Elektrolitinė disociacija ir jonizacija

Elektrolitinė disociacija ir jonizacija

Mokymosi tikslai

• Atskirti joninio junginio disociaciją nuo molekulinės medžiagos jonizacijos.
• Užrašyti stipriųjų ir silpnųjų elektrolitų virsmų lygtis vandenyje.
• Pagal dalelių skaičių ir jonizacijos mastą palyginti tirpalų laidumą.
• Sudaryti grynąją joninę lygtį pašalinant stebėtojų jonus.

Sąvokos

Elektrolitas, neelektrolitas, disociacija, jonizacija, stiprusis elektrolitas, silpnasis elektrolitas, jonizacijos laipsnis, rūgšties konstanta, laidumas, stebėtojo jonas.

Tirpalo elektrinį laidumą lemia judrūs jonai. Joninis kristalas tirpdamas disocijuoja į jau kristale buvusius jonus, o molekulinė rūgštis sąveikaudama su vandeniu jonizuojasi, nes jonai susidaro proceso metu.

Prisimink

Joninio junginio disociacija:

$\ce{CaCl2(s) -> Ca^{2+}(aq) + 2Cl-(aq)}.$

Vandenilio chlorido jonizaciją vandenyje tiksliau rodo:

$\ce{HCl(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq) + Cl-(aq)}.$

Trumpiniuose skaičiavimuose $\ce{H+(aq)}$ dažnai vartojamas vietoj $\ce{H3O+(aq)}$, jei kontekstas aiškus.

Stiprieji ir silpnieji elektrolitai

Stiprusis elektrolitas tirpale beveik visiškai virsta jonais. Silpnasis elektrolitas jonizuojasi tik iš dalies ir nusistovi pusiausvyra:

$\ce{CH3COOH(aq) + H2O(l) <=> H3O+(aq) + CH3COO-(aq)}.$

„Stiprus“ nėra tas pats, kas „koncentruotas“. Stiprumas apibūdina jonizacijos mastą, koncentracija – medžiagos kiekį tirpalo tūryje. Praskiestas $\ce{HCl}$ vis tiek yra stipriosios rūgšties tirpalas, o koncentruota etano rūgštis išlieka silpnoji rūgštis.

Rūgšties jonizacijos konstanta:

$K_a=\frac{[\ce{H3O+}][\ce{A-}]}{[\ce{HA}]}.$

Lyginant tos pačios rūšies rūgštis panašiomis sąlygomis, didesnė $K_a$ rodo stipresnę rūgštį. Labai stiprioms rūgštims mokykliniame modelyje laikoma, kad jonizacija visiška.

Silpnajai bazei $\ce{B + H2O <=> BH+ + OH-}$ analogiškai apibrėžiama

$$K_b=\frac{[\ce{BH+}][\ce{OH-}]}{[\ce B]}.$$

Konjuguotajai rūgšties ir bazės porai $25\ ^\circ\mathrm{C}$ temperatūroje galioja $K_aK_b=K_w$. Todėl didesnė konjuguotosios rūgšties $K_a$ reiškia silpnesnę jos konjuguotąją bazę.

Laidumo tyrimas

Tirpalo laidumas didėja, kai daugėja judrių jonų ir jie yra judresni, tačiau matavimą veikia koncentracija bei temperatūra. Patikimam palyginimui tirpalų koncentracijos, tūriai, temperatūra, elektrodų plotas ir atstumas turi būti vienodi.

Distiliuotas vanduo laidus labai silpnai. Cukraus tirpalas taip pat beveik nelaidus, nes cukrus tirpsta molekulėmis, o $\ce{NaCl}$ tirpalas laidus dėl hidratuotų jonų.

Joninių lygčių rašymas

Į jonus skaidyk tirpius stipriuosius elektrolitus. Nediskaidyk nuosėdų, dujų, grynų skysčių ir silpnųjų elektrolitų. Neutralizacijos tarp stiprios rūgšties ir stiprios bazės grynoji joninė lygtis:

$\ce{H+(aq) + OH-(aq) -> H2O(l)}.$

Karbonato sąveika su rūgštimi:

$\ce{CO3^{2-}(aq) + 2H+(aq) -> CO2(g) + H2O(l)}.$

Abiejose lygties pusėse turi sutapti atomų skaičius ir bendras krūvis.

Išspręstas pavyzdys

$0{,}020\ \mathrm{mol}$ $\ce{Al2(SO4)3}$ visiškai disocijuoja:

$\ce{Al2(SO4)3 -> 2Al^{3+} + 3SO4^{2-}}.$

Todėl susidaro $2\cdot0{,}020=0{,}040\ \mathrm{mol}$ $\ce{Al^{3+}}$ ir $3\cdot0{,}020=0{,}060\ \mathrm{mol}$ $\ce{SO4^{2-}}$, iš viso $0{,}100\ \mathrm{mol}$ jonų. Koeficientai dauginami iš druskos molių skaičiaus, o jonų krūviai dėl to nesikeičia.

Dažnos klaidos

• Silpnoji rūgštis joninėje lygtyje išskaidoma kaip visiškai jonizuota.
• Didesnis tirpalo laidumas tiesiogiai paskelbiamas rūgšties stiprumo įrodymu, nors koncentracijos skirtingos.
• Koeficientas prieš joną perkeliamas į krūvį: iš $\ce{CaCl2}$ gaunamas klaidingas $\ce{Cl^{2-}}$.
• Tirpimas visada vadinamas disociacija; neelektrolitas gali ištirpti nesudarydamas jonų.

Pasitikrink

1. Parašyk $\ce{Al2(SO4)3}$ disociacijos lygtį.
2. Kuo skiriasi stiprioji rūgštis ir koncentruota rūgštis?
3. Kodėl sacharozės tirpalas beveik nelaidus, nors sacharozė gerai tirpsta?

Oficialūs šaltiniai

• SRC-BP-V1269 – Chemijos bendroji programa, IV gimnazijos klasė, elektrolitinė disociacija ir jonizacija.
• SRC-EMOKYKLA-CHEM – oficialus Bendrosios programos atvaizdavimas eMokykloje.
• SRC-IR-2025 – III–IV gimnazijos klasių įgyvendinimo rekomendacijos; naudota laidumo tyrimui ir joninėms lygtims.

Santrauka

Laidumui reikia judrių jonų. Joninės medžiagos disocijuoja, molekuliniai elektrolitai jonizuojasi, o stiprumą reikia atskirti nuo koncentracijos. Joninė lygtis turi palikti tik realiai pasikeitusias daleles.