3. Сильные электролиты.

Принципиальное отличие сильных электролитов от слабых состоит в том, что равновесие диссоциации сильных электролитов полностью смещено вправо:

Снижение электропроводности при увеличении концентрации сильного электролита обусловлено электростатическим взаимодействием ионов.

Дебай и Хюккель, предложив модель, которая легла в основу теории сильных электролитов:

1. Электролит полностью диссоциирует, но в сравнительно разбавленных растворах (C = 0,01 моль·л^–1).

2. Каждый ион окружен оболочкой из ионов противоположного знака. В свою очередь, каждый из этих ионов сольватирован. Это окружение называется ионной атмосферой.

Поэтому наблюдаемая степень диссоциации <1. Она называется кажущейся степенью диссоциации ( ):

где - изотонический коэффициент, - число ионов в растворе электролита.

Поэтому для описания состояния ионов в растворах рядом с концентрациями пользуются активностью - это условная (эффективная) концентрация ионов, в соответствии с которой они действуют в химических процессах (электропроводность, t_кип, t_зам, Р_осм и т.д.).

Активность (7.7) - это условная (эффективная) концентрация ионов, в соответствии с которой они действуют в химических процессах (электропроводность, tкип, tзам, Росм и т.д.).

Для бинарного одно-однозарядного электролита KatAn → Kat⁺ + An⁺ активности катиона (a₊) и аниона (a_–) соответственно равны

где C₊ и C_– – аналитические концентрации соответственно катиона и аниона, γ₊ и γ_– – их коэффициенты активности.

Определить активности каждого иона в отдельности невозможно, поэтому для одно-однозарядных электролитов пользуются средними геометрическими значений активностей и коэффициентов активностей:

Коэффициент активности по Дебаю–Хюккелю зависит по крайней мере от температуры, диэлектрической проницаемости растворителя (ε) и ионной силы (I); последняя служит мерой интенсивности электрического поля, создаваемого ионами в растворе.

Для данного электролита ионная сила выражается уравнением Дебая–Хюккеля:

Ионная сила в свою очередь равна

Здесь C – аналитическая концентрация, z – заряд катиона или аниона. Для одно-однозарядного электролита ионная сила совпадает с концентрацией. Таким образом, NaCl и Na₂SO₄ при одинаковых концентрациях будут иметь разные ионные силы. Сопоставление свойств растворов сильных электролитов можно проводить только тогда, когда ионные силы одинаковы; даже небольшие примеси резко изменяют свойства электролита.

4. Произведение растворимости.

В насыщенных растворах малорастворимого сильного электролита устанавливается равновесие между осадком (твердой фазой) и ионами электролита, например:

BaSO₄ Ba ²⁺+ SO₄^2-

осадок раствор

Тогда в соответствии с законом действующих масс константа этого равновесия запишется таким образом:

К= _ВаSO4 = a_Ba^2+. a_SO4^2- (9.24)

Поскольку BaSO₄ - твердая фаза (реакция гетерогенная), то ее концентрация к формуле константы равновесия не входит.

Таким образом, произведение активностей ионов малорастворимого электролита (в степенях стехиометрических коэффициентов), которые содержатся в его насыщенном растворе, является постоянным при указанной температуре. Оно называется произведением растворимости и обозначается (x).

Если электролит очень мало растворимый, то ионная сила близкая к нулю, а коэффициенты активности ионов мало отличаются от 1. Тогда в произведения растворимости можно активности заменить на концентрации.

Например:

_ВаSO4 = [Ba²⁺]∙[SO₄^2-] = [Ca²⁺]³∙[PO₄^3-]²

Условием образования осадка является превышение произведения концентраций ионов в степенях стехиометрических коэффициентов малорастворимого электролита над его произведением растворимости. Образование осадка малорастворимого электролита идет при условии, что произведение концентраций в степенях стехиометрических коэффициентов его ионов меньше значения .

Произведением растворимости (7.8) - постоянна при указанной температуре величина, которая определяется произведением активностей ионов малорастворимого электролита (в степенях стехиометрических коэффициентов) в его насыщенном растворе.

Критерий усвоения

После изучения и анализа данной темы Вы должны понимать следующее:

- существует различие между сильными и слабыми электролитами.

- физико-химические показатели раствора в целом: давление насыщенного пара, температура замерзания и температура кипения определяются с учетом величины изотонического коэффициента в отличии от неэлектролитов.

- величина водородного показателя определяет характер среды.

В результате изучения данной темы Вы должны знать:

- формулировки и смысл законов Рауля и Вант-Гоффа с учетом изотонического коэффициента.

- с разбавлением степень диссоциации увеличивается.

Ваши знания должны обеспечивать следующие УМЕНИЯ:

- рассчитать температуру кипения и замерзания растворов электролитов

- рассчитать мольную массу растворенного вещества исходя из растворов электролитов.

-рассчитать осмотическое давление электролитов.

- определить возможность выпадения осадка.

-рассчитать величину водородного показателя.

Выход темы в другие дисциплины: не имеет выхода информации в другие дисциплины, но она является фундаментальной при изучении других разделов курса химии, в частности темы «гидролиз солей» и некоторых разделов в курсе «физическая химия».