§ 9. Електроліти й неелектроліти. Електролітична дисоціація (Григорович)

Зміст

ПОМІРКУЙТЕ

Вам уже відомо, що в речовинах йонної будови, наприклад, у кухонній солі, є заряджені частинки — йони. Ви також знаєте, що електричний струм — це спрямований рух заряджених частинок. Чому ж тверда кухонна сіль не проводить електричного струму, а її розчин і розплав проводять?

У твердій кухонній солі йони міцно зв’язані у вузлах кристалічних ґраток і не можуть вільно переміщатися. Під час розчинення у воді або плавлення кристалічні ґратки руйнуються, тому йони стають рухливими й отримують здатність спрямовано рухатися під дією електричного поля.

РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ

94. Хоча грецькою електрон означає «бурштин», сьогодні це слово використовують для позначення всього, що пов’язане з електрикою. За різними джерелами, другий корінь слова «електроліт» походить від грецького літос, яке означає «камінь», або литос, яке означає «той, що може розчинитися». Зважаючи на це, поясніть зміст терміна «електроліт». Чому, на вашу думку, грецьку назву бурштину використовують для позначення електричних явищ або об’єктів?

Слово «електроліт» утворене поєднанням коренів «електрон» (електрика) та «литос» (розчинний) або «літос» (камінь). Буквально цей термін означає «розчинна речовина, що проводить електрику» або «камінь, здатний розчинятися й проводити електричний струм». У хімії електролітом називають речовину, розчин або розплав якої проводить електричний струм унаслідок розпаду на йони.

Грецьку назву бурштину («електрон») використовують для позначення електричних явищ, тому що давні греки вперше помітили електризацію тертям саме на цьому мінералі: потертий об вовну бурштин притягував до себе дрібні предмети.

95. Що таке електролітична дисоціація? Чи можуть під час розчинення електроліту у воді утворитися лише катіони або лише аніони? Чому?

Електролітична дисоціація — це процес розпаду речовини на йони під час розчинення у воді або плавлення.

Лише катіони або лише аніони утворитися не можуть, оскільки будь-яка речовина та її розчин є електронейтральними. Під час дисоціації завжди одночасно виникають позитивно заряджені катіони та негативно заряджені аніони, а сума позитивних зарядів обов’язково дорівнює сумі негативних зарядів.

96. Випишіть із тексту параграфа основні положення теорії електролітичної дисоціації: 1) щодо розпаду електролітів на йони; 2) щодо руху йонів в електричному полі.

• Щодо розпаду електролітів на йони:
Під час розчинення у воді або плавлення електроліти розпадаються (дисоціюють) на позитивно й негативно заряджені йони.

• Щодо руху йонів в електричному полі:
Під дією електричного поля позитивно заряджені йони — катіони — спрямовано рухаються до негативного електрода (катода), а негативно заряджені йони — аніони — до позитивного електрода (анода).

97. Підготуйте повідомлення про становлення теорії електричної дисоціації.

Теорію електролітичної дисоціації сформулював у 1887 році шведський хімік Сванте Арреніус. Він досліджував електропровідність водних розчинів солей, кислот і лугів та висловив сміливу гіпотезу: речовини розпадаються на заряджені йони безпосередньо під час розчинення або плавлення, а не під дією електричного струму, як вважали раніше.

Спочатку тогочасні науковці поставилися до цієї ідеї з недовірою. Багато хіміків не розуміли принципової різниці між нейтральним атомом і зарядженим йоном. Вони стверджували, що якби у водному розчині солей існували йони Калію або Натрію, то вони мали б бурхливо реагувати з водою та виділяти водень.

Згодом хіміки І. Каблуков та В. Кістяківський доповнили фізичну теорію Арреніуса хімічною гідратною теорією Д. Менделєєва. Вони довели, що розпад на йони відбувається внаслідок взаємодії молекул розчинника (води) з частинками розчиненої речовини — явища гідратації. У 1903 році Сванте Арреніус отримав за створення цієї теорії Нобелівську премію з хімії.

РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)

98. Із наведеного переліку випишіть окремо формули: а) електролітів; б) неелектролітів. NaI, HBr, O2, СH4, CaCl2, KOH, H2SO4, C12H22O11 (цукор)

а) Електроліти: $\mathrm{NaI}$, $\mathrm{HBr}$, $\mathrm{CaC}{\mathrm{l}}_2$, $\mathrm{KOH}$, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$.
б) Неелектроліти: ${\mathrm{O}}_2$, $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$, ${\mathrm{C}}_{12}{\mathrm{H}}_{22}{\mathrm{O}}_{11}$ (цукор).

99. Чому не можна ремонтувати електропроводку, стоячи у воді або на вологій поверхні?

Вода та волога поверхня містять розчинені природні солі, які є електролітами й дисоціюють на вільні йони. Цей розчин добре проводить електричний струм. Якщо людина торкнеться оголеного дроту на вологій підлозі, струм пройде крізь її тіло в землю й спричинить важке або смертельне ураження.

100. Як ви вважаєте, чому розчин гідроген хлориду у воді проводить електричний струм, а розчин гідроген хлориду в бензині — ні?

Вода є полярним розчинником. Під дією її полярних молекул ковалентний полярний зв’язок у молекулах $\mathrm{HCl}$ перетворюється на йонний, тому речовина дисоціює на рухливі катіони ${\mathrm{H}}^{+}$ і хлорид-аніони $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, які забезпечують електропровідність розчину. Бензин належить до неполярних розчинників, тому його молекули не взаємодіють із молекулами $\mathrm{HCl}$ і не розривають у них хімічні зв’язки. У бензині гідроген хлорид залишається у формі нейтральних молекул і струм не проводить.

101. Які частинки можна виявити в морській воді й не можна виявити в дистильованій?

У морській воді наявні рухливі йони розчинених мінеральних солей: катіони $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$, $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$, $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$, ${\mathrm{K}}^{+}$ та аніони $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4^{2-}$, $\mathrm{HC}{\mathrm{O}}_3^{-}$. У дистильованій воді таких йонів немає, адже вона повністю очищена від солей і складається практично лише з нейтральних молекул ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

102. Сформулюйте гіпотезу: чому теорія електролітичної дисоціації виникла на основі досліджень електропровідності розчинів і розплавів речовин.

Електричний струм є спрямованим рухом заряджених частинок. Оскільки розчини та розплави деяких сполук проводять струм, у них обов’язково мають бути вільні носії заряду. Тверді речовини струм не проводять, тому логічно припустити, що саме в процесі розчинення у воді або плавлення речовини розпадаються на рухливі заряджені йони.

103. У разі деяких захворювань лікарі рекомендують «поповнити організм електролітами». Про які електроліти йдеться? У який спосіб це можна здійснити? Коли й навіщо необхідна така процедура?

Ідеться про солі, що дисоціюють з утворенням життєво необхідних йонів: $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$, ${\mathrm{K}}^{+}$, $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$, $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ та $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$.

Поповнити їх можна за допомогою вживання спеціальних аптечних розчинів для регідратації, лікувально-столових мінеральних вод або шляхом крапельного введення фізіологічного розчину ($\mathrm{NaCl}$ із масовою часткою 0,9%) та комплексних сольових розчинів у лікарні.

Ця процедура необхідна в разі сильного зневоднення організму (унаслідок харчових отруєнь, блювання, діареї, тривалої гарячки або надмірного потовиділення під час фізичних навантажень). Вона відновлює водно-сольову рівновагу, підтримує осмотичний тиск плазми крові, а також забезпечує проведення нервових імпульсів і роботу серцевого м’яза.