกเป็นไอออนเท่าๆ กัน ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์พร้อมกับไอออน อาจมีโมเลกุลอยู่ด้วย ระดับการแยกตัว a คืออัตราส่วนของโมเลกุลที่แยกตัวออกเป็นไอออนต่อจำนวนโมเลกุลทั้งหมดในสารละลายก= ไม่มี/ไม่มี,
โดยที่ n คือจำนวนโมเลกุลที่แยกออกจากกัน N คือจำนวนโมเลกุลทั้งหมดในสารละลาย
อิเล็กโทรไลต์เข้มข้นเมื่อละลายในน้ำจะแยกตัวออกเป็นไอออนเกือบทั้งหมด พวกเขามีก มีแนวโน้มที่จะมีความสามัคคี อิเล็กโทรไลต์เข้มข้นประกอบด้วย: เกลือที่ละลายน้ำได้ทั้งหมด, กรด H2SO4, HNO3, HCl และด่างทั้งหมด
อิเล็กโทรไลต์อ่อนเมื่อละลายในน้ำ แทบจะไม่แตกตัวเป็นไอออน พวกเขามีก มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์ อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ ได้แก่ กรดอ่อน - H 2 S, H 2 CO 3, H 2 SO 3, HNO 2, NH 3 · H 2 O, น้ำ
การแยกตัวของกรด เกลือ และเบส
การแยกตัวเกิดขึ้นในสารละลายและละลาย
กรดที่ละลายน้ำได้ - สิ่งเหล่านี้คืออิเล็กโทรไลต์ที่แยกตัวออกจากสารละลายที่เป็นน้ำและละลายเป็นไฮโดรเจนไอออนบวกและไอออนของกากที่เป็นกรด
ชม 2 ดังนั้น 4 ↔ 2 ชั่วโมง + + ดังนั้น 4 2-
เหตุผล– สิ่งเหล่านี้คืออิเล็กโทรไลต์ที่แยกตัวออกจากสารละลายที่เป็นน้ำและละลายเป็นไอออนบวกของโลหะและไอออนไฮดรอกไซด์
NaOH ↔ นา + + OH –
ฐานที่ละลายน้ำได้
– สิ่งเหล่านี้คือไฮดรอกไซด์ที่เกิดจากไอออนของโลหะที่ใช้งานอยู่: monovalent: Li +, Na +, K +, Rb +, Cs +, Fr +; ไดวาเลนท์: Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+
เกลือ – สิ่งเหล่านี้คืออิเล็กโทรไลต์ที่แยกตัวออกจากสารละลายที่เป็นน้ำและละลายเป็นไอออนบวกของโลหะและไอออนของกากที่เป็นกรด
นา 2 SO 4 ↔ 2Na + + SO 4 2-
งานทดสอบตัวเอง:
เขียนสมการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์ต่อไปนี้: ซิงค์ไนเตรต, โซเดียมคาร์บอเนต, แคลเซียมไฮดรอกไซด์, สตรอนเซียมคลอไรด์, ลิเธียมซัลเฟต, กรดซัลฟูรัส, คอปเปอร์ (II) คลอไรด์, เหล็ก (III) ซัลเฟต, โพแทสเซียมฟอสเฟต, ไฮโดรซัลไฟด์, แคลเซียมโบรไมด์, แคลเซียมไฮดรอกซีคลอไรด์, โซเดียม ไนเตรต , ลิเธียมไฮดรอกไซด์