Күшті электролиттер теориясы туралы түсінік. Активтілік


Күшті электролиттердің ерекшелігі суда түгелдей диссоциацияланады, сонда гидратталған иондар түзіледі. Күшті электролиттерге кристалдық күйінде иондардан тұратын көптеген тұздар (суда еритін), сілтілік және сілтілік – жер металдар гидроксидтері және мына қышқылдар (HCl,HBr,HJ,HNO3,H2SO4, HClO4) жатады. Алайда олардың ерітінділерінің электр өткізгіштігінің мөлшері, қату температурасының төмендеуі, қайнау температурасының жоғарылауы күшті электролит молекулалары түгелдей ионға айналмаған сияқты көрінеді.

Бұл жағдайды қазіргі күшті электролиттер туралы теория былай түсіндіреді: ерітіндідегі әрбір ион өзіне қарама-қарсы иондарды тартып, шоғырланып иондық атмосфера түзеді. Осы иондық атмосферадағы әрбір ион басқа шоғырға орталық болады. Сонда осы иондық атмосфера басқа иондардың ерітіндіде еркін қозғалуын тежеп, олардың электр өткізгіштігін төмендетеді, сондықтан күшті электролит толық диссоциацияға түспеген сияқты болады.

Күшті электролиттердің ерітінділерін сипаттау үшін, яғни иондардың ерітіндідегі күйін сипаттау үшін олардың иондарының актив концентрациясы

α деген ұғым енгізіледі. Бұл шама ерітіндідегі иондардың бір-біріне әсерін есепке ала отырып, электр өткізгіштіктің, қату температурасының төмендеуі мен қайнау температурасының жоғарылауының дәл мәндерін береді. Актив концентрация – иондардың шартты концентрациясы, ол күшті электролиттің нағыз концентрациясына с тура пропорционал: α = ƒ× C, мұндағы ƒ – актив коэффициенті, ол ерітіндідегі барлық иондардың зарядына және табиғатына, ерітіндінің құрамына және концентрациясына тәуелді. ƒ мәні бірден кем, бірақ электролит концентрациясы азайған сайын, яғни ерітінді сұйытылған сайын бірге жуықтайды, егер См 0,5 моль/л болса, ион табиғаты ƒ мәніне аз әсер етеді. Сонда сұйық ерітінділерде ƒ мәні берілген еріткіште тек ион заряды мен ерітіндінің иондық күшіне (І) ғана тәуелді деуге болады, ол әр ионның концентрациясын зарядының квадратына көбейткендегі жарты қосындысына тең шама:

І = 0,5 (C1 z21 + C2z22 + … + Cnz2n ) = 0,5 Ciz2i

Сұйытылған ерітінділер үшін иондардың ƒ мәнін(олардың заряды мен ерітіндінің иондық күшіне байланысты) анықтамадан алады не жуық мәнін мына формула арқылы есептеуге болады: lg ƒ = - 0,5 z2 I . Сонымен, ерітіндінің иондық күші иондар арасындағы электростатикалық әсерлесудің өлшемі болады: С – концентрация, моль/л; z2 – зарядтар квадраты.

Құрамында көп зарядты иондары бар электролиттер – көп негізді қышқылдар, көп қышқылды негіздер – біртіндеп диссоциацияланады:

H3PO4 H+ + H2PO4- ; H2PO42- H+ + HPO42- ;

HPO42- H+ + PO43-, сонда әлсіз электролиттерде әр саты үшін диссоциация константасы болады.

Bе(OH)2 BеOH+ + OH- ; BеOH+ 2+ + OH-

Тұздар бірден диссоциацияланады: Al2(SO4)3 2Al3+ + 3SO42-; Қышқыл тұздар мен негіз тұздар да біртіндеп диссоциацияланады, бірақ екінші сатыда диссоциация дәрежесі өте аз, металл- мен сутек-, гидроксид- иондары жеке кездеспейді:

NaHSO4 Na+ + HSO4- ; HSO4- H+ + SO42-

MgOHCl MgOH+ + Cl- ; MgOH+ Mg2+ + OH-

1-мысал. 0,01М MgSO4 және 0,01М MgCl2 ерітінділер қоспасының иондық күші мен иондар активтілігін есептеу керек.

Шешуі: Ерітіндінің иондық күші

І = 0,5 (CMg2+ × 22 + CCl- × 12) = 0,5 (0,02 ×4 + 0,01×4 + 0,02) = 0,07.

Mg2+ және SO42- иондарының активтілік коэффициенттерін мына формуламен табады:

lg ƒ = − 0,5z2 I = − 0,5×4 0,07 = − 0,53 = 1,47; ƒ = 0,30. Сол сияқты хлор ионының активті коэффициентін анықтайды:

lg ƒ =−0,5 z2 I = − 0,5×1× 0,07 = − 0,13 = 1,87; ƒ = 0,74.

Енді мына формула бойынша a = ƒ × Cм әр ионның активтілігін анықтайды:

αMg2+ = 0,02×0,30 = 0,006 моль/л;

αSO42- = 0,01×0,30 = 0,003 моль/л;

αСІ- = 0,02 ×0,74 = 0,0148 моль/л.

2-мысал. 0,02 моль 1л КСІ ерітіндісін 0,005М барий нитраты ерітіндісіне қосқанда оның иондық күші қанша болады?

Шешуі: Ba2+, NO3-, K+, CI- иондарының сәйкесінше концентрациялары 0,005, 0,01 және 0,02моль/л, сонда ерітіндінің иондық күші:

I = 0,5 (0,005×22 + 0,01×12 + 0,02×12 + 0,02×12) = 0,035.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Ерітіндінің иондық күші деген не, ол актив коэффициентімен қалай байланысқан?

2. Активтілік деген ұғымды түсіндіріңіздер.

3. Электролиттерді күшті және әлсіз деп қандай қасиеттері бойынша бөледі?

4. Қандай электролиттер сатылы диссоцияцияға түседі?