Электролиты и неэлектролиты. Электролитическая диссоциация

Почему в ванной нельзя пользоваться феном, ведь чистая вода почти не проводит ток? Потому что в воде из-под крана растворены соли, а их растворы ток проводят. Выяснение того, почему одни растворы проводят ток, а другие нет, привело к одной из главных теорий химии. Она объясняет, почему кислоты, щёлочи и соли ведут себя так, как мы видели в разделе 4, и на ней построены задания 13 и 14 ОГЭ.

Электролиты и неэлектролиты

Проверить, проводит ли вещество ток, можно простым прибором: два электрода, соединённые через лампочку с источником тока, опускают в испытуемое вещество. В дистиллированной воде, растворе сахара и спирта лампочка не горит. В растворах поваренной соли, гидроксида натрия, соляной кислоты она горит ярко, а в растворе уксусной кислоты — тускло. Сухая соль ток не проводит, а её расплав проводит.

Вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток, — это электролиты: кислоты, основания и соли — вещества с ионной или сильно полярной ковалентной связью. Вещества, растворы и расплавы которых ток не проводят, — неэлектролиты: сахар, глюкоза, спирт, кислород, большинство органических веществ.

Электролитическая диссоциация

Ток — это направленное движение заряженных частиц. Значит, в растворах электролитов есть свободные заряженные частицы — ионы. Они появляются в результате электролитической диссоциации — распада электролита на ионы при растворении в воде или при плавлении.

Как это происходит? Молекулы воды полярны: на атоме кислорода частичный отрицательный заряд, на атомах водорода — положительный (тема 3.1). Когда кристалл соли попадает в воду, молекулы воды поворачиваются к ионам на его поверхности противоположно заряженными концами и вырывают ионы из кристалла. В растворе каждый ион оказывается окружён оболочкой из молекул воды; такие ионы называют гидратированными. Полярные молекулы кислот вода сначала ещё сильнее поляризует, а затем разрывает на ионы.

\[ \ce{NaCl -> Na+ + Cl-} \]

Катионы и анионы

Ионы различаются знаком заряда. Катионы — положительно заряженные ионы: \(\ce{H+}\), \(\ce{Na+}\), \(\ce{NH4+}\), \(\ce{Ca^{2+}}\), \(\ce{Al^{3+}}\). Анионы — отрицательно заряженные ионы: \(\ce{Cl-}\), \(\ce{OH-}\), \(\ce{NO3-}\), \(\ce{SO4^{2-}}\), \(\ce{PO4^{3-}}\). Названия связаны с тем, куда движутся ионы при пропускании тока: катионы — к отрицательному электроду, катоду, анионы — к положительному, аноду. Эти термины ввёл в 1834 году английский физик Майкл Фарадей.

Степень диссоциации

Не все электролиты распадаются на ионы полностью. Степень диссоциации \(\alpha\) показывает, какая часть растворённых молекул распалась на ионы:

\[ \alpha = \frac{N_{\text{дисс}}}{N_{\text{общ}}}. \]

Если степень диссоциации близка к единице (100 %), электролит сильный, если мала — слабый. Сильные электролиты: сильные кислоты (\(\ce{HCl}\), \(\ce{HBr}\), \(\ce{HI}\), \(\ce{HNO3}\), \(\ce{H2SO4}\)), щёлочи и почти все растворимые соли. Слабые электролиты: слабые кислоты (\(\ce{H2S}\), \(\ce{H2CO3}\), \(\ce{H2SO3}\), \(\ce{HF}\), \(\ce{HNO2}\), уксусная кислота), раствор аммиака и сама вода. Диссоциацию сильных электролитов записывают стрелкой, слабых — знаком обратимости, ведь их молекулы распадаются на ионы лишь частично.

\[ \ce{HNO3 -> H+ + NO3-}, \qquad \ce{CH3COOH <=> CH3COO- + H+} \]