Przejdź na stronę główną Interia.pl

Wybierz szkołę

Wybierz dział

Zaproszenie do wspólnej nauki

zaprasza Cię do wspólnej nauki fiszek

Połączenie głosowe
Upewnij się, że masz włączone głośniki i mikrofon
Odrzuć

Reakcje w roztworach wodnych

Dysocjacja elektrolityczna

Dysocjacja elektrolityczna (jonowa) - rozpad substancji na jony (kationy i aniony) pod wpływem wody.

Kwasy - związki, które w roztworze wodnym dysocjują na jednododatnie kationy wodoru i aniony reszty kwasowej:

Dysocjacja elektrolityczna.

gdzie: R - reszta kwasowa; n - wartościowość reszty kwasowej (ilość atomów wodoru w cząsteczce kwasu)

Aby poprawnie określać liczbę moli i ładunek powstających jonów, należy pamiętać, że w procesie dysocjacji:

- liczba powstających ładunków dodatnich jest równa liczbie ładunków ujemnych

- liczba kationów i anionów jest równa liczbie atomów (lub grup atomów) we wzorze substancji

- ładunek jonu jest równy wartościowości atomu lub grupy atomów

1 mol HCl dysocjuje na 1 mol kationów wodoru i 1 mol anionów chlorkowych

1 mol cząsteczek kwasu chlorowodorowego zawiera: 1 mol atomów wodoru, a więc powstaje 1 mol jonów wodoru i 1 mol atomów chloru, czyli 1 mol jonów chlorkowych.

Kation wodoru jest jednododatni (wodór jest I-wartościowy), a anion chlorkowy jednoujemny (chlor w HCl jest I-wartościowy), a zatem suma ładunków jest równa zero. Liczbę podającą ładunek jonu zapisuje się w prawym górnym rogu, podając po niej znak + lub -, tzn. 3+ a nie +3. Liczbę 1 pomijamy (piszemy tylko + lub -).

Nazwa anionu pochodzi od nazwy kwasu, w którym występuje np.:

Cl- - chlorkowy

S2- - siarczkowy

SO42- - siarczanowy (VI)

SO32- - siarczanowy (IV)

CO32- - węglanowy

Kwasy zawierające więcej niż 1 mol atomów wodoru dysocjują stopniowo:

I stopień dysocjacji kwasu siarkowego(VII):

1 mol H2SO4 dysocjuje na 1 mol kationów wodoru i 1 mol anionów wodorosiarczanowych (VI).

W pierwszym etapie od cząsteczki kwasu łatwo ulega odszczepieniu 1 mol kationów wodoru, drugi pozostaje w anionie, stąd w nazwie anionu pojawia się przedrostek wodorowy.

W drugim etapie dysocjuje jon wodorosiarczanowy (VI) odszczepiając mol kationów wodorowych, a powstający anion ma ładunek 2-. Etap ten zachodzi trudniej.

Zapisując równania (tyle równań, ile atomów wodoru w cząsteczce kwasu) procesu wielostopniowej dysocjacji kwasów należy pamiętać, że suma ładunków powstających jonów (prawa strona równania) musi się równać ładunkowi substratu (lewa strona).

II stopień dysocjacji:

1 mol HSO4- dysocjuje na 1 mol kationów wodoru i 1 mol anionów siarczanowych (VI).

Kwasy odszczepiające jeden mol kationów wodoru noszą nazwę kwasów jednoprotonowych, np. HCl, HNO3. Kwasy zawierające w cząsteczce dwa mole atomów wodoru to kwasy dwuprotonowe (odszczepiają dwa mole kationów wodoru), np. H2SO4, H2S. Kwasy odszczepiające trzy mole kationów wodoru to kwasy trójprotonowe (dysocjują trójstopniowo), np. H3PO4.

Obecność kationów wodoru w roztworach wszystkich kwasów powoduje identyczne zabarwienie wskaźników, co wykorzystuje się do rozpoznawania, czy dany roztwór jest kwasem.

Zasady - związki, które w roztworze wodnym dysocjują na kationy metali i jednoujemne aniony wodorotlenkowe.

Dysocjacja elektrolityczna.

gdzie: M - symbol metalu, m - wartościowość metalu (liczba grup OH-)

Dla wodorotlenków dopuszcza się pisanie równań całkowitej dysocjacji.

1 mol NaOH dysocjuje na 1 mol kationów sodu i 1 mol anionów wodorotlenkowych.

W procesie dysocjacji zasady sodowej powstaje 1 mol (we wzorze NaOH jest 1 mol Na) jednododatnich kationów sodu (sód jest I-wartościowym metalem). Jednoujemny anion tworzy grupa - OH (wodorotlenkowa).

Wodorotlenki wielowodorotlenowe dysocjują stopniowo, np.:

W I etapie następuje odszczepienie z cząsteczki wodorotlenku jednego mola anionów wodorotlenkowych:

1 mol kationów hydroksomagnezu + 1 mol anionów wodorotlenkowych.

II etap polega na odszczepieniu drugiego mola anionów wodorotlenkowych:

1 mol kationów magnezu + 1 mol anionów wodorotlenkowych.

Sumarycznie:

Dysocjacja elektrolityczna.

czyli: 1 mol wodorotlenku wapnia dysocjuje na 1 mol kationów magnezu i 2 mole anionów wodorotlenkowych.

Obecność anionów OH- w roztworach wszystkich zasad powoduje identyczne zabarwienie wskaźników, co wykorzystuje się do rozpoznawania, czy dany roztwór jest zasadą. Np. fenoloftaleina w roztworach zasadowych przyjmuje kolor malinowy.

Sole - związki, które w roztworze wodnym dysocjują na kationy metalu i aniony reszt kwasowych.

Dysocjacja elektrolityczna.

gdzie:

M - symbol metalu

m - wartościowość metalu

R - reszta kwasowa

n - wartościowość reszty kwasowej

np.

1 mol KCl dysocjuje na 1 mol kationów potasu i 1 mol anionów chlorkowych.

W wyniku dysocjacji 1 mola chlorku potasu powstaje 1 mol (we wzorze 1 mol K) jednododatnich (potas - I-wartościowy metal) kationów potasu oraz 1 mol (we wzorze 1 mol Cl) jednoujemnych (reszta kwasowa w HCl - I-wartościowa).

Dysocjacja elektrolityczna.

1 mol chlorku glinu dysocjuje na 1 mol kationów glinu i 3 mole anionów chlorkowych. Kationy glinu mają ładunek 3+ (glin - III-wartościowy metal), aniony chlorkowe mają ładunek I- (reszta kwasowa jest I-wartościowa). Suma ładunków dodatnich (1 · 3+ = 3+) i ujemnych (3 · 1- = 3-) musi wynosić zero.

Zadanie 1

Napisz równania dysocjacji jonowej następujących związków:

a) HNO3, H2CO3, H2S

b) Ca(OH)2, KOH

c) KNO2, Cu(NO3)2, MgSO3, CaCl2, K3PO4

Rozwiązanie:

1 mol cząsteczek kwasu azotowego (V) dysocjuje na 1 mol kationów wodoru (1H we wzorze kwasu) i 1 mol anionów azotanowych (V) o ładunku 1- (wartościowość reszty kwasowej wynosi I). 1 mol cząsteczek kwasu węglowego dysocjuje na 1 mol kationów wodoru i 1 mol jednoujemnych anionów węglanowych. Na koniec możemy wykonać sprawdzenie, równanie dysocjacji jest poprawnie zapisane, gdy suma ładunków dodatnich i ujemnych wynosi zero (1 · 1 + 1- = 0). 1 mol cząsteczek kwasu siarkowodorowego dysocjuje na 2 mole kationów wodoru i 1 mol jednoujemnych anionów siarczkowych. Suma ładunków dodatnich (1 · 1+ = 1+) i ujemnych jest równa zero - równanie dysocjacji jest poprawnie zapisane. 1 mol jednostek formalnych wodorotlenku wapnia dysocjuje na 1 mol kationów wapnia o ładunku 2+ (wapń jest II-wartościowy) i 2 mole anionów wodorotlenkowych (2 grupy -OH we wzorze). Suma ładunków dodatnich i ujemnych jest równa zero (2 + 2 · 1- = 0). 1 mol jednostek formalnych wodorotlenku potasu dysocjuje na 1 mol jednododatnich kationów potasu (potas jest I-wartościowy) i 1 mol anionów wodorotlenkowych. 1 mol jednostek formalnych azotanu (III) potasu dysocjuje na 1 mol kationów potasu (1 K we wzorze) o ładunku 1+ (I- wartościowy potas) i 1 mol anionów azotanowych (III) o ładunku 1- (I- wartościowa reszta kwasowa). 1 mol jednostek formalnych azotanu (V) miedzi (II) dysocjuje na 1 mol (1 Cu we wzorze) dwudodatnich kationów miedzi (miedź jest w tym związku II- wartościowa) i 2 mole (dwie reszty kwasowe we wzorze) anionów azotanowych (III) o ładunku 1- (wartościowość reszty kwasowej -I). 1 mol jednostek formalnych siarczanu (IV) magnezu dysocjuje na 1 mol kationów (1Mg we wzorze) i 1 mol (1 reszta kwasowa we wzorze) anionów siarczanowych (IV) o ładunku 2- (reszta kwasowa jest II-wartościowa). Suma ładunków dodatnich i ujemnych wynosi zero. 1 mol jednostek formalnych chlorku wapnia dysocjuje na 1 mol (1Ca we wzorze) kationów wapnia o ładunku 2+ (wapń jest II-wartościowy) i 2 mole anionów chlorkowych (CaCl2) o ładunku 1-, a zatem suma ładunków dodatnich (2+) i ujemnych (2 · 1-) jest równa zero. 1 mol jednostek formalnych fosforanu (V) potasu dysocjuje na 3 mole (3 K we wzorze) jednododatnich kationów potasu (potas jest I-wartościowy) i 1 mol (1 reszta kwasowa we wzorze) anionów fosforanowych (V) o ładunku (3-). Suma ładunków dodatnich (3 · 1+ = 3+) i ujemnych (3-) wynosi zero.

Zadanie 2

Z podanych związków wybierz te, które rozpuszczone w wodzie dysocjują na jony. Napisz dla nich odpowiednie równania dysocjacji: KBr, CH4, H3PO4, O2, Fe(NO3)3, LiOH.

Bromek potasu należy do soli, które w roztworach wodnych dysocjują na kationy metalu (powstaje 1 mol kationów bromu) i aniony reszt kwasowych (powstaje 1 mol anionów bromkowych).

CH4 - związek organiczny, nie dysocjuje. Wśród związków organicznych dysocjują jedynie kwasy karboksylowe i ich sole.

Kwasy, a więc i kwas fosforowy (V), dysocjują na kationy wodoru i aniony reszt kwasowych. W wyniku dysocjacji 1 mola cząsteczek H3PO4 powstają 3 mole kationów wodoru (3H we wzorze kwasu) i 1 mol anionów reszty kwasowej (1 reszta kwasowa we wzorze) o ładunku 3- (reszta kwasowa jest III-wartościowa).

Cząsteczka tlenu O2 nie dysocjuje. Do elektrolitów należą bowiem wodne roztwory kwasów, zasad i soli.

1 mol cząsteczek azotanu (V) żelaza (III) dysocjuje na 1 mol kationów żelaza (1Fe we wzorze soli) o ładunku 3+ (wartościowość żelaza w tym związku wynosi III) i 3 mole (3 reszty kwasowe we wzorze soli) anionów azotanowych (V) o ładunku 1- (reszta kwasowa jest I-wartościowa). LiOH jest przedstawicielem zasad, które w roztworze wodnym dysocjują na kationy metalu (Li+) i aniony wodorotlenkowe (OH-).

Napisz wielostopniową dysocjację:

a) kwasu fosforowego (V)

b) wodorotlenku wapnia

Rozwiązanie:

W pierwszym etapie dysocjacji następuje odszczepienie jednego mola kationów wodoru, a powstający anion zawiera jeszcze dwa mole kationów wodoru, stąd jego nazwa to anion dwuwodorofosforanowy (V). Ładunek tego jonu wynosi 1- (na skutek oderwania 1 mola kationów wodoru od obojętnej cząsteczki kwasu). W II etapie następuje odszczepienie kolejnego mola kationów wodoru, a zatem powstający anion zawiera już tylko jeden mol kationów wodoru, stąd jego nazwa to anion wodorofosforanowy (V). Ładunek tego jonu wzrasta zatem na 2-.W trzecim etapie (kwas trójprotonowy) odszczepieniu ulega ostatni z moli kationów wodoru, powstający anion nosi zatem nazwę anionu fosforanowego (V). Ładunek tego jonu wynosi 3- ponieważ w wyniku całego procesu dysocjacji uległy odszczepieniu 3 mole kationów wodoru. 1 mol cząsteczek kwasu fosforowego (V) dysocjuje na 3 mole kationów wodoru i 1 mol anionów fosforanowych (V). W pierwszym etapie dysocjacji następuje odszczepienie 1 mola anionów wodorotlenkowych, drugi mol anionów OH- wchodzi w skład powstającego kationu (w nazwie umieszczamy przedrostek hydrokso-). W drugim, ostatnim etapie dysocjacji następuje odszczepienie od (CaOH)+ 1 mola anionów wodorotlenkowych. 1 mol cząsteczek wodorotlenku wapnia dysocjuje na 1 mol kationów wapnia i 2 mole anionów wodorotlenkowych.

Stopień dysocjacji

Wśród elektrolitów możemy wyróżnić elektrolity mocne i słabe.

Elektrolity mocne bardzo dobrze przewodzą prąd elektryczny, ponieważ dysocjują prawie całkowicie na jony.

Do elektrolitów mocnych należą:

- wszystkie sole

- wodorotlenki litowców i berylowców, z wyjątkiem Be(OH)2 i Mg(OH)2

- niektóre kwasy, np. HCl, HBr, HNO3, H2SO4, HClO4

Pozostałe kwasy i zasady, w tym wszystkie kwasy organiczne należą do elektrolitów słabych, które dysocjują w roztworach tylko częściowo (dlatego znacznie gorzej przewodzą prąd elektryczny niż elektrolity mocne).

A zatem w roztworach słabych elektrolitów ustala się stan równowagi chemicznej między niezdysocjowanymi cząsteczkami a powstającymi jonami (w równaniu dysocjacji słabego elektrolitu wyrażamy to za pomocą symbolu...) np. HNO2 ... H+ + NO2-.

Ilościową miarą mocy elektrolitu jest stopień dysocjacji α. Jest to stosunek liczby moli cząsteczek zdysocjowanych na jony do całkowitej liczby moli cząsteczek wprowadzonych do roztworu.

Dysocjacja elektrolityczna. Stopień dysocjacji.

gdzie:

α - stopień dysocjacji (liczba niemianowana lub w procentach)

nz - liczba moli cząsteczek zdysocjowanych na jony

nw - całkowita liczba moli cząsteczek wprowadzonych do roztworu

Stopień dysocjacji zależy od:

- rodzaju elektrolitu - elektrolity słabe (α ≤ 30%), elektrolity mocne (α ≥ 30%)

- temperatury - rośnie wraz z jej wzrostem

- stężenia elektrolitu - rośnie, gdy stężenie roztworu maleje, w bardzo rozcieńczonych roztworach jest bliski 100% (lub 1)

Zadanie 3

Oblicz stopień dysocjacji 0,1-molowego kwasu HX, wiedząc, że stężenie jonów H+ w tym roztworze wynosi 0,02 mol/dm3. Na jego podstawie określ, czy kwas ten jest słabym czy mocnym elektrolitem.

Rozwiązanie:

Z definicji stężenia molowego wynika, że w 1 dm3 roztworu znajduje się 0,1 mola cząsteczek kwasu HX wprowadzonych do roztworu (nw), a liczba moli cząsteczek zdysocjowanych na jony jest równa stężeniu jonów H+ (nz), ponieważ w wyniku dysocjacji 1 mola cząsteczek HX powstaje 1 mol kationów wodoru. Stopień dysocjacji obliczamy ze wzoru.Dysocjacja elektrolityczna. Stopień dysocjacji.

Odp.: Stopień dysocjacji 0,1-molowego roztworu kwasu HX wynosi 20%, a zatem jest on słabym elektrolitem.

Zadanie 4

W 0,2-molowym wodnym roztworze kwasu octowego (CH3COOH) stopień dysocjacji wynosi 1,5%. Oblicz ilość moli kationów wodoru w tym roztworze.

Rozwiązanie:

Wypisujemy dane, wiedząc z definicji stężenia molowego, że liczba moli cząsteczek niezdysocjowanych, znajdujących się w 1 dm3 roztworu wynosi 0,2. Ilość moli kationów wodoru, które mamy obliczyć jest równa liczbie moli cząsteczek zdysocjowanych (nz). Wynika to z równania dysocjacji kwasu octowego. Przekształcamy wzór na stopień dysocjacji i obliczamy ilość moli cząsteczek zdysocjowanych (kationów wodoru).

Odp.: W 0,2-molowym roztworze kwasu octowego, w którym stopień dysocjacji wynosi 1,5%, stężenie kationów wodoru wynosi 0,003 mol/dm3.

Odczyn roztworu

Proces dysocjacji wody, która jest bardzo słabym elektrolitem, opisuje równanie:

Dysocjacja elektrolityczna. Odczyn roztworu.

Iloczyn stężenia kationów wodoru [H+] i stężenia anionów wodorotlenkowych [OH-] nosi nazwę iloczynu jonowego wody i jest wielkością stałą w danej temperaturze, a w temperaturze 25°C wynosi:

[H+] · [OH-] = 10-14 (mol/dm3)2

Z równania dysocjacji wody wynika, że w czystej wodzie [H+] = [OH-] (czytaj: stężenie kationów wodoru jest równe stężeniu anionów wodorotlenkowych), a z iloczynu jonowego wody obliczymy, że:

[H+] = 10-7 mol/dm3 oraz [OH-] = 10-7 mol/dm3

Jeśli do czystej wody dodamy kwasu, to wzrośnie stężenie jonów H+, a zatem:

[H+] > 10-7 mol/dm3 - roztwór ma odczyn kwasowy.

Jeśli do czystej wody dodamy zasadę, to wzrośnie stężenie jonów OH-, a więc stężenie jonów H+ musi zmaleć:

[H+] < 10-7 mol/dm3 - roztwór ma odczyn zasadowy.

Odczyn czystej wody, w której [H+] = [OH-] = 10-7 mol/dm3 jest obojętny.

Miarą kwasowości i zasadowości roztworu jest jego pH.

pH = -log [H+]

A zatem w roztworze o pH = 3 stężenie jonów H+ wynosi 10-3 mol/dm3.

Jeżeli stężenie jonów H+ wynosi 10-12 mol/dm3, to pH = 12.

Odczyn kwasowy, odczyn obojętny, odczyn zasadowy. Wzrost kwasowości, wzrost zasadowości.

pH < 7 odczyn kwasowy roztworu

pH = 7 odczyn obojętny roztworu

pH > 7 odczyn zasadowy

Najprostszym sposobem określania pH i odczynu roztworu w praktyce są wskaźniki kwasowo-zasadowe. Przyjmują one charakterystyczną barwę w roztworach różnym pH, np.:

Wskaźnik Barwa w roztworze o odczynie kwasowym Barwa w roztworze o odczynie zasadowym Barwa w roztworze o odczynie obojętnym
Oranż metylowy Czerwona Pomarańczowa Żółta
Fenoloftaleina Bezbarwna Malinowa Bezbarwna
Papierek uniwersalny Czerwona Ciemnoniebieska Żółtozielona

Pogłębiaj wiedzę w temacie: Reakcje w roztworach wodnych

Zobacz podobne opracowania

  • Podstawowa
  • Chemia
  • Roztwory

Ciekawostki (0)

Zabłyśnij i pokaż wszystkim, że znasz interesujący szczegół, ciekawy fakt dotyczący tego tematu.