Электролиттік диссоциация. Сутектік көрсеткіш рН - ағза ортасының негізгі

мен негіздердің протолиттік теориясы.

теориясын мағынасы: еріген затпен еріткіштің арасында сольваттар түзіледі, ал егер

еріткіш су болса гидраттар тұзіледі.
Сольваттар түзілу күштері:
1) Донорлы – акцепторлық байланыс;
2) Иондық – дипольдік әрекеттесу;
3) Сутектік байланыс;
4) Дисперсиялық әрекеттесу (егер заттар ұқсас болса, мысалы: бензол – толуол);
Сольваттардың түзілуінің дәлелдейтін құбылыстар:
1) Әрекеттесу заттар арасындағы жылу эффектілері;
2) Көлемдерінің кемуі (контракция);
3) Кристаллогидраттардың түзілуі;
Кемшілігі: Сольваттарды жекелеуге болмайды

– сулы ерітінділер мен балқыған күйлерінде иондарға ыдырайтын, сондықтан электр

тоғын өткізетін заттар. Мысалы: NaCl , KBr, KI т.б.
Бейэлектролит – сулы ерітінділер мен балқыған күйлерінде иондарға ыдырамайтын, сондықтан электр тоғын өткізбейтін заттар. Мысалы: қант, глюкоза т.б.
Электролиттік диссоциация – суда ерігенде электролиттің иондарға ыдырауы.
ЭДТ негізгі қағидалары: 1) электролиттер суда ерігенде оң және теріс иондарға ыдырайды.
2) электр тоғының әсерінен иондар бағытталған қозғалысқа ие болады. Оң зарядталған иондар катодқа, ал теріс зарядталған иондар анодқа қарай қозғалады. Сондықтан біріншілерді катиондар, ал екіншілерін аниондар деп атайды.
3) Диссоциация қайтымды процесс: молекулалардың иондарға ыдырауымен қатар иондардың қосылу процесі жүреді. Диссоциацияға қарсы процесс ассоциация деп аталады.
Кемшілігі: Еріген затпен еріткіштің әсерлесуі есептелмеген, еруді тек қана физикалық процесс деп санаған.

.
1, 2, 3 - ші пунктары Сванте Аррениус теориясына ұқсас.
4)

Еріген молекула мен ерітінді арасында сольваттанған жүйелер пайда болады(Менделеевтің теориясына ұқсайды). Оларды сольвожүйелер деп атайды
5) Иондар еріткішпен әрекеттесіп сольваттанған немесе гидраттанған иондар түзеді.
Диссоциация = иондану
Ассоциация = молизация
Иондар еріткішпен әрекеттесіп сольваттанған немесе
гидраттанған иондар пайда болады:
NaCl + aq Na+*aq + Cl-* aq
Полюсті молекулаларда химиялық байланыс 2 түрде ыдырайды:
А ·/· В гомолиттік үзіліс
А| : В гетеролиттік үзіліс
Су ертіндісінде полюсті молекула тек гетеролиттік үзілісіне ұшырайды:
Н| : Сl + H2O H3O+ + Cl -
гидроксоний ионы

ЕЗ құрылысы
ЕЗ

Кt – Аn байланысының беріктігі
(Kt – катион, An - анион)
Мысалы: HF HCl HBr HI
иондану өседі
байланыс беріктігі артады

H+
O- H+ N-
H+ диполь H+ диполь

Мысалы: әр түрлі еріткіштерде:
H2O CH3COOH C2H5OH C6H6
полюстігі артады

иондануы заттадың артады

еріген зат пен еріткіштің әрекеттесу қабілеті артады

+ -

+ -

өткізгіштік ε .
ε – еріткіштегі екі заряд арасындағы бір –

бірімен тартлу күші бос кеңістікпен салыстырғанда қанша есе кем екенің көрсетеді:
ε = F(ваккум)/ F(ЕК)
Мұнда: F(вакуум) – бос кеңістікте (вакуум) екі зарядтың тартылыс күші;
F(ЕК) – берілген еріткіштегі тартылыс күші.
Тартылыс күші есептеледі:
F = e1·e2/4pε ·r²
Мұнда: F – зарядтардың бір-біріне тартылу күші;
ε – диэлектрлік өткізгіштік;
e1, e2 - әр аттас зарядтар шамасы;
r – зарядтардың арақашықтығы.
1. Егер ε → , F(ЕК) ← , байланыс беріктігі ← , a →
2. Егер ε ← , F(ЕК) → , б.б. → , a ←
Өседі → , кемиді ←

суда ерігенде Kt - мен, An –дың еріткішпен(ЕК) әрекеттесіп, түзілетін

қоспалар.
Сондықтан олар катиондық және аниондық болады.
Катиондық ГАК – су молекулаларының еріген затпен(ЕЗ) донорлы-акцепторлы әрекеттесуінен түзіледі:
Н H – O – H n+

Kt + 4 : O – H  H – O Kt O – H

H H – O H

[Kt(H2O)4]n+ H

Катиондық ГАК донорлы –акцепторлық байланыспен түзіледі
(координациялық комплекс). Мысалы:
Сu² + 4H2O = [Cu(H2O)4]
түссіз көкшіл түсті

:

2+

[

]

тұзіледі.

H n+
H H – O
:
An + 4 H – O O – H ... An ... H – O
Н :
H – O H

H
[An(H2O)4]n- аниондық ГАК (…-сутектік байланыс)

[

]

n-

дәрежесі α – иондарға ыдыраған молекулалар саның жалпы молекулалар санына

қатынысы:
α = n/N ·100%
мұнда α – диссоциялану дәрежесі;
n – ионданған молекула саны;
N – жалпы ерітіндідегі молекулалар саны;

30% асса, мұндай электролиттер күшті электролиттер.
Суда ерігенде бұл электролиттер толық

диссоциацияланады
оларға иондық, полярлық ковалентті байланысы бар заттар
жатады. Олар: 1) суда жақсы еритін тұздар;
2) минералды қышқылдар;
3) сілтілік және сілтілік жер металдардың негіздері;
Б) егер диссоциациялану дәрежесі 3% кем (α <3%), бұндай электролиттер әлсіз электролиттер. Оларға коваленттік байланысы бар заттар жатады. Олар:1)суда еритін органикалық қышқылдары(сірке қышқылы, құмырсқа
қышқылы);
2) минералды қышқылдардың кейбіреуі (H2CO3, H2S)
3) аммоний гидроксиді және металдардың негіздерінің көпшілігі;
В) Орта күшті электролиттер 3%< α <30%: H3PO4, H2SO3, HF.

α , С α
3) Температураның әсері.
Температура жоғарлаған

сайын диссоциациялану дәрежесі артады:
Т α , Т α
Иондану константасы ( К u )әрбір электролиттің ерітіндідегі молекулаларының беріктігін көрсететін шама.
Иондану константасына әсер ететін факторлар:
1)Электролиттің табиғаты. Әрбір электролиттің жеке Кu болады:
t=25 °C KCH3COOH = 1,75 ·10(-5)
KHNO3 = 43,6
KNaOH = 5,9
2) Электролиттің концентрациясы. Әлсіз электролиттің концентрациясы Кu әсер етпейді. Күшті электролиттерде концентрациясы ұлғайған сайын иондардың бір-бірімен электростатикалық тартылысы артады. Иондар бір-бірінің қозғалысына кедергі жасайды. Сондықтан Кu шың мәнін табу қиын.

әр температураға сәйкес Кu болады. Кu анықтағанда , температураны көрсетеді.


Оствальдтың

сұйылту заңы.
1888 жылы неміс ғалымы Вильгельм Оствальд Кu мен α
арасындағы байланысты анықтады:
Кu = c · α² / (1 –α)
Мұнда: С – ерітіндінің концентрациясы(Сэ, Сm);
α – иондану дәрежесі; Кu – иондану константасы;
Әлсіз электролиттерге a<<1, онда
Кu = c · α²
(1 – α) мәні өте аз болғандықтан. Бұл теңдеуден α табуға болады: α = √ Кu /c
Егер Сэ = nэ/V; nэ = 1 моль болса, онда Сэ = 1/V, ал V = 1/ Сэ cұйылту деп атайды. Оствальдтың cұйылту заңы:
Кu = α²/V, ал α = √ Кu * V

кері пропорционал немесе сұйылтудың квадрат түбіріне тура пропорционал.

Диссоциациялану дәрежесін

анықтау әдістері:
1. Электролиттің электроөткізгіштігін өлшеу арқылы:
α = λ V /λ∞
2. Қату және қайнау температурасын анықтап, оны Рауль заңы бойынша анықтайды:
i = ∆ tқату эл/ ∆tқату бейэл α = i – 1/n - 1

қолданылмайды.
2) Органикалық қосылыстарының қышқылдық және негіздік қасиеттерін түсіндірмейді.
3) Сусыз

еріткіштерде заттың қайсысы негіз, қайсысы қышқыл деп санау керек екенін түсіндірмейді.
4) Күшті электролиттер үшін α =1 болғанда К-мәнінің мағынасы жойылуы(Оствальд теңдеуінде)
5) Иондардың өзара әсерлесуі және еріткішпен еріген зат бөлшектерінің әрекеттесуі қарастырылмайды.
Электролиттік диссоциациялану теориясы түсіндіре алмаған
ерітінді бойындағы кейбір мәселелер 1923 жылы ғалымдар
П.Дебай мен Г.Хюккель ұсынған күшті электролиттер
ілімінде шешімін тапты.

– қарсы иондар атмосфера түзілуі мен байланыстырады.
2) Бұл ілімде

еріген зат толық иондарға ыдыраған деп қабылданады.
3) Түзілген иондық атмосферада тек электростатикалық (кулон күші) әсерлесу күші ғана ескеріледі.
4) Еріткіш пен ерітіндінің диэлектрикалық өткізгіштігі шамалас деп есептелінеді.
5) Иондық атмосфера біртұтас жүйе ретінде қабылданып, бұларда иондардың таралуы статистикалық заңдылыққа бағынады.
6) Сыртқы өрісте иондық атмосфера бір полюске, ал орталық атом қарама – қарсы полюстерге қозғалуға кедергі жасайтын ИАБ(ионаралық байланыс) және сольваттық қабаты(СҚ).Бұл күштер электролиттердің қасиеттеріне әсер етеді:

өскен сайын;
3) Кu өседі концентрациясы өскен сайын;


Күшті электролиттердің қасиеттерін активтілік

түсіндіреді.

Хюккель концентрация орнына активтілік деген ұғымын енгізді.
Активтілік – ертіндідегі еріген

заттың сандық мөлшерімен бірге олардың сол жүйе бойында әсерлесуін ескеретін шама.
Активтілік және концентрация арасындағы айырмашылыққа
түзету коэффициенті активтілік коэффициенті деп аталады:
а = f · С
Мұндағы а – активтілік;
С – концентрация;
f -активтілік коэффициенті;

ас = fс· См, fс = ас/См (См –

молярлы конц. моль/л)
2) аb = fb · b, fс = ас/b (b – моляльдік конц. моль/кг)
3) ах = fх · Сх, fс = ас/Сх (Сх н/е wn – мольдік үлес)
f мәні концентрацияға тәуелді:
а) f<1; aб) f=1; a=C бұл өте сұйық ерітіндіде болады, бұл ерітіндіде ИАБ жоқ, СҚ бар.
в) f>1; a>C бұл өте концентрлі ерітіндіде болады, ИАБ бар, ал СҚ жоқ.

есептелінеді:
I

= 0,5 Σ CiZi ²
Мұндағы I – иондық күш;
Ci - молярлық концентрация;
Zi – ион заряды;

Иондық күш – барлық иондардың зарядтарының квадратына олардың концентрациясына көбейткеннен шыққан сандардың қосылыстарының жартысына тең болатын сан. Мысалы: 0,9% NaCl немесе 0,15М NaCl
I = 0,5(0,15 · 1 · 1 + 0,15 · 1 · 1) = 0,3/2= 0,15

мына теңдеуді ұсынды:
lg

f = -0,5 Z² √ I
Мұнда f - активтілік коэффициенті;
Z – ион заряды;
I – ерітіндінің иондық күші;

Мысалы: тамырға ерітінді құйғанда оның иондық күші қанның иондық күшімен

бірдей болу керек(0,15М NaCl).
Электролит ертіндісі осмостық қысымды өсіреді. Ең күшті әсер ететін организмге Н және OH иондары (физиологиялық активті иондар!). Ал егер иондар жетіспесе, мысалы Na ионы, онда жүйке жүйесінің жұмысы бұзылады. Ал егер таза NaCl тамырға құйса
онда организм уланады. Артық мөлшерде CaCl2 құйылса ол организмді уландырады. Егер Na пен Ca араластырылса, олар бір – бірінің ұлығын басады(иондар антогонизмі).
Иондар антогонизмі – иондардың бір – бірінің ұлы әсерін төмендетуі.

+

2+

+

+

-

қатысыз Дания ғалымы Джон Бренстед пен ағылшын химигі Том Лоури

қышқылдар мен негіздердің протолиттік теориясын ұсынған. Бұл теория Бренстед-Лоури теориясы деп аталады.
Бұл теория бойынша:
Қышқылдар мен негіздерді протолиттер деп, ал олардың бір-бірімен әрекеттесуін протолиттік тепе-теңдік дейді.
Протолиттік теория бойынша:
Қышқылдар – реакция нәтижесінде молекулалары немесе иондары протон бөліп шығаратын заттар.
Негіздер – молекулалары немесе иондары протон қосып алатын заттар.

+ H+ ( протон)
Мұндай процестердің қышқылы мен негізін сабақтастар
деп атайды.
H3O+

↔ H2O + H+
HCl ↔ H+ + Cl−
Cl− бұл HCl қышқылына сабақтас негіз.
Қазіргі таңда еріткіш молекуласымен қосылған H+
«лионий» ионы, ал протоны бөлініп кеткен еріткіш
анионы «лиат» ионы.
CH3COOH ↔ CH3COO− + H+
NH4CI ↔ NH4 + + CI-
Қышқыл мен негіз арасындағы теория бойынша
әрекеттесу мына теңдеумен көрсетіледі:
Қышқыл 1 + Негіз 2 ↔ Негіз 1+ Қышқыл 2
Мысалы:
H2O + H2O ↔ H3O+ + OH−
CH3COOH + NH3 ↔ CH3COO− + NH4+
HF + HNO3 ↔ F− + [H2NO3]+

протолиттік
реакциялар деп аталады.
Қышқыл мен негізден жаңа сабақтас қышқыл

мен
негіз алынады.
Қышқыл неғұрлым күшті болса, онымен сабақтас
қосақталған негіз соғұрлым әлсіз болады.
NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH−
Амфолиттер - әрекеттесуші заттың табиғатына
байланысты бір мезгілде әрі қышқыл, әрі негіз
ретінде әрекеттесе алатын қабілеті бар заттар.
H2O + CH3COOH ↔ H3O+ + CH3COO−
H2O + NH3 ↔ NH4+ + OH−
Мұнда H2O – амфолит.

қабылдау қасиетіне тәуелді.
Қышқылдар мен негіздердің күшті не әлсіз
екендігінің сандық шамасын

диссоциациялану
реакциясының тепе-теңдігінің константасы арқылы
анықтауға болады. (Ка – қышқылдар константасы,
Кв – негіздер константасы).
Әрекеттесуші массалар заңы бойынша реакция:
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO− + H3O+
Бұл реакцияға тепе-теңдік константасы:
К = [CH3COO−]·[H3O+] / [CH3COOH]·[H2O]
[CH3COO−], [ H3O+], [CH3COOH] – реакцияға
қатысқан және реакция нәтижесінде түзілген
заттардың тепе-теңдік кезіндегі концентрациялары:
[H2O] – const
Сондықтан: К * [H2O] – const, яғни қышқылдың
константасы Ка басқаша жазғанда:
Ка = [CH3COO−]·[ H3O+] / [CH3COOH]

= 1,75 · 10−5
Ка1 H2CO3 = 4,5 · 10−7
Ка2 H2CO3

= 4,5 · 10−11
Көбінесе, Ка сандық шамасы теріс таңбасымен алынған
логарифммен анықталады.
−lg Ka = pKa
H2CO3 pKa1 =−lg4, 5 · 10−7 = 6, 35
pKa2 =−lg4, 5 · 10−11 = 10, 33
CH3COOH pKa = −lg1,75 · 10−5 = 4,75
pKa сандық шамасы неғұрлым аз болса, соғұрлым қышқыл күшті
қышқылдар қатарына жатады.
CH3COOH C6H5OH H2O C2H5OH
pKa
4,7 9,9 15,7 18
Төменнен жоғары қарай қышқылдық қасиеті артады.Негіздер
үшін, қышқылдар сияқты тепе-теңдік константасын табады (Кв)
және бұл тепе-теңдік константасының ондық логарифмінің теріс
таңбасы:
pKв = −lg Kв
болып табылады.