ЭЛЕКТРОЛИТЫ

Примерами электролитов являются расплавленный иодид калия и соляная кислота. Электролит проводит электрический ток в результате того, что направленное перемещение его ионов создает поток электрических зарядов. Таким образом, пропускание электрического тока через электролит сопровождается переносом вещества.

Электролитами чаще всего являются такие соединения, как кислоты, основания или соли, находящиеся в расплавленном состоянии или в водных растворах. Способность электролитов проводить электрический ток называется электролитической проводимостью. Ее следует отличать от электронной проводимости обычных проводников электрического тока, например металлов. В веществах с электронной проводимостью поток заряда обусловлен потоком электронов, а не перемещением ионов. Поэтому пропускание электрического тока через проводники с электронной проводимостью не сопровождается переносом вещества.

Электролиты в свою очередь могут быть подразделены на два типа: сильные и

слабые электролиты. Сильный электролит — это соединение, которое в расплавленном состоянии или в растворе полностью ионизировано. Примером сильного электролита может служить соляная кислота. При растворении хлороводорода в воде происходит его полная ионизация:

В этом уравнении использована простая (а не двойная) стрелка, чтобы показать, что процесс идет в указанную сторону до полного завершения.

Слабый электролит - это вещество, которое диссоциирует на ионы лишь частично. Следовательно, в растворе устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами такого вещества и диссоциированными ионами. Примером слабого электролита является уксусная кислота:

Органические кислоты и основания обычно являются слабыми электролитами.

Неэлектролит вообще не диссоциирует на ионы и поэтому не обладает способностью проводить электрический ток. Большинство органических соединений принадлежат к неэлектролитам.

Экспериментальное обнаружение присутствия ионов в растворах электролитов

Как уже говорилось в гл. 3, кристаллографические исследования с помощью рентгеновских лучей свидетельствуют о существовании ионов в ионных кристаллах. Но откуда известно о существовании ионов в водных растворах электролитов? Эти сведения получены из целого ряда независимых источников.

Коллигативные свойства. Коллигативные свойства, например понижение температуры замерзания растворов, зависят от числа частиц, имеющихся в растворе, но не от их химической природы (см. гл. 6), и это позволяет убедиться в том, что при растворении электролита в раствор переходят не его молекулы, а диссоциированные ионы, число которых превышает число молекул.

Электропроводность. Прохождение электрического тока через электролит может быть объяснено, как указано выше, перемещением ионов, несущих электрические заряды. Сильные электролиты являются лучшими проводниками электрического тока, чем слабые электролиты. Более подробное обсуждение электропроводности содержится в гл. 10.

Электролиз. При пропускании электрического тока через электролит происходит химическое разложение электролита, так называемый электролиз. Это явление служит еще одним доказательством существования ионов в растворах электролитов. Подробное обсуждение электролиза тоже содержится в гл. 10.

Закон разбавления Оствальда

В 1888 г. Ф. Оствальд применил к рассмотрению диссоциации электролитов закон действующих масс (см. гл. 7). Таким образом он вывел соотношение между константой равновесия и степенью диссоциации электролита. Это соотношение получило название закона разбавления Оствальда. Вывод закона Оствальда основан на рассмотрении

диссоциации слабого электролита. Допустим, что при растворении электролита ВА в воде образуется раствор, имеющий концентрацию с. В результате некоторая часть а электролита ВА диссоциирует, образуя ионы Величина а называется степенью диссоциации. Равновесная концентрация неионизированного электролита ВА оказывается равной а). Таким образом, можно записать

Запишем теперь выражение для константы равновесия рассматриваемой диссоциации

Подставив в это выражение равновесные концентрации участников диссоциации, получим

Это соотношение и представляет собой закон разбавления Оствальда. Константа называется константой диссоциации электролита. Чем больше тем сильнее электролит.

Фридрих Вильгельм Оствальд

Немецкий ученый Ф. В. Оствальд (1853-1932) был одним из основателей физической химии. Он известен не только тем, что открыл закон разбавления, но также и тем, что вскрыл механизм действия индикаторов. Оствальд показал, что индикаторы представляют собой слабые кислоты либо слабые основания, которые имеют неодинаковую окраску в недиссоциированном и диссоциированном состояниях (см. ниже). В 1909 г. Оствальд получил Нобелевскую премию по химии за свои работы но изучению катализа. Он первым предположил, что катапиз ускоряет химические реакции, понижая их энергию активации (см. гл. 9). Оствальд первым разработал технологический процесс окисления аммиака с помощью платиноного катализатора. Этот процесс, носящий имя Оствальда, является одной из стадий промышленного производства азотной кислоты (см. гл. 15). Небезынтересно отмстить, что хотя Оствальд находился на переднем крае исследований в нескольких областях химии, он был одним из последних, кто сопротивлялся быстро развивавшейся атомистике - теории, впервые сформулированной Дальтоном еще в 1808 г. Лишь в 1906 г. Оствальд окончательно согласился с существованием атомов.

Фридрих Вильгельм Оствальд, лауреат Нобелевской премии по химии 1909 г.

У очень слабых электролитов степень диссоциации а настолько мала, что это позволяет приближенно положить и, следовательно,

Закон разбавления Оствальда играет важную роль при изучении свойств электролитов. В этом и следующих разделах мы познакомимся с его применениями к рассмотрению диссоциации кислот, оснований, воды и солей.