Часто речовини взаємодіють з водою, утворюючи йони, не повністю, і в розчині залишаються непродисоційовані молекули електроліту. Тому розчини електролітів характеризуються певним ступенем дисоціації (позначається "альфа" a

Ступінь дисоціації — це відношення числа частинок n, що розпалися на йони, до загального числа частинок N розчиненої речовини.

a = n/N.

Ступінь дисоціації виражають у частках одиниці або у відсотках. Якщо a = 0, то дисоціація не відбувається, а якщо a = 1, або 100 %, то електроліт повністю розпався на йони.

Сильні та слабкі електроліти. Залежно від ступеня дисоціації електроліти умовно поділяють на сильні та слабкі

Електроліти	Сильні	Слабкі
Вода	-	Н₂О
Солі	Переважна більшість	Деякі солі
Основи нерозчинні (основи) розчинні (луги) амфотерні	- Гідроксиди лужних і лужноземельних металів -	Водний розчин аміаку NH₃ Всі
Кислоти безоксигенові оксигеновмісні	HI, HBr, HCl HClO₄, НMnO₄, H₂SO₄, HNO₃	HF, H₂S HClO, HClO₂, H₂SO₃, HNO₂, H₂CO₃, H₂SiO₃, H₃PO₄, H₃BO₃ , CH₃COOH та інші органічні кислоти

Сильні електроліти практично повністю дисоціюють на йони в розбавлених розчинах (􀁄 наближається до 1, або 100 %). Сила електроліту залежить переважно від полярності хімічного зв’язку: чим зв’язок полярніший, тим легше він розривається з утворенням йонів і тим електроліт сильніший. Сила електроліту залежить також від природи електроліту і природи розчинника, концентрації розчину, температури та інших чинників.

Слабкі електроліти лише частково дисоціюють на йони в розбавлених розчинах (􀁄 << 1), їхні йони перебувають у динамічній рівновазі з недисоційованими молекулами. Тому дисоціація слабких електролітів — це оборотний процес, і в рівняннях реакцій замість знака «дорівнює» треба ставити знак оборотності (стрілки в обидві сторони ).

Слабкими нині вважаються всі електроліти, в розчинах яких є хоча б яка-небудь частка недисоційованих молекул.

Силу оксигеновмісних мінеральних кислот можна визначити за таким емпіричним правилом: сила кислоти тим більша, чим більша різниця між кількістю атомів Оксигену й Гідрогену в її молекулі. Якщо формулу кислоти записати у вигляді Е(ОН)nOm, то m визначатиме силу кислоти: якщо m < 2 — кислота слабка, якщо m > 2 — сильна.

Наприклад:

хлорна HClO₄, або Cl(OH)O₃ — дуже сильна;

хлорнувата HClO₃, або Cl(OH)O₂ — сильна;

хлориста HClO₂, або Cl(OН)О — слабка;

хлорнуватиста HClO, або Cl(OH) — дуже слабка.

Залежність сили кислоти від кількості атомів Оксигену, що не входять до складу груп ОН, пояснюється тим, що атом Оксигену як більш електронегативний відтягує до себе спільні електронні пари. У результаті електронна густина в групі ОН зміщується від атома Оксигену до атома кислототворного елемента, і зв’язок стає ще більш полярним:

Н—О—Е = О. Зі збільшенням кількості атомів Оксигену ефект відтягування електронної густини посилюється.

Висновки:

Дисоціація електроліту може відбуватися повністю або частково. Ступінь дисоціації показує, яка частка електроліту розпалася на йони.

Сильні електроліти дисоціюють практично повністю, їхня дисоціація необоротна, відбувається в одному напрямку.

Слабкі електроліти утворюють мало йонів, їхні розчини або розплави містять непродисоційовані молекули. Дисоціація слабких електролітів оборотна, відбувається у протилежних напрямках за тих самих умов.

Дайте відповіді на запитання:

1. Напишіть рівняння дисоціації таких електролітів: а) нітратної кислоти та сульфатної кислоти; б) калій гідроксиду і кальцій гідроксиду; в) солей — магній хлориду, натрій карбонату, алюміній нітрату.

2. На етикетці пляшки з мінеральною водою написано: Катіони: Na⁺ та ін. Аніони: Cl^–, SO₄ ^2–, CO₃ ^2–. Напишіть формули солей, що містяться в мінеральній воді.

3. Укажіть найсильнішу кислоту серед тих, формули яких наведено нижче:

А) H₂CO₃ Б) H₂SiO₃ В) H₂SO₄Г) H₃PO₄

Складіть рівняння її ступінчастої дисоціації.

Прочитайте уважно параграф 9 у підручнику.

Вода як електроліт. Ви вже знаєте, що вода — слабкий електроліт, вона дуже погано проводить електричний струм, але її електропровідність можна виміряти, що пояснюється невеликою дисоціацією води на йони Гідрогену і гідроксид-іони: Н₂О <=> Н⁺ + ОН^–

Знаючи електропровідність чистої води, можна обчислити концентрацію йонів Гідрогену [H+] і гідроксид-іонів [OH–] у воді. При 25^оС вона дорівнює 10^–7 моль/л.

Розчини, в яких концентрації йонів Гідрогену і гідроксид-іонів однакові, називаються нейтральними розчинами, тобто при 25^оС концентрація як йонів Гідрогену, так і гідроксид-іонів дорівнює 10^–7 моль/л. У кислотних розчинах більшою є концентрація йонів Гідрогену, в лужних — гідроксид-іонів. Проте якою не була б реакція розчину, добуток концентрації йонів Гідрогену і гідроксид-іонів залишається сталим.

Якщо, наприклад, до чистої води добавити стільки кислоти, що концентрація йонів Гідрогену підвищиться до 10^–3, то концентрація гідроксид-іонів знизиться. Кислотність і лужність розчину можна кількісно характеризувати концентрацією йонів Гідрогену:

нейтральний розчин [Н+] = 10^–7 моль/л

кислотний розчин [Н+] > 10^–7 моль/л

лужний розчин [Н+] < 10^–7 моль/л

Замість концентрації йонів Гідрогену [Н+] використовують водневий показник pH.

Величина рН уперше була введена данським хіміком С. Серенсоном. Літера «р» — початкова від данського слова potenz (ступінь) і «Н» — символ Гідрогену. Наприклад, якщо [Н+] = 10^–5 моль/л, то рН = 5, а якщо [Н+] = 10^–9, то рН = 9 і т. д. Отже, в нейтральному середовищі [Н+] = 10^–7, рН = 7, в кислотному рН < 7, і тим менше, чим кислотніший розчин. У лужних розчинах рН > 7, і тим більше, чим більша лужність розчину.

Для вимірювання рН існують різні методи. Наближено реакцію розчину можна визначати за допомогою індикаторів, забарвлення яких змінюється залежно від концентрації йонів Гідрогену. Такі розчини характеризують, використовуючи терміни «кисле середовище», «лужне середовище».

Експериментальне визначення рН розчинів. У 7 і 8 класах ви виявляли в розчині кислоту або луг за допомогою індикаторів — лакмусу, фенолфталеїну, метилоранжу, а також універсальними індикаторними папірцями. На відміну від перших трьох індикаторів універсальний індикатор дає змогу визначити приблизне значення рН розчину

Яким має бути колір універсального індикаторного папірця в чистій воді? Якого забарвлення може набувати цей індикатор у розчинах кислот, лугів?

У хімічних лабораторіях для вимірювання рН використовують прилади — рН-метри. Вони дають змогу визначити водневий показник із точністю до 0,01.

На яке середовище — кисле, лужне чи нейтральне — вказує значення рН на екрані приладу?

Значення водневого показника для більшості розчинів, які трапляються в природі, менші за 7 або наближаються до цього числа (табл. 1 на стор. 51 у підручнику). Істотне відхилення значень рН деяких біологічних рідин в організмі людини від наведених у таблиці спричиняє захворювання або є його наслідком. Людям із підвищеною кислотністю шлункового соку рекомендують пити мінеральну воду з меншою концентрацією йонів Н⁺ (тобто з вищим рН), а людям зі зниженою кислотністю — «більш кислу» воду (з нижчим рН). Багато рідких косметичних засобів має рН = 5,5. Відповідний вміст у них катіонів Н⁺ є оптимальним для нашої шкіри.

На промислових підприємствах здійснюють контроль значень рН деяких харчових продуктів і косметичних засобів. Якщо, наприклад, свіже молоко має нижче значення водневого показника, ніж передбачено стандартом, його не відправляють у торговельну мережу, а використовують для виробництва кисломолочної продукції.

У сільському господарстві кислотність ґрунтового розчину є одним із важливих чинників, які впливають на врожай. Так, картопля найкраще росте на слабкокислих ґрунтах (рН ≈ 5), а буряк — на нейтральних (рН ≈ 7).

ВИСНОВКИ

Вода — дуже слабкий електроліт. Незначна частина її молекул дисоціює з утворенням катіонів Гідрогену і гідроксид-іонів. Концентрація кожного йона в чистій воді становить 10^-7 моль/л.

Вміст йонів Н⁺ у воді та водних розчинах характеризують за допомогою водневого показника (рН). Значення рН чистої води становить 7, розчину кислоти — менше 7, а розчину лугу — більше 7.

Приблизні значення водневого показника розчинів визначають за допомогою універсального індикатора.

Природні розчини та біологічні рідини мають різні значення рН.

Дайте відповіді на запитання:

1. У складі кам'яного вугілля, що використовують на теплоелектростанціях, містяться сполуки Нітрогену й Сульфуру. Викид в атмосферу продуктів спалювання вугілля призводить до утворення так званих кислотних дощів, що містять невеликі кількості нітратної або сульфітної кислот. Які значення рH характерні для такої дощової води: більше 7 чи менше 7?

2. У трьох пробірках без надписів містяться безбарвні розчини: натрій сульфату, натрій гідроксиду та сульфатної кислоти. Для всіх розчинів виміряли значення рН: у першій пробірці — 2,3, у другій — 12,6, у третій — 6,9. В якій пробірці міститься яка з речовин?

3. Чому рН чистої дощової води, зібраної над територією, де не має населених пунктів і промислових об’єктів, становить 5, 6, а не 7,0?

4. Яку перевагу має універсальний індикатор порівняно з лакмусом чи метилоранжем при визначенні середовища водних розчинів?

5. Із наведеного переліку NaCl, HCl, NaOH, HNO₃, H₃PO₄, H₂SO₄, Ba(OH)₂, H₂S, KNO₃ вкажіть формули речовин, розчини яких мають середовище: а) кислотне; б) лужне; в) нейтральне. Складіть рівняння дисоціації цих речовин.