Всі речовини за здатністю проводити електричний струм в розчині або в розплаві можна поділити на дві групи: електроліти і неелектролітів.
Електролітами називаються речовини, розчини або розплави яких проводять електричний струм. До електролітів належать кислоти, підстави і солі. Це речовини з іонним або ковалентним полярним типом зв'язку.
Неелектролітами називаються речовини, розчини або розплави яких електричний струм не проводять.
Це речовини з ковалентними неполярними або малополярни зв'язками.
деякі гази (азот, кисень),
деякі тверді речовини (сірка, кремній, мідь),
деякі органічні сполуки (сахароза, бензол, етиловий спирт).
Здатність електролітів проводити електричний струм принципово відрізняється від здатності проводити електричний струм, який існує у металів. Електропровідність металів обумовлена рухом електронів, а електропровідність електролітів пов'язана з рухом іонів.
На відміну від металів - провідників I роду - електроліти відносяться до провідників II роду.
Так, наприклад, наявні в кристалічній решітці хлориду натрію іони натрію (Nа +) і (Сl -) сильно притягуються один до одного і не можуть вільно переміщатися. Тому тверда сіль не проводить електричний струм. При плавленні солі має місце процес розпаду речовини на іони під дією температури - термічна дисоціація.
При розчиненні солі у воді іони, що утворюють даний електроліт, під дією полярних молекул води відриваються одна від одної і розподіляються між молекулами розчинника. Відбувається процес електролітичноїдисоціації.
Електролітична дисоціація - процес розпаду речовини в розчині на іони під дією полярних молекул розчинника. При цьому утворюються позитивно заряджені іони (катіони) і негативно заряджені іони (аніони).
При розчиненні в воді або при плавленні неелектролітів, наприклад, цукру, відбувається розпад його кристалів тільки на окремі електронейтральні молекули. При цьому іонів не утворюється і розчин або розплав неелектролітів електричний струм не проводить.
Для пояснення особливостей поведінки електролітів шведським вченим С. Арреніус в 1887 році була запропонована теорія, що отримала назву теорії електролітичноїдисоціації. Сутність даної теорії полягає в наступному:
1. Електроліти при розчиненні або в розплаві розпадаються, диссоциируют на іони - позитивні і негативні. Властивості іонів зовсім інші, ніж у утворили їх атомів.
2. Під дією електричного струму іони набувають спрямований рух: позитивно заряджені іони (катіони) рухаються до негативно зарядженого електроду (катоду), негативно заряджені (аніони) - до позитивно зарядженого електроду (анода).
3. Дисоціація - процес оборотний. Це означає, що паралельно з розпадом молекул на іони (дисоціація), йде зворотний процес з'єднання іонів в молекули (молярізація).
Щоб відзначити цю особливість процесів електролітичноїдисоціації в рівняннях знак рівності замінюють знаком оборотності (D). Наприклад, рівняння дисоціації молекул деякого електроліту КtАn на катіон Кt + і аніон А n - записується у вигляді:
З точки зору теорії електролітичної дисоціації, кислоти (по Арреніус) - складні речовини, диссоциирующие на катіони водню і аніони кислотного залишку.
Кислотні залишки (С1 -. NO3 - і ін.) Для різних кислот різні, але спільним для всіх кислот є утворення в розчинах іона водню (H +). Наявність в розчинах кислот іона водню, точніше, гідратованого іона водню - гидроксония (H + # 8729; H2 O або Н3 O +), обумовлює загальні властивості кислот: кислий смак, дія на індикатори, взаємодія з металами з виділенням водню і ін.
Підстави (по Арреніус) - складні речовини, диссоциирующие аніони гідроксилу і катіони металу (або замінюють його груп).
Загальні властивості підстав (мильность на дотик, відповідне дію на індикатор, взаємодія з кислотами та ін.) Визначаються наявністю в розчинах підстав іонів гідроксилу (ОН -).
Солями називаються складні речовини, диссоциирующие на катіони металу і аніони кислотного залишку.
Для кількісної оцінки процесу електролітичноїдисоціації використовується поняття ступеня електролітичноїдисоціації.
Ступінь електролітичноїдисоціації a показує частку молекул, що розпалися на іони.
Ступінь електролітичноїдисоціації розраховується як відношення числа молекул, що розпалися на іони (n), до загальної кількості молекул розчиненої речовини (No):
Ступінь дисоціації виражається в частках одиниці або у відсотках.
Наприклад, якщо a = 30%, то це означає, що з кожних 100 молекул електроліту на іони розпадається 30 (a = 0, 3).
Величина ступеня електролітичноїдисоціації залежить від:
· Природи розчиняється речовини,
Залежність дисоціації від природи електроліту визначається полярністю зв'язків між атомами в частці електроліту. Речовини з ковалентними неполярними або малополярни зв'язками або не дисоціюють, або дисоціюють незначно. Добре диссоциируют речовини з ковалентними сильно полярними або іонними зв'язками. Отже, в розчинах хлориду натрію (іонний зв'язок), хлороводню (ковалентний полярна зв'язок) і хлору (ковалентний неполярний зв'язок) диссоциировать будуть NаС1 і НС1, а молекула Сl2 буде знаходитися в розчині у вигляді молекул.
Якщо ж в розчині виявляються молекули складних речовин з різним видом зв'язку, то розпад молекули на іони відбудеться в тому місці молекули, де атоми пов'язані іонної або ковалентного сильно полярної зв'язком.
Наприклад, молекула гідрокарбонату калію КНСО3 характеризується наявністю іонних (К-О) і ковалентних полярних (Н-О і С-О) зв'язків.
# 916; ОЕО (К-О) = 3,5-0,91 = 2,59 зв'язок іонна
# 916; ОЕО (Н-О) = 3,5-2,1 = 1,4 зв'язок ковалентний полярна
# 916; ОЕО (С-О) = 3,5-2,5 = 1,0 зв'язок ковалентний полярна
Найбільшу величину різниці відносних електроотріцательностей (# 916; ОЕО, див. Табл. 14 додатка) має зв'язок К-О, іпоетому дисоціація зумовлена розривом цієї, найбільш полярної (фактично іонної) зв'язку:
Дисоціація цієї речовини можлива і по другому щаблі. Вона пов'язана з розривом досить сильно полярної зв'язку Н-О.
Розрив малополярни связіс-О не відбувається.
Важливу роль в процесі дисоціації грає розчинник. Чим більше полярен розчинник, тим краще дисоціює в ньому даний електроліт, і тим більше ступінь дисоціації останнього. Якщо уявити диссоциирующих речовина як систему з двох точкових зарядів, то сила взаємодії іонів (F), на які дисоціює дана речовина, визначається відповідно до закону Кулона:
Ця сила залежить не тільки від величини зарядів частинок (е1 і е2) і відстані між ними (r), а й від природи середовища, в якій взаємодіють частинки. Природа середовища характеризується значенням діелектричної проникності (e), яка показує, у скільки разів сила взаємодії між зарядами в даному середовищі менше, ніж у вакуумі.
Нижче наведені значення величин діелектричної проникності деяких розчинників при 25 ° С.
Аміак рідкий e = 25,4
Етиловий спирт e = 25,2
Розчин хлороводню в бензолі (e = 2,3) практично не дисоціює і не проводить електричний струм, в той час як в воді (e = = 80) хлороводень дисоціює добре і розчин проводить електричний струм.
Підвищення температури, як правило, збільшує дисоціацію і при нагріванні ступінь дисоціації зростає.
При зменшенні концентрації електроліту, тобто при його розведенні, ступінь дисоціації збільшується. Тому, кажучи про ступінь дисоціації, слід вказувати концентрацію розчину.
Залежно від величини ступеня електролітичноїдисоціації розрізняють сильні і слабкі електроліти.
За величиною ступеня дисоціації в 0,1 н. розчинах все електроліти можна поділити:
a = 0 неелектроліт,