Daya hantar suatu zat yang berarus listrik atau tidak mempunyai daya hantar listrik dapat diamati dengan menggunakan alat sederhana.
Ini terdiri dari batang karbon (elektroda) yang dihubungkan dengan kabel ke jaringan listrik. Lampu listrik disertakan dalam rangkaian, yang menunjukkan ada tidaknya arus dalam rangkaian. Jika Anda mencelupkan elektroda ke dalam larutan gula, bola lampu tidak akan menyala. Namun akan menyala terang jika dicelupkan ke dalam larutan natrium klorida.
Zat yang terurai menjadi ion dalam larutan atau meleleh sehingga dapat menghantarkan arus listrik disebut elektrolit.
Zat yang pada kondisi yang sama tidak terurai menjadi ion dan tidak menghantarkan arus listrik disebut nonelektrolit.
Elektrolit mencakup asam, basa, dan hampir semua garam.
Non-elektrolit mencakup sebagian besar senyawa organik, serta zat yang molekulnya hanya mengandung ikatan kovalen non-polar atau polar rendah.
Elektrolit adalah konduktor jenis kedua. Dalam larutan atau lelehan, mereka terurai menjadi ion, itulah sebabnya arus mengalir. Jelasnya, semakin banyak ion dalam suatu larutan, semakin baik larutan tersebut menghantarkan arus listrik. Air murni menghantarkan listrik dengan sangat buruk.
Ada elektrolit kuat dan lemah.
Elektrolit kuat, ketika dilarutkan, terdisosiasi sempurna menjadi ion.
Ini termasuk:
1) hampir semua garam;
2) banyak asam mineral, misalnya H 2 SO 4, HNO 3, HCl, HBr, HI, HMnO 4, HClO 3, HClO 4;
3) basa logam alkali dan alkali tanah.
Elektrolit lemah Ketika dilarutkan dalam air, mereka hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion.
Ini termasuk:
1) hampir semua asam organik;
2) beberapa asam mineral, misalnya H 2 CO 3, H 2 S, HNO 2, HClO, H 2 SiO 3;
3) banyak basa logam (kecuali basa logam alkali dan alkali tanah), serta NH 4 OH, yang dapat direpresentasikan sebagai amonia hidrat NH 3 ∙H 2 O.
Air adalah elektrolit lemah.
Elektrolit lemah tidak dapat menghasilkan ion dengan konsentrasi tinggi dalam larutan.
Prinsip dasar teori disosiasi elektrolitik.
Pemecahan elektrolit menjadi ion ketika dilarutkan dalam air disebut disosiasi elektrolitik.
Jadi, natrium klorida NaCl, bila dilarutkan dalam air, terurai sempurna menjadi ion natrium Na + dan ion klorida Cl -.
Air membentuk ion hidrogen H+ dan ion hidroksida OH- hanya dalam jumlah yang sangat kecil.
Untuk menjelaskan karakteristik larutan elektrolit dalam air, ilmuwan Swedia S. Arrhenius mengajukan teori disosiasi elektrolitik pada tahun 1887. Selanjutnya dikembangkan oleh banyak ilmuwan berdasarkan doktrin struktur atom dan ikatan kimia.
Isi modern dari teori ini dapat direduksi menjadi tiga ketentuan berikut:
1. Elektrolit, bila dilarutkan dalam air, terurai (berdisosiasi) menjadi ion - positif dan negatif.
Ion berada dalam keadaan elektronik yang lebih stabil daripada atom. Mereka dapat terdiri dari satu atom - ini adalah ion sederhana (Na +, Mg 2+, Al 3+, dll.) - atau beberapa atom - ini adalah ion kompleks (NO 3 -, SO 2- 4, PO Z- 4 dll.).
2. Di bawah pengaruh arus listrik, ion memperoleh gerakan terarah: ion bermuatan positif bergerak menuju katoda, ion bermuatan negatif bergerak menuju anoda. Oleh karena itu, yang pertama disebut kation, yang terakhir disebut anion.
Pergerakan ion yang terarah terjadi karena daya tarik ion-ion tersebut oleh elektroda-elektroda yang bermuatan berlawanan.
3. Disosiasi merupakan proses reversibel: bersamaan dengan penguraian molekul menjadi ion (disosiasi), terjadi proses penggabungan ion (asosiasi).
Oleh karena itu, dalam persamaan disosiasi elektrolitik, tanda reversibilitas digunakan sebagai pengganti tanda sama dengan. Misalnya persamaan disosiasi molekul elektrolit KA menjadi kation K+ dan anion A - in pandangan umum ditulis seperti ini:
KA ↔ K++ A -
Teori disosiasi elektrolitik adalah salah satu teori utama dalam kimia anorganik dan sepenuhnya konsisten dengan ajaran atom-molekul dan teori struktur atom.
Derajat disosiasi.
Salah satu konsep terpenting teori disosiasi elektrolitik Arrhenius adalah konsep derajat disosiasi.
Derajat disosiasi (a) adalah perbandingan jumlah molekul yang terdisosiasi menjadi ion (n") dengan jumlah total molekul terlarut (n):
Derajat disosiasi elektrolit ditentukan secara eksperimental dan dinyatakan dalam pecahan satuan atau persentase. Jika α = 0, maka tidak terjadi disosiasi, dan jika α = 1 atau 100%, maka elektrolit terurai sempurna menjadi ion-ion. Jika α = 20%, berarti dari 100 molekul elektrolit tertentu, 20 molekul telah terpecah menjadi ion.
Elektrolit yang berbeda memiliki derajat disosiasi yang berbeda. Pengalaman menunjukkan bahwa hal ini bergantung pada konsentrasi elektrolit dan suhu. Dengan penurunan konsentrasi elektrolit, mis. Bila diencerkan dengan air, derajat disosiasi selalu meningkat. Biasanya, derajat disosiasi dan kenaikan suhu meningkat. Berdasarkan derajat disosiasinya, elektrolit dibedakan menjadi kuat dan lemah.
Mari kita perhatikan pergeseran kesetimbangan yang terjadi antara molekul dan ion yang tidak terdisosiasi selama disosiasi elektrolitik dari elektrolit lemah - asam asetat:
CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +
Bila larutan asam asetat diencerkan dengan air, kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukan ion, dan derajat disosiasi asam meningkat. Sebaliknya, ketika suatu larutan diuapkan, kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan molekul asam - derajat disosiasi menurun.
Dari ungkapan ini jelas bahwa α dapat bervariasi dari 0 (tidak ada disosiasi) hingga 1 (disosiasi sempurna). Derajat disosiasi sering kali dinyatakan dalam persentase. Derajat disosiasi elektrolit hanya dapat ditentukan secara eksperimental, misalnya dengan mengukur titik beku larutan, daya hantar listrik larutan, dan lain-lain.
Mekanisme disosiasi
Zat dengan ikatan ionik paling mudah terdisosiasi. Seperti yang Anda ketahui, zat tersebut terdiri dari ion. Ketika larut, dipol air berorientasi pada ion positif dan negatif. Timbul gaya tarik menarik antara ion dan dipol air. Akibatnya, ikatan antar ion melemah, dan ion berpindah dari kristal ke larutan. Dalam hal ini, ion terhidrasi terbentuk, mis. ion-ion yang terikat secara kimia pada molekul air.
Elektrolit, yang molekulnya terbentuk menurut jenis ikatan kovalen polar (molekul polar), berdisosiasi dengan cara yang sama. Di sekitar setiap molekul polar suatu zat, dipol air juga berorientasi, yang tertarik oleh kutub negatifnya ke kutub positif molekul, dan oleh kutub positifnya ke kutub negatif. Akibat interaksi ini, awan elektron penghubung (pasangan elektron) bergeser seluruhnya ke arah atom dengan keelektronegatifan lebih tinggi, molekul polar berubah menjadi molekul ionik dan kemudian ion terhidrasi mudah terbentuk:
Disosiasi molekul polar bisa lengkap atau sebagian.
Jadi, elektrolit adalah senyawa dengan ikatan ionik atau polar - garam, asam dan basa. Dan mereka dapat berdisosiasi menjadi ion dalam pelarut polar.
Konstanta disosiasi.
Konstanta disosiasi. Karakteristik disosiasi elektrolit yang lebih akurat adalah konstanta disosiasi, yang tidak bergantung pada konsentrasi larutan.
Ekspresi konstanta disosiasi dapat diperoleh dengan menuliskan persamaan reaksi disosiasi elektrolit AA dalam bentuk umum:
SEBUAH → SEBUAH - + K + .
Karena disosiasi adalah proses kesetimbangan yang dapat dibalik, hukum aksi massa diterapkan pada reaksi ini, dan konstanta kesetimbangan dapat didefinisikan sebagai:
dimana K adalah konstanta disosiasi, yang bergantung pada suhu dan sifat elektrolit dan pelarut, tetapi tidak bergantung pada konsentrasi elektrolit.
Kisaran konstanta kesetimbangan untuk berbagai reaksi sangat besar - dari 10 -16 hingga 10 15. Misalnya bernilai tinggi KE untuk reaksi
Artinya jika logam tembaga ditambahkan ke dalam larutan yang mengandung ion perak Ag+, maka pada saat tercapai kesetimbangan, konsentrasi ion tembaga jauh lebih besar daripada kuadrat konsentrasi ion perak 2. Sebaliknya, nilainya rendah KE dalam reaksi
menunjukkan bahwa pada saat kesetimbangan tercapai, jumlah perak iodida AgI yang dapat diabaikan telah terlarut.
Berikan perhatian khusus pada bentuk penulisan ekspresi konstanta kesetimbangan. Jika konsentrasi beberapa reaktan tidak berubah secara signifikan selama reaksi, maka konsentrasi tersebut tidak dituliskan ke dalam persamaan konstanta kesetimbangan (konstanta tersebut dilambangkan K 1).
Jadi, untuk reaksi tembaga dengan perak ungkapannya salah:
Bentuk yang benar adalah:
Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa konsentrasi logam tembaga dan perak dimasukkan ke dalam konstanta kesetimbangan. Konsentrasi tembaga dan perak ditentukan oleh kepadatannya dan tidak dapat diubah. Oleh karena itu, tidak ada gunanya memperhitungkan konsentrasi ini ketika menghitung konstanta kesetimbangan.
Ekspresi konstanta kesetimbangan ketika melarutkan AgCl dan AgI dijelaskan dengan cara yang sama
Produk kelarutan. Konstanta disosiasi garam logam dan hidroksida yang sukar larut disebut produk kelarutan zat yang bersangkutan (dilambangkan dengan PR).
Untuk reaksi disosiasi air
ekspresi konstannya adalah:
Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa konsentrasi air selama reaksi dalam larutan air sedikit berubah. Oleh karena itu, diasumsikan bahwa konsentrasi [H 2 O] tetap konstan dan dimasukkan ke dalam konstanta kesetimbangan.
Asam, basa dan garam dari sudut pandang disosiasi elektrolitik.
Dengan menggunakan teori disosiasi elektrolitik, mereka mendefinisikan dan mendeskripsikan sifat-sifat asam, basa, dan garam.
Asam adalah elektrolit yang disosiasinya hanya menghasilkan kation hidrogen sebagai kation.
Misalnya:
НCl ↔ Н + + С aku - ;
CH 3 COOH ↔ H + + CH 3 COO -
Disosiasi asam polibasa terutama terjadi melalui langkah pertama, pada tingkat lebih rendah melalui langkah kedua, dan hanya sebagian kecil melalui langkah ketiga. Oleh karena itu, dalam larutan berair, misalnya asam fosfat, bersama dengan molekul H 3 PO 4, terdapat ion (dalam jumlah yang terus menurun) H 2 PO 2-4, HPO 2-4 dan PO 3-4
N 3 PO 4 ↔ N + + N 2 PO - 4 (tahap pertama)
N 2 PO - 4 ↔ N + + NPO 2- 4 (tahap kedua)
NRO 2- 4 ↔ N+ PO Z- 4 (tahap ketiga)
Kebasaan suatu asam ditentukan oleh jumlah kation hidrogen yang terbentuk selama disosiasi.
Jadi, HCl, HNO 3 - asam monobasa - satu kation hidrogen terbentuk;
H 2 S, H 2 CO 3, H 2 SO 4 - dibasa,
H 3 PO 4, H 3 AsO 4 bersifat tribasa, karena masing-masing terbentuk dua dan tiga kation hidrogen.
Dari empat atom hidrogen yang terkandung dalam molekul asam asetat CH 3 COOH, hanya satu, yaitu bagian dari gugus karboksil - COOH, yang mampu dipecah menjadi kation H + - asam asetat monobasa.
Asam dibasa dan polibasa berdisosiasi bertahap (bertahap).
Basa adalah elektrolit yang disosiasinya hanya menghasilkan ion hidroksida sebagai anion.
Misalnya:
KOH ↔ K + + OH - ;
NH 4 OH ↔ NH + 4 + OH -
Basa yang larut dalam air disebut basa. Jumlahnya tidak banyak. Ini adalah basa logam alkali dan alkali tanah: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, FrOH dan Ca(OH) 2, Sr(OH) 2, Ba(OH) 2, Ra(OH) 2, serta NH4OH. Kebanyakan basa sedikit larut dalam air.
Keasaman suatu basa ditentukan oleh jumlah gugus hidroksilnya (gugus hidroksi). Misalnya, NH 4 OH adalah basa satu asam, Ca(OH) 2 adalah basa dua asam, Fe(OH) 3 adalah basa tiga asam, dan seterusnya. Basa dua dan banyak asam berdisosiasi bertahap
Ca(OH) 2 ↔ Ca(OH) + + OH - (tahap pertama)
Ca(OH) + ↔ Ca 2+ + OH - (tahap kedua)
Namun, ada elektrolit yang, ketika disosiasi, secara bersamaan membentuk kation hidrogen dan ion hidroksida. Elektrolit ini disebut amfoter atau amfolit. Ini termasuk air, seng, aluminium, kromium hidroksida dan sejumlah zat lainnya. Air, misalnya, terdisosiasi menjadi ion H + dan OH - (dalam jumlah kecil):
H 2 O ↔ H + + OH -
Akibatnya, ia memiliki sifat asam yang sama karena adanya kation hidrogen H +, dan sifat basa karena adanya ion OH -.
Disosiasi seng hidroksida amfoter Zn(OH) 2 dapat dinyatakan dengan persamaan
2OH - + Zn 2+ + 2H 2 O ↔ Zn(OH) 2 + 2H 2 O ↔ 2- + 2H +
Garam adalah elektrolit, ketika disosiasi membentuk kation logam, serta kation amonium (NH 4) dan anion residu asam
Misalnya:
(NH 4) 2 JADI 4 ↔ 2NH + 4 + JADI 2- 4;
Na 3 PO 4 ↔ 3Na + + PO 3- 4
Beginilah cara garam sedang terdisosiasi. Garam asam dan basa berdisosiasi bertahap. Dalam garam asam, ion logam pertama-tama dieliminasi, dan kemudian kation hidrogen. Misalnya:
KHSO 4 ↔ K + + HSO - 4
HSO - 4 ↔ H + + JADI 2- 4
Dalam garam basa, residu asam dihilangkan terlebih dahulu, dan kemudian ion hidroksida.
Mg(OH)Cl ↔ Mg(OH) + + Cl -
Zat yang larutan (atau lelehannya) dapat menghantarkan arus listrik disebut e l e c t r o l i t a m i. Seringkali larutan zat-zat ini sendiri disebut elektrolit. Larutan (pelelehan) elektrolit ini adalah konduktor jenis kedua, karena transmisi listrik dilakukan di dalamnya melalui gerakan dan tentang n tentang masuk - partikel bermuatan. Partikel yang bermuatan positif disebut kation (Ca +2), partikel yang membawa muatan negatif - anion (DIA -). Ion dapat berbentuk sederhana (Ca+2, H+) dan kompleks (PO 4 ־ 3, HCO 3 ־ 2).
Pendiri teori disosiasi elektrolitik adalah ilmuwan Swedia S. Arrhenius. Menurut teori disosiasi elektrolitik adalah penguraian molekul menjadi ion ketika dilarutkan dalam air, dan ini terjadi tanpa pengaruh arus listrik. Namun, teori ini tidak menjawab pertanyaan: alasan apa yang menyebabkan munculnya ion dalam larutan dan mengapa ion positif, ketika bertabrakan dengan ion negatif, tidak membentuk partikel netral.
Ilmuwan Rusia memberikan kontribusinya terhadap pengembangan teori ini: D.I. Mendeleev, I.A. Kablukov - pendukung teori kimia larutan, yang memperhatikan pengaruh pelarut dalam proses disosiasi. Kablukov berpendapat bahwa zat terlarut berinteraksi dengan pelarut ( proses solvasi ) membentuk produk dengan komposisi variabel ( garam ).
Solvat adalah ion yang dikelilingi oleh molekul pelarut (kulit solvasi), yang jumlahnya bisa berbeda-beda (begitulah cara mencapai komposisi variabel). Jika pelarutnya adalah air, maka proses interaksi antara molekul zat terlarut dan pelarut disebut g i d r a t a t i e y, dan produk interaksinya adalah g saya d r at o m.
Jadi, penyebab disosiasi elektrolitik adalah solvasi (hidrasi). Dan solvasi (hidrasi) ionlah yang mencegah ion-ion tersebut bergabung kembali menjadi molekul netral.
Secara kuantitatif, proses disosiasi ditandai dengan nilai derajat disosiasi elektrolitik ( α ), yang merupakan perbandingan jumlah zat yang terurai menjadi ion dengan jumlah total zat terlarut. Oleh karena itu, untuk elektrolit kuat α = 1 atau 100% (ada ion terlarut dalam larutan), untuk elektrolit lemah 0< α < 1 (в растворе присутствуют наряду с ионами растворенного вещества и его недиссоциированные молекулы), для неэлектролитов α = 0 (tidak ada ion dalam larutan). Selain sifat zat terlarut dan pelarut, kuantitasnya α tergantung pada konsentrasi larutan dan suhu.
Jika pelarutnya adalah air, elektrolit kuat meliputi:
1) semua garam;
2) asam berikut: HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3, HClO4;
3) basa berikut: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH) 2, Sr(OH) 2, Ba(OH) 2.
Proses disosiasi elektrolitik bersifat reversibel, oleh karena itu dapat dicirikan oleh nilai tetapan kesetimbangan, yang dalam kasus elektrolit lemah disebut konstanta disosiasi (K D ) .
Semakin besar nilai ini, semakin mudah elektrolit terurai menjadi ion, semakin banyak ion-ionnya dalam larutan. Contoh: HF ═ H + + F־
Nilai ini konstan pada suhu tertentu dan bergantung pada sifat elektrolit dan pelarut.
Asam polibasa dan basa poliasam berdisosiasi bertahap. Misalnya, molekul asam sulfat pada dasarnya menghilangkan satu kation hidrogen:
H 2 JADI 4 ═ H + + HSO 4 ־ .
Eliminasi ion kedua menurut persamaan
HSO 4 ־ ═ N + + SO 4 ־ 2
sudah jauh lebih sulit karena harus mengatasi daya tarik ion SO 4 ־ yang bermuatan ganda, yang tentu saja menarik ion hidrogen lebih kuat daripada ion HSO 4 ־ yang bermuatan tunggal. Oleh karena itu, tahap disosiasi kedua terjadi pada tingkat yang jauh lebih kecil dibandingkan tahap pertama.
Basa yang mengandung lebih dari satu gugus hidroksil dalam molekulnya juga terdisosiasi secara bertahap. Misalnya:
Ba(OH) 2 ═ BaOH + + OH - ;
BaOH + = Ba 2+ + OH - .
Garam sedang (normal) selalu terdisosiasi menjadi ion logam dan residu asam:
CaCl 2 = Ca 2+ + 2Cl - ;
Na 2 JADI 4 = 2Na + + JADI 4 2- .
Garam asam, seperti asam polibasa, terdisosiasi secara bertahap. Misalnya:
NaHCO 3 = Na + + HCO 3 - ;
HCO 3 - = H + + CO 3 2- .
Namun derajat disosiasi pada tahap kedua sangat kecil, sehingga larutan garam asam hanya mengandung sejumlah kecil ion hidrogen.
Garam basa terdisosiasi menjadi ion basa dan asam. Misalnya:
Fe(OH)Cl 2 = FeOH 2+ + 2Cl - .
Hampir tidak terjadi disosiasi sekunder ion residu basa menjadi ion logam dan hidroksil.
Teori
elektrolitik
disosiasi
Sasaran. Untuk membentuk di kalangan siswa konsep “disosiasi elektrolitik” berdasarkan pengajaran atom-molekul, teori disosiasi elektrolitik S. Arrhenius dan teori hidrasi larutan D.I. Mengungkapkan penyebab daya hantar listrik larutan, mendiskusikan pengertian dan penerapan teorinya.
Peralatan dan reagen. Tabung reaksi, dua silinder ukur, pipet, alat untuk menguji konduktivitas listrik larutan, gelas kimia, batang kaca;
air, asam sulfat dan asetat pekat, natrium hidroksida padat, natrium klorida, tembaga(II) sulfat, 100 ml larutan jingga metil dalam aseton, larutan tembaga(II) sulfat, natrium klorida, kalsium hidroksida, barium nitrat, barium klorida, perak nitrat, asam klorida, natrium karbonat, magnesium klorida, aluminium klorida, seng butiran, serbuk besi, aluminium butiran.
Rencana presentasi topik
- Sifat-sifat larutan berair dan tidak berair dari berbagai golongan senyawa anorganik.
- Pelarutan dalam air dari sudut pandang teori elektronik.
- Disosiasi elektrolit dalam larutan.
- Derajat disosiasi elektrolitik. Elektrolit lemah dan kuat.
SELAMA KELAS
Guru. Tahukah Anda bahwa zat tidak hanya larut dalam air, tetapi juga dalam pelarut lain? Jika ya, berikan contohnya.(Siswa memberikan contoh pelarutan suatu zat.)
Mari kita cari tahu apakah pelarut diperlukan agar reaksi dapat terjadi dan apakah sifat pelarut penting dalam kasus ini. Mari kita ambil asam sulfat pekat dan masukkan seng ke dalamnya. Akankah ada reaksi?(Melakukan percobaan laboratorium.)
Murid.Seng bereaksi dengan asam sulfat pekat ketika dipanaskan. Ini melepaskan gas SO 2 (tulis persamaan reaksi di papan tulis):
Guru.Apakah hidrogen dilepaskan? Sekarang mari kita tuangkan isi tabung reaksi (dari percobaan) ke dalam tabung reaksi yang berisi air, dengan sangat hati-hati. Reaksi telah dimulai dan banyak panas yang dilepaskan. Perlu diketahui bahwa tanpa air, reaksi hampir tidak terjadi, meskipun air dalam kondisi normal tidak bereaksi dengan seng.
Mari kita lakukan satu percobaan lagi. Pertama-tama mari kita campurkan padatannya: natrium hidroksida dan tembaga(II) sulfat, lalu larutannya. Reaksi antara reagen padat tidak terjadi, dan terbentuk endapan biru dalam larutan. Tuliskan persamaan reaksi kimia di buku catatan Anda:
2NaOH + CuSO 4 = Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4.
Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa air dalam reaksi kimia sama sekali bukan media pasif. Di bawah pengaruhnya, zat mengalami perubahan. Air menyebabkan elektrolit terurai menjadi ion.
Mari kita perhatikan proses melarutkan elektrolit dalam air. Untuk melakukan ini, Anda harus mengingat apa itu valensi dan jenis ikatan kimia apa yang Anda ketahui.
Siswa menjawab pertanyaan yang diajukan. Saat mempertimbangkan ikatan ion, kami fokus pada model kisi kristal natrium klorida. Kami mengulangi ikatan kovalen polar menggunakan contoh struktur molekul air.
Guru.Secara umum, molekul air tidak bermuatan. Tapi di dalam molekul H2O Atom hidrogen dan oksigen disusun sedemikian rupa sehingga muatan positif dan negatif berada pada ujung molekul yang berlawanan (Gbr. 1). Oleh karena itu, molekul air adalah dipol.
Mekanisme disosiasi elektrolitik NaCl ketika garam meja dilarutkan dalam air, itu terdiri dari eliminasi ion natrium dan klorin secara berurutan oleh molekul air polar. Mengikuti transisi ion Tidak+ Dan aku – Dari kristal ke larutan, hidrat dari ion-ion ini terbentuk.(Berikut penjelasan berdasarkan gambar (Gbr. 2, lihat hal. 36) di buku teks: Feldman F.G., Rudzitis G.E.. Kimia-9. M.: Pencerahan, 1999, hal. 4.) Bagaimana molekul elektrolit polar bereaksi dengan molekul air? Mari kita pertimbangkan ini dengan menggunakan asam klorida sebagai contoh (Gbr. 3,
lihat hal. 36 )
.
Ketika asam klorida dilarutkan dalam air (dalam molekul HCl ikatan antar atom bersifat kovalen, sangat polar), sifat ikatan kimia berubah. Di bawah pengaruh molekul air polar, ikatan kovalen polar berubah menjadi ikatan ionik. Ion yang dihasilkan tetap terikat pada molekul air - terhidrasi. Jika pelarutnya tidak berair, maka ion-ionnya disebut terlarut.
Keberadaan ion dalam larutan asam, basa dan garam dapat dibuktikan dengan reaksi pertukaran. Mari kita lakukan percobaan berikut:
interaksi tembaga(II) sulfat dengan:
a) barium nitrat;
b) barium klorida;
c) natrium hidroksida;
d) kalsium hidroksida;
interaksi perak nitrat dengan:
e) asam klorida;
f) natrium klorida.
Mari kita tuliskan persamaannya reaksi kimia:
a) CuSO 4 + Ba(NO 3) 2 = Cu(NO 3) 2 + BaSO 4 ;
b) CuSO 4 + BaCl 2 = CuCl 2 + BaSO 4 ;
c) CuSO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + Cu(OH) 2;
d) CuSO 4 + Ca(OH) 2 = CaSO 4 + Cu(OH) 2;
e) AgNO 3 + HCl = HNO 3 + AgCl;
e) AgNO 3 + NaCl = NaNO 3 + AgCl.
Berdasarkan reaksi-reaksi tersebut, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1) ion logam, gugus hidroksil dan residu asam bereaksi dalam larutan air sebagai partikel yang ada secara independen;
2) gugus hidroksil, residu asam, atom hidrogen dari asam dan atom logam dari garam adalah partikel bermuatan listrik yang ditemukan dalam larutan asam, basa dan garam.
Mari kita tuliskan definisi konsep tersebut: “ Disosiasi elektrolitik“adalah proses penguraian elektrolit menjadi ion ketika dilarutkan dalam air atau dicairkan.”
Karena jumlah molekul air yang ditambahkan ion tidak diketahui, proses disosiasi asam, basa, dan garam disederhanakan sebagai berikut:
HCl = H + + Cl – ,
NaOH = Na + + OH – ,
NaCl = Na + + Cl – .
Asam polibasa dan garam asam berdisosiasi bertahap. Untuk menunjukkan disosiasi tidak sempurna antara molekul dan ion yang tidak terikat pada elektrolit kuat, digunakan tanda reversibilitas. «». Misalnya untuk H2SO4 dan garamnya yang asam NaHSO4:
H 2 JADI 4 = H + + ,
NaHSO 4 = Na + + ,
Anda tidak boleh membuat kesalahan saat menulis persamaan disosiasi untuk zat tidak larut dan sedikit larut yang praktis tidak terdisosiasi menjadi ion atau terdisosiasi sedikit:
CaCO 3 tidak ada disosiasi,
CaSO 4 Ca 2+ + .
Istilah utama yang dipertimbangkan dalam teori disosiasi elektrolitik adalah “elektrolit” dan “ion”.
Elektrolit– ini adalah zat yang, bila dilarutkan dalam air atau dalam keadaan cair, terurai menjadi ion.
Ion adalah atom atau kelompok atom yang mempunyai bilangan positif ( kation) atau negatif ( anion) mengenakan biaya. Ion berbeda dari atom baik dalam struktur maupun sifat. Sebagai contoh, mari kita bandingkan sifat atom dan molekul klorin dengan sifat ionnya. Mari kita perhatikan hubungannya dengan logam, hidrogen, dan ion perak. Sifat logam natrium sebanding dengan sifat ion natrium.(Siswa memberikan contoh dan menjelaskan sifat-sifat atom Cl, molekul Cl 2 dan ion Cl –, serta sifat-sifat ion logam Na dan Na+ dalam garam.)
Umum dan fitur karakteristik ion - adanya muatan listrik. Hanya larutan yang mengandung ion yang dapat menghantarkan arus. Mari kita bandingkan konduktivitas listrik larutan asam, basa, garam, gula, dan alkohol menggunakan alat untuk mempelajari konduktivitas listrik larutan (Gbr. 4). Kami melihat bahwa disosiasi tidak terjadi di setiap solusi. Berdasarkan teori ionik, kami merumuskan definisi baru tentang asam, basa dan garam sebagai zat kompleks, yang membentuk ion khusus ketika berdisosiasi dalam air. Ketika asam berdisosiasi, hanya ion H+ yang dihilangkan sebagai kation. Ketika basa berdisosiasi sebagai anion, hanya ion yang terpecah DIA - . Garam sedang terdisosiasi menjadi kation logam dan anion residu asam.
Mari kita coba menjawab pertanyaan ini: apakah semua elektrolit ada di dalamnya pada tingkat yang sama hancur menjadi ion? Mari kita bandingkan konduktivitas listrik larutan pekat natrium klorida dan asam asetat. Dalam larutan garam bola lampu menyala terang, tetapi dalam asam asetat bola lampu menyala sangat redup. Encerkan larutan dengan menambahkan air ke dalamnya. Konduktivitas listrik larutan natrium klorida tidak berubah, tetapi dalam larutan asam asetat bola lampu menyala lebih terang. Natrium klorida terdisosiasi sempurna bahkan dalam larutan pekat. Molekul asam asetat dalam larutan pekat hampir tidak terdisosiasi. Ketika asam asetat diencerkan, jumlah molekul yang terdisosiasi meningkat, dan kesetimbangan disosiasi bergeser ke kanan:
CH 3 COOH CH 3 COO – + H + .
Zat dengan kisi kristal ionik terdisosiasi sempurna menjadi ion dalam larutan air. Perbandingan jumlah molekul yang terdisosiasi (n) dengan jumlah total molekul (N) dalam larutan disebut derajat disosiasi (). Nilai tersebut dapat mengambil nilai dari 0 (tidak ada disosiasi) hingga 1 (disosiasi lengkap).
Properti Umum asam disebabkan oleh adanya ion H+ dalam larutan. Aktivitas asam (elektrolit kuat atau lemah) bergantung pada konsentrasi ion H+ dalam larutan.
Pengalaman demonstrasi. Tuang 50 ml larutan metil jingga dalam aseton ke dalam dua gelas. Tambahkan 1-2 tetes asam sulfat pekat pada gelas pertama, muncul warna merah tua. Agar warna yang sama muncul di gelas kedua, Anda harus menambahkan asam asetat 10 kali lebih banyak (10-20 tetes), karena derajat disosiasi asam CH 3 COOH tidak signifikan dan konsentrasi ion hidrogen di dalamnya rendah.
Kesimpulan. Kekuatan asam dan basa ditentukan oleh derajat disosiasinya.
Peluruhan sebagian atau seluruh elektrolit terlarut secara spontan (lihat) menjadi ion disebut disosiasi elektrolitik. Istilah “ion” diperkenalkan oleh fisikawan Inggris M. Faraday (1833). Teori disosiasi elektrolitik dirumuskan oleh ilmuwan Swedia S. Arrhenius (1887) untuk menjelaskan sifat-sifat larutan elektrolit dalam air. Selanjutnya dikembangkan oleh banyak ilmuwan berdasarkan doktrin struktur atom dan ikatan kimia. Isi modern dari teori ini dapat direduksi menjadi tiga ketentuan berikut:
1. Elektrolit, bila dilarutkan dalam air, terdisosiasi (terpecah) menjadi ion - bermuatan positif dan negatif. (“Ion” adalah bahasa Yunani yang berarti “mengembara.” Dalam suatu larutan, ion-ion bergerak secara acak ke arah yang berbeda-beda.)
2. Di bawah pengaruh arus listrik, ion memperoleh gerakan terarah: ion bermuatan positif bergerak menuju katoda, ion bermuatan negatif bergerak menuju anoda. Oleh karena itu, yang pertama disebut kation, yang terakhir disebut anion. Pergerakan ion yang terarah terjadi sebagai akibat tarikan elektroda-elektroda yang bermuatan berlawanan.
3. Disosiasi adalah proses yang dapat dibalik. Artinya terjadi keadaan kesetimbangan dimana semakin banyak molekul yang terurai menjadi ion (disosiasi), maka banyak pula yang terbentuk kembali dari ion (asosiasi).
Oleh karena itu, dalam persamaan disosiasi elektrolitik, tanda reversibilitas digunakan sebagai pengganti tanda sama dengan.
Misalnya:
dimana KA adalah molekul elektrolit, adalah kation, A adalah anion.
Doktrin ikatan kimia membantu menjawab pertanyaan mengapa elektrolit terdisosiasi menjadi ion. Zat dengan ikatan ion paling mudah terdisosiasi karena sudah terdiri dari ion (lihat Ikatan kimia). Ketika larut, dipol air berorientasi pada ion positif dan negatif. Timbul gaya tarik menarik antara ion dan dipol air. Akibatnya, ikatan antar ion melemah, dan ion berpindah dari kristal ke larutan. Elektrolit, yang molekulnya terbentuk sesuai dengan jenis ikatan kovalen polar, berdisosiasi dengan cara yang sama. Disosiasi molekul polar bisa lengkap atau sebagian - semuanya tergantung pada derajat polaritas ikatannya. Dalam kedua kasus tersebut (selama disosiasi senyawa dengan ikatan ionik dan polar), ion terhidrasi terbentuk, yaitu ion yang terikat secara kimia pada molekul air (lihat gambar di halaman 295).
Pendiri pandangan disosiasi elektrolitik ini adalah akademisi kehormatan I. A. Kablukov. Berbeda dengan teori Arrhenius yang tidak memperhitungkan interaksi zat terlarut dengan pelarut, I. A. Kablukov menerapkan teori kimia larutan D. I. Mendeleev untuk menjelaskan disosiasi elektrolitik. Dia menunjukkan bahwa selama pelarutan, terjadi interaksi kimia zat terlarut dengan air, yang mengarah pada pembentukan hidrat, dan kemudian terdisosiasi menjadi ion. I. A. Kablukov percaya bahwa larutan berair hanya mengandung ion terhidrasi. Saat ini, gagasan ini diterima secara umum. Jadi, hidrasi ion adalah penyebab utama disosiasi. Dalam larutan elektrolit tidak berair lainnya ikatan kimia antara partikel (molekul, ion) zat terlarut dan partikel pelarut disebut solvasi.
Ion terhidrasi memiliki jumlah molekul air yang konstan dan bervariasi. Hidrat dengan komposisi konstan membentuk ion hidrogen yang mengikat satu molekul, ini adalah proton terhidrasi. Dalam literatur ilmiah, biasanya diwakili oleh rumus yang disebut ion hidronium.
Karena disosiasi elektrolitik adalah proses yang dapat dibalik, maka dalam larutan elektrolit, bersama dengan ion-ionnya, terdapat juga molekul. Oleh karena itu, larutan elektrolit dicirikan oleh derajat disosiasi (dilambangkan surat Yunani A). Derajat disosiasi adalah perbandingan jumlah molekul yang terdisosiasi menjadi ion n dengan jumlah total molekul terlarut:
Derajat disosiasi elektrolit ditentukan secara eksperimental dan dinyatakan dalam pecahan satuan atau persentase. Jika tidak ada disosiasi, dan jika atau 100%, maka elektrolit terurai sempurna menjadi ion. Elektrolit yang berbeda memiliki derajat disosiasi yang berbeda. Dengan pengenceran larutan, ia meningkat, dan dengan penambahan ion-ion dengan nama yang sama (sama dengan ion elektrolit) ia berkurang.
Namun, untuk mengkarakterisasi kemampuan suatu elektrolit untuk berdisosiasi menjadi ion, derajat disosiasi bukanlah nilai yang tepat, karena bergantung pada konsentrasi elektrolit. Lagi karakteristik umum adalah konstanta disosiasi K. Konstanta ini dapat dengan mudah diturunkan dengan menerapkan hukum aksi massa pada kesetimbangan disosiasi elektrolit:
di mana KA adalah konsentrasi kesetimbangan elektrolit, dan merupakan konsentrasi kesetimbangan ion-ionnya (lihat kesetimbangan kimia). K tidak bergantung pada konsentrasi. Hal ini tergantung pada sifat elektrolit, pelarut dan suhu.
Untuk elektrolit lemah, semakin besar K (konstanta disosiasi), semakin kuat elektrolitnya, semakin banyak ion dalam larutan.
Elektrolit kuat tidak mempunyai konstanta disosiasi. Secara formal, mereka dapat dihitung, tetapi mereka tidak akan konstan seiring perubahan konsentrasi.
Asam polibasa berdisosiasi secara bertahap, yang berarti asam tersebut akan memiliki beberapa konstanta disosiasi - satu untuk setiap langkah. Misalnya:
Tahap pertama:
Tahap kedua:
Tahap ketiga:
Selalu, yaitu asam polibasa, ketika terdisosiasi pada tahap pertama, berperilaku sebagai asam yang lebih kuat dibandingkan pada tahap kedua atau ketiga.
Basa poliasam juga mengalami disosiasi bertahap. Misalnya:
Garam asam dan basa juga terdisosiasi secara bertahap. Misalnya:
Dalam hal ini, pada langkah pertama, garam terurai sempurna menjadi ion-ion, hal ini disebabkan oleh sifat ionik dari ikatan antara dan; dan disosiasi pada tahap kedua tidak signifikan, karena partikel bermuatan (ion) mengalami disosiasi lebih lanjut sebagai elektrolit yang sangat lemah.
Dari sudut pandang teori disosiasi elektrolitik, definisi diberikan dan sifat-sifat golongan senyawa kimia seperti asam, basa, dan garam dijelaskan.
Asam adalah elektrolit yang disosiasinya hanya menghasilkan ion hidrogen sebagai kation. Misalnya:
Semua umum sifat karakteristik asam - rasa asam, perubahan warna indikator, interaksi dengan basa, oksida basa, garam - disebabkan oleh adanya ion hidrogen, lebih tepatnya.
Basa adalah elektrolit yang disosiasinya hanya menghasilkan ion hidroksida sebagai anion:
Menurut teori disosiasi elektrolitik, semua sifat basa umum larutan - sabun saat disentuh, perubahan warna indikator, interaksi dengan asam, anhidrida asam, garam - disebabkan oleh adanya ion hidroksida.
Benar, ada elektrolit, selama disosiasi yang ion hidrogen dan ion hidroksida terbentuk secara bersamaan. Elektrolit ini disebut amfoter atau amfolit. Ini termasuk air, seng, aluminium, kromium hidroksida dan sejumlah zat lainnya. Air, misalnya, dalam jumlah kecil terdisosiasi menjadi ion dan:
Karena semua reaksi dalam larutan elektrolit berair mewakili interaksi ion, persamaan reaksi ini dapat ditulis dalam bentuk ionik.
Pentingnya teori disosiasi elektrolitik adalah bahwa teori ini menjelaskan berbagai fenomena dan proses yang terjadi dalam larutan elektrolit dalam air. Namun, hal ini tidak menjelaskan proses yang terjadi dalam larutan non-air. Jadi, jika amonium klorida dalam larutan berair berperilaku seperti garam (berdisosiasi menjadi ion dan ), maka dalam amonia cair ia menunjukkan sifat asam - ia melarutkan logam dengan pelepasan hidrogen. Asam nitrat berperilaku sebagai basa bila dilarutkan dalam hidrogen fluorida cair atau asam sulfat anhidrat.
Semua faktor ini bertentangan dengan teori disosiasi elektrolitik. Hal ini dijelaskan oleh teori protolitik asam dan basa.
Istilah “disosiasi” sendiri berarti penguraian molekul menjadi beberapa partikel yang lebih sederhana. Dalam kimia, selain disosiasi elektrolitik, disosiasi termal dibedakan. Ini adalah reaksi reversibel yang terjadi ketika suhu meningkat. Misalnya, disosiasi termal uap air:
kalsium karbonat:
molekul yodium:
Kesetimbangan disosiasi termal mematuhi hukum aksi massa.
Selama disosiasi asam, peran kation dimainkan oleh ion hidrogen(H+), tidak ada kation lain yang terbentuk selama disosiasi asam:
HF ↔ H + + F - HNO 3 ↔ H + + NO 3 -
Ion hidrogenlah yang memberikan sifat khas pada asam: rasa asam, warna indikator merah, dll.
Ion negatif (anion) dipisahkan dari susunan molekul asam residu asam.
Salah satu ciri disosiasi asam adalah kebasaannya - jumlah ion hidrogen yang terkandung dalam molekul asam yang dapat terbentuk selama disosiasi:
- asam monobasa: HCl, HF, HNO 3;
- asam dibasa: H 2 SO 4, H 2 CO 3;
- asam tribasa: H 3 PO 4.
Proses eliminasi kation hidrogen dalam asam polibasa terjadi secara bertahap: pertama satu ion hidrogen dihilangkan, kemudian ion hidrogen lainnya (ketiga).
Disosiasi bertahap asam dibasa:
H 2 JADI 4 ↔ H + + HSO 4 - HSO 4 - ↔ H + + HSO 4 2-
Disosiasi bertahap asam tribasa:
H 3 PO 4 ↔ H + + H 2 PO 4 - H 2 PO 4 - ↔ H + + HPO 4 2- HPO 4 2- ↔ H + + PO 4 3-
Saat mendisosiasi asam polibasa, derajat disosiasi tertinggi terjadi pada langkah pertama. Misalnya, ketika asam fosfat disosiasi, derajat disosiasi tahap pertama adalah 27%; kedua - 0,15%; ketiga - 0,005%.
Disosiasi dasar
Selama disosiasi basa, peran anion dimainkan oleh ion hidroksida(OH -), tidak ada anion lain yang terbentuk selama disosiasi basa:
NaOH ↔ Na + + OH -
Keasaman suatu basa ditentukan oleh jumlah ion hidroksida yang terbentuk selama disosiasi satu molekul basa:
- basa monoasam - KOH, NaOH;
- basa diasam - Ca(OH) 2;
- basa triasam - Al(OH)3.
Basa poliasam, dengan analogi dengan asam, juga berdisosiasi bertahap - pada setiap tahap satu ion hidroksida terpecah:
Beberapa zat, tergantung pada kondisinya, dapat bertindak sebagai asam (berdisosiasi dengan eliminasi kation hidrogen) dan sebagai basa (berdisosiasi dengan eliminasi ion hidroksida). Zat yang demikian disebut amfoter(Lihat Reaksi asam-basa).
Disosiasi Zn(OH) 2 sebagai basa:
Zn(OH) 2 ↔ ZnOH + + OH - ZnOH + ↔ Zn 2+ + OH -
Disosiasi Zn(OH) 2 sebagai asam:
Zn(OH) 2 + 2H 2 O ↔ 2H + + 2-
Disosiasi garam
Garam berdisosiasi dalam air menjadi anion residu asam dan kation logam (atau senyawa lainnya).
Klasifikasi disosiasi garam:
- Garam normal (sedang). diperoleh dengan penggantian simultan lengkap semua atom hidrogen dalam asam dengan atom logam - ini adalah elektrolit kuat, terdisosiasi sempurna dalam air dengan pembentukan katoin logam dan residu satu asam: NaNO 3, Fe 2 (SO 4) 3, K 3 PO 4.
- garam asam mengandung dalam komposisinya, selain atom logam dan residu asam, satu lagi (beberapa) atom hidrogen - mereka berdisosiasi bertahap dengan pembentukan kation logam, anion dari residu asam dan kation hidrogen: NaHCO 3, KH 2 PO 4 , NaH 2 PO 4.
- Garam dasar mengandung dalam komposisinya, selain atom logam dan residu asam, satu lagi (beberapa) gugus hidroksil - mereka berdisosiasi dengan pembentukan kation logam, anion dari residu asam dan ion hidroksida: (CuOH) 2 CO 3, Mg( OH)Cl.
- garam ganda diperoleh dengan penggantian simultan atom hidrogen dalam asam dengan atom berbagai logam: KAl(SO 4) 2.
- Campuran garam berdisosiasi menjadi kation logam dan anion dari beberapa residu asam: CaClBr.
