На диаграмме изображены массы строительных материалов. Взаимосвязь основных свойств строительных материалов

Отличные проводники электрического тока — золото, медь, железо, алюминий, сплавы. Наряду с ними существует большая группа веществ-неметаллов, расплавы и водные растворы которых тоже обладают свойством проводимости. Это сильные основания, кислоты, некоторые соли, получившие общее название "электролиты". Что такое ионная проводимость? Выясним, какое отношение имеют вещества-электролиты к этому распространенному явлению.

Какие частицы переносят заряды?

Мир вокруг полон различных проводников, а также изоляторов. Об этих свойствах тел и веществ известно с глубокой древности. Греческий математик Фалес провел опыт с янтарем (на греческом — «электрон»). Потерев его о шелк, ученый наблюдал явление притяжения волос, волокон шерсти. Позже стало известно, что янтарь является изолятором. В этом веществе нет частиц, которые могли бы переносить электрический заряд. Хорошие проводники — металлы. В их составе присутствуют атомы, положительные ионы и свободные, бесконечно малые отрицательные частицы — электроны. Именно они обеспечивают перенос зарядов, когда пропускают ток. Сильные электролиты в сухом виде не содержат свободных частиц. Но при растворении и расплавлении происходит разрушение кристаллической решетки, а также поляризация ковалентной связи.

Вода, неэлектролиты и электролиты. Что такое растворение?

Отдавая или присоединяя электроны, атомы металлических и неметаллических элементов превращаются в ионы. Между ними в кристаллической решетке существует достаточно прочная связь. Растворение или расплавление ионных соединений, например, хлорида натрия, приводит к ее разрушению. В полярных молекулах нет ни связанных, ни свободных ионов, они возникают при взаимодействии с водой. В 30-х годах XIX века М. Фарадей обнаружил, что растворы некоторых веществ проводят ток. Ученый ввел в науку такие важнейшие понятия:

• ионы (заряженные частицы);
• электролиты (проводники второго рода);
• катод;
• анод.

Есть соединения - сильные электролиты, кристаллические решетки которых полностью разрушаются с освобождением ионов.

Существуют нерастворимые вещества и те, что сохраняются в молекулярном виде, например, сахар, формальдегид. Такие соединения называются неэлектролитами. Для них не характерно образование заряженных частиц. Слабые электролиты (угольная и уксусная кислота, и ряд других веществ) содержат мало ионов.

Теория электролитической диссоциации

В своих работах шведский ученый С. Аррениус (1859-1927) опирался на выводы Фарадея. В дальнейшем уточнили положения его теории русские исследователи И. Каблуков и В. Кистяковский. Они выяснили, что при растворении и расплавлении образуют ионы не все вещества, а только электролиты. Что такое диссоциация по С. Аррениусу? Это и есть разрушение молекул, которое приводит к появлению заряженных частиц в растворах и расплавах. Основные теоретические положения С. Аррениуса:

1. Основания, кислоты и соли в растворах находятся в диссоциированном виде.
2. Обратимо распадаются на ионы сильные электролиты.
3. Слабые образуют мало ионов.

Показателем вещества (ее часто выражают в процентах) является соотношение числа молекул, распавшихся на ионы, и общего количества частиц в растворе. Электролиты являются сильными, если значение этого показателя свыше 30%, у слабых — менее 3%.

Свойства электролитов

Теоретические выводы С. Аррениуса дополнили более поздние исследования физико-химических процессов в растворах и расплавах, проведенные русскими учеными. Получили объяснение свойства оснований и кислот. К первым относят соединения, в растворах которых из катионов можно обнаружить только ионы металла, анионами являются частицы OH - . Молекулы кислот распадаются на отрицательные ионы кислотного остатка и протоны водорода (H +). Движение ионов в растворе и расплаве — хаотичное. Рассмотрим результаты опыта, для которого потребуется собрать цепь, включить в нее и обыкновенную лампочку накаливания. Проверим проводимость растворов разных веществ: поваренной соли, уксусной кислоты и сахара (первые два - электролиты). Что такое электрическая цепь? Это источник тока и проводники, соединенные между собой. При замыкании цепи лампочка будет гореть ярче в растворе поваренной соли. Движение ионов приобретает упорядоченность. Анионы направляются к положительному электроду, а катионы — к отрицательному.

В этом процессе в уксусной кислоте участвует небольшое количество заряженных частиц. Сахар не является электролитом, не проводит ток. Между электродами в этом растворе окажется изолирующий слой, лампочка гореть не будет.

Химические взаимодействия между электролитами

При сливании растворов можно наблюдать, как ведут себя электролиты. Что такое ионные уравнения подобных реакций? Рассмотрим на примере химического взаимодействия между и нитратом натрия:

2NaNO 3 + BaCl 2 + = 2NaCl + Ba(NO 3) 2 .

Формулы электролитов запишем в ионном виде:

2Na + + 2NO 3- + Ba 2+ + 2Cl - = 2Na + + 2Cl - + Ba 2+ + 2NO 3- .

Взятые для реакции вещества - сильные электролиты. В этом случае состав ионов не меняется. Химическое взаимодействие между возможно в трех случаях:

1. Если один из продуктов является нерастворимым веществом.

Молекулярное уравнение: Na 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2NaCl.

Запишем состав электролитов в виде ионов:

2Na + + SO 4 2- + Ba 2+ + 2Cl - = BaSO 4(белый осадок) + 2Na + 2Cl - .

2. Одно из образовавшихся веществ — газ.

3. Среди продуктов реакции есть слабый электролит.

Вода — один из наиболее слабых электролитов

Химически чистая не проводит электрический ток. Но в ее составе есть небольшое количество заряженных частиц. Это протоны Н + и анионы ОН - . Диссоциации подвергается ничтожно малое число молекул воды. Существует величина — ионное произведение воды, которая является постоянной при температуре 25 °C. Она позволяет узнать концентрации Н + и ОН - . Преобладают ионы водорода в растворах кислот, гидроксид-анионов больше в щелочах. В нейтральных — совпадает количество Н + и ОН - . Среду растворов также характеризует водородный показатель (рН). Чем он выше, тем больше присутствует гидроксид-ионов. Среда является нейтральной при интервале рН близком к 6-7. В присутствии ионов Н + и ОН - изменяют свой цвет вещества-индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метилоранж и другие.

Свойства растворов и расплавов электролитов находят широкое применение в промышленности, технике, сельском хозяйстве и медицине. Научное обоснование заложено в работах ряда выдающихся ученых, объяснивших поведение частиц, из которых состоят соли, кислоты и основания. В их растворах протекают многообразные реакции ионного обмена. Они используются во многих производственных процессах, в электрохимии, гальванике. Процессы в живых существах также происходят между ионами в растворах. Многие неметаллы и металлы, токсичные в виде атомов и молекул, незаменимы в виде заряженных частиц (натрий, калий, магний, хлор, фосфор и другие).

ЭЛЕКТРОЛИТЫ – вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток.

НЕЭЛЕКТРОЛИТЫ – вещества, растворы или расплавы которых не проводят электрический ток.

Диссоциация – распад соединений на ионы.

Степень диссоциации – отношение числа продиссоциированных на ионы молекул к общему числу молекул в растворе.

СИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы.

При написании уравнений диссоциации сильных электролитов ставят знак равенства.

К сильным электролитам относятся:

· Растворимые соли (смотри таблицу растворимости );

· Многие неорганические кислоты: HNO 3 , H 2 SO 4 ,HClO 3 , HClO 4 , HMnO 4 , HCl, HBr, HI (смотри кислоты-сильные электролиты в таблице растворимости );

· Основания щелочных (LiOH, NaOH,KOH) и щелочноземельных (Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2) металлов (смотри основания-сильные электролиты в таблице растворимости ).

СЛАБЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ в водных растворах лишь частично (обратимо) диссоциируют на ионы.

При написании уравнений диссоциации слабых электролитов ставят знак обратимости.

К слабым электролитам относятся:

· Почти все органические кислоты и вода (Н 2 О);

· Некоторые неорганические кислоты: H 2 S, H 3 PO 4 ,HClO 4 , H 2 CO 3 , HNO 2 , H 2 SiO 3 (смотри кислоты-слабые электролиты в таблице растворимости );

· Нерастворимые гидроксиды металлов (Mg(OH) 2 ,Fe(OH) 2 , Zn(OH) 2) (смотри основания- c лабые электролиты в таблице растворимости ).

На степень электролитической диссоциации влияет ряд факторов:

природа растворителя и электролита : сильными электролитами являются вещества с ионными и ковалентными сильно-полярными связями; хорошей ионизирующей способностью, т.е. способностью вызывать диссоциацию веществ, обладают растворители с большой диэлектрической проницаемостью, молекулы которых полярны (например, вода);

температура : поскольку диссоциация - процесс эндотермический, повышение температуры повышает значение α;

концентрация : при разбавлении раствора степень диссоциации возрастает, а с увеличением концентрации - уменьшается;

стадия процесса диссоциации : каждая последующая стадия менее эффективна, чем предыдущая, примерно в 1000–10 000 раз; например, для фосфорной кислоты α 1 > α 2 > α 3:

H3PО4⇄Н++H2PО−4 (первая стадия, α 1),

H2PО−4⇄Н++HPО2−4 (вторая стадия, α 2),

НPО2−4⇄Н++PО3−4 (третья стадия, α 3).

По этой причине в растворе данной кислоты концентрация ионов водорода наибольшая, а фосфат-ионов РО3−4 - наименьшая.

1. Растворимость и степень диссоциации вещества между собой не связаны. Например, слабым электролитом является хорошо (неограниченно) растворимая в воде уксусная кислота.

2. В растворе слабого электролита меньше других содержится тех ионов, которые образуются на последней стадии электролитической диссоциации

На степень электролитической диссоциации влияет также добавление других электролитов : например, степень диссоциации муравьиной кислоты

HCOOH ⇄ HCOO − + H +

уменьшается, если в раствор внести немного формиата натрия. Эта соль диссоциирует с образованием формиат-ионов HCOO − :

HCOONa → HCOO − + Na +

В результате в растворе концентрация ионов НСОО– повышается, а согласно принципу Ле Шателье, повышение концентрации формиат-ионов смещает равновесие процесса диссоциации муравьиной кислоты влево, т.е. степень диссоциации уменьшается.

Закон разбавления Оствальда - соотношение, выражающее зависимость эквивалентной электропроводностиразбавленного раствора бинарного слабого электролита от концентрации раствора:

Здесь - константа диссоциации электролита, - концентрация, и - значения эквивалентной электропроводности при концентрации и при бесконечном разбавлении соответственно. Соотношение является следствием закона действующих масс и равенства

где - степень диссоциации.

Закон разбавления Оствальда выведен В.Оствальдом в 1888 году и им же подтвержден опытным путём. Экспериментальное установление правильности закона разбавления Оствальда имело большое значение для обоснования теории электролитической диссоциации.

Электролитическая диссоциация воды. Водородный показатель рН Вода представляет собой слабый амфотерный электролит: Н2О Н+ + ОН- или, более точно: 2Н2О= Н3О+ + ОН- Константа диссоциации воды при 25оС равна: Такое значение константы соответствует диссоциации одной из ста миллионов молекул воды, поэтому концентрацию воды можно считать постоянной и равной 55,55 моль/л (плотность воды 1000 г/л, масса 1 л 1000 г, количество вещества воды 1000г:18г/моль=55,55 моль, С=55,55 моль: 1 л =55,55 моль/л). Тогда Эта величина постоянная при данной температуре (25оС), она называется ионным произведением воды KW: Диссоциация воды – процесс эндотермический, поэтому с повышением температуры в соответствии с принципом Ле-Шателье диссоциация усиливается, ионное произведение возрастает и достигает при 100оС значения 10-13. В чистой воде при 25оС концентрации ионов водорода и гидроксила равны между собой: = = 10-7 моль/л Растворы, в которых концентрации ионов водорода и гидроксила равны между собой, называются нейтральными. Если к чистой воде прибавить кислоту, концентрация ионов водорда повысится и станет больше, чем 10-7 моль/л, среда станет кислой, при этом концентрация ионов гидроксила мгновенно изменится так, чтобы ионное произведение воды сохранило свое значение 10-14. Тоже самое будет происходить и при добавлении к чистой воде щелочи. Концентрации ионов водорода и гидроксила связаны между собой через ионное произведение, поэтому, зная концентрацию одного из ионов, легко вычислить концентрацию другого. Например, если = 10-3 моль/л, то = KW/ = 10-14/10-3 = 10-11 моль/л, или, если = 10-2 моль/л, то = KW/ = 10-14/10-2 = 10-12 моль/л. Таким образом, концентрация ионов водорода или гидроксила может служить количественной характеристикой кислотности или щелочности среды. На практике пользуются не концентрациями ионов водорода или гидроксила, а водородным рН или гидроксильным рОН показателями. Водородный показатель рН равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода: рН = - lg Гидроксильный показатель рОН равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов гидроксила: рОН = - lg Легко показать, прологарифмировав ионное произведение воды, что рН + рОН = 14 Если рН среды равен 7 - среда нейтральная, если меньше 7 - кислая, причем чем меньше рН, тем выше концентрация ионов водорода. pН больше 7 – среда щелочная, чем больше рН, тем выше концентрация ионов гидроксила.

Новости и события

в условиях, при которых она раньше не работала, говорит Константинос Герасопулос, старший научный сотрудник APL, который ведет исследования.

Увеличив концентрацию солей лития и смешивания электролита с полимером-материалом, напоминающим очень мягкий...

По данным исследований, проведенных Университетом Шеффилда, брошенные символы наступившего праздника можно уберечь от свалки и превратить в краски и пищевые подсластители.

Сотни тысяч...

На череповецком комплексе АО «Апатит», входящем в состав группы «ФосАгро», в торжественной обстановке дали старт пусконаладочным работам на новом производстве сульфата аммония. Установка произво...

внутренних коротких замыканий, которые могут воспламенять жидкие электролиты , что может приводить к взрывам и пожарам. Инженеры из Университета Иллинойса разработали твердый электролит на основе полимеров, который может самовосстановиться после повреждения. Также...

Эксперты Роскачества провели испытания искусственных елей, чтобы ответить на вопросы покупателей, связанные с главным новогодним символом. На законодательном уровне требования к искусственным ел...

Новое исследование Института технологий Массачусетса посвящено противоположной роли природного газа в борьбе с изменением климата, являющегося мостом к уменьшению выбросов в будущем, но также вн...

Информация

Ученые создали “неубиваемую” батарею
Из выброшенных рождественских ёлок можно производить краску и подсластители - учёные
«ФосАгро» запускает первое в стране производство сульфата аммония

Каталог организаций и предприятий

Торговая фирма, специализирующаяся на купле-продаже технической химии: 1. Кислота соляная 2. Кислота серная 3. Кислота ортофосфорная 4. Кислота азотная 5. Этиленгликоль 6. Натр едкий 7. Перекись водор...

Мы самый сильный трейдер в Волгоградской области. Мы самый сильный трейдер в Волгоградской области.

Мы самый сильный трейдер в Волгоградской области.

В 2007 ж/д потребление металлопроката составило примерно 13367т.

Предложения на покупку и продажу продукции

Предлагаем кислоту азотную хч со склада в г. Саратов. Фасовка-канистры по 20 л (28 кг) .Цена 53 руб/кг.

Продам промышленную химию и химическое сырьё. Амины, гидроксиды, гликоли, кислоты, ПАВы, пластификаторы, растворители, соли, спирты, эфиры и др. Изопропиловый спирт, Гипохлорит натрия, Глицерин дистил...

Реализуем ортофосфорную кислоту для промышленного применения V не менее 73%, So3 не более 3%, As не более 0, 004 % Отгрузка ЖД цистернами. Цена на жд станции покупателя по запросу.

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 1.1. ПАЛЬМИТИНОВАЯ КИСЛОТА, ЕЁ СОЛИ И ЭФИРЫ 1.1.1. Пальмитиновая кислота (Цетиловая) 1.1.2. Соли пальмитиновой кислоты (пальмитаты) 1.1.3. Эфиры пальмитиновой кислоты (п...

Организация предлагает со склада в г. Саратов кислоту лимонную пищевую производства Китай. Фасовка-мешки по 25 кг. Скидки от объемов, возможна доставка по городу. Адреса складов в г. Саратов: пос. З...

Реализация химической продукции: Оксистибата ртути, пироантимоната ртути, Hg2Sb2О7, Осмий - 187 (Osmium), Красная ртуть М-1 (RM-39/39), 2- диметиламино этанол ч, 2-хлорбензонитрил, 3-хлорбензонитрил, ...