Закон Оствальда, ион гидроксония и приложения закона действия массы к ионному равновесию

bystudin | 2 октября, 2021 | Химия

Ионные равновесия является равновесие между молекулами одного слабого электролита и его ионов, О Ионные равновесия применяется только на неделю электролита не сильного электролита , потому что в неделю электролита неполной ионизации происходит (существует равновесие между молекулами и ионами неделю электролита ), в то время как в случае сильного электролита происходит полная ионизация.

Применение закона действия массы к ионному равновесию

Электролитический раствор
Ионизация воды и значение pH
Гидролиз солевого раствора
Продукт растворимости

Электролитический раствор

По ионизации в воде Вещества подразделяются на:

Неэлектролитические вещества : это вещества, которые не ионизируются при растворении в воде , поэтому они не проводят электричество в виде ковалентных соединений (сахар в виде глюкозы C ₆H ₁₂ O ₆ , крахмал).
Электролитические вещества : это вещества, которые ионизируются при растворении в воде, поэтому они проводят электричество и могут быть разделены на два типа: сильный электролит и слабый электролит .

Сильный электролит : «Полная ионизация». Все неионизированные молекулы превращаются в ионы, такие как сильные кислоты , сильные щелочи и соли .

HCl → H ⁺ + Cl ^—

NaCl → Na ⁺ + Cl ^—

NaOH → Na ⁺ + OH ^—

Слабый электролит : «Неполная ионизация». Не ионизируйте полностью в воде, такой как слабые кислоты и слабые щелочи.

СН ₃ СООН → СН ₃ СОО ^— + Н ⁺

В слабых электролитах ионизируется только небольшое количество молекул, потому что одновременно происходят два противоположных процесса: диссоциация молекул на ионы и сочетание ионов с образованием молекул, когда скорости этих двух процессов равны, состояние равновесия достигается.

Водный раствор соляной кислоты является хорошим проводником электричества, но раствор уксусной кислоты является слабым из-за соляной кислоты из сильных кислот, которые полностью ионизированы, а уксусная кислота из слабых кислот, которые ионизированы не полностью.

Ионизация — это процесс, в котором неионизированные молекулы превращаются в ионы, Полная ионизация — это процесс, в котором все неионизированные молекулы превращаются в ионы, что происходит в сильных электролитах , Неполная ионизация — это процесс, в котором небольшая часть молекул ионизируется, что происходит в слабые электролиты .

Некоторые вещества в твердом состоянии содержат ионы, такие как хлорид натрия, когда ионные вещества растворяются в воде (+ ve) и (- ve) высвобождаются из их кристаллической структуры, а их растворы проводят электричество , эти вещества известны как ионные соединения, чья Ионы (+ ve) и (- ve) притягиваются друг к другу силами электростатического притяжения.

С другой стороны, в случае ковалентных соединений, таких как газообразный хлористый водород и чистая этановая кислота, связи между их атомами в молекуле являются ковалентными, эти два вещества также ионизируются в воде, но с разной степенью, газообразный хлористый водород является ионизированная, почти 100% этановая кислота подвергается ионизации в гораздо меньшей степени, это можно проверить с помощью следующих экспериментов.

Эксперимент (1)

Проверьте электрическую проводимость чистой этановой кислоты и газообразного хлористого водорода, растворенного в бензоле, вы можете заметить, что лампа в обоих случаях не загорается, что означает, что ни одна из двух жидкостей не содержит ионы, проводящие электрический ток .

Эксперимент (2)

Растворите 0,1 моль газообразного хлористого водорода в одном литре воды, также растворите 0,1 моль чистой этановой кислоты в воде, чтобы получить два кислых раствора равной концентрации. Проверьте электропроводность каждого раствора. Вы можете заметить, что в случае соляной кислоты. , лампа дает сильное освещение, но дает слабое освещение из-за этановой кислоты, указывая на то, что первый раствор содержит мало ионов.

Эксперимент (3)

Тест для эффекта разбавления на обоих растворах упоминался выше, и такое воздействие на проводимости от электрического тока (как указано силой освещения лампы), разбавленный каждый раствор до 0,01 молярной и теста электропроводности, то дальнейший разбавленных каждого раствора до 0,001 молярной и снова проверьте проводимость каждого раствора. Вы заметите, что освещение лампы не изменяется в случае разбавления соляной кислоты, но освещение увеличивается в случае разбавления уксусной кислоты .

Заключение

Ковалентные соединения, такие как сухой хлористый водород и чистая этановая кислота, ионизируются в воде , ионизация хлористого водорода завершена, но уксусная кислота очень ограничена, поэтому кислотный раствор HCl является хорошим проводником электричества, тогда как раствор этановой кислоты является плохой проводник. Также степень ионизации соляной кислоты не зависит от разбавления, но степень ионизации этановой кислоты увеличивается при разбавлении, что указывает на присутствие более ионизированных молекул кислоты.

Ион гидроксония

Ион гидроксония — это положительный ион, образующийся из комбинации молекулы воды с положительными ионами водорода. В водном растворе ионизированных кислот отсутствует свободный ион водорода (протон), этот ион притягивается к неподеленной паре электронов на кислороде. атом молекулы воды и связанный с молекулой воды координатной связью , этот протон называется ионами гидроксония или гидратированным протоном или ионом гидроксония [H ₃ O] ⁺ .

HCl + H ₂ O → [H ₃ O] ⁺ + Cl ^—

Н ₂ О + Н ⁺ → Н ₃ О ⁺

Всегда обнаруживаются два противоположных случая в растворе диссоциации молекул на ионы и комбинации между ионами с образованием молекул . Состояние равновесия достигается между ионами и молекулами, как представлено следующим уравнением.

AB → A ⁺ + B ^—

Слабый электролит → диссоциированные ионы

Этот тип равновесия известен как ионное равновесие, ионное равновесие — это состояние равновесия, возникающее между молекулами слабого электролита и образующимися из него ионами . Закон действия масс может применяться только в случае растворов слабых электролитов, сильные электролиты делают не содержат недиссоциированных молекул, так как они полностью ионизированы.

Закон Оствальда

Оствальд описал связь между степенью ионизации слабого электролита (альфа α) и концентрацией раствора (C) моль / литр . Слабая монопротонная кислота (НА) диссоциирует в воде в соответствии с уравнением.

HA → H ⁺ + A ^—

Применяя закон действия масс к этой равновесной системе, получаем следующее соотношение.

K _a = [H ⁺ ] [A ^— ] / [HA]

Где [H ⁺ ], [A ^— ] представляют концентрацию образующихся ионов, [HA] представляет недиссоциированную кислоту в равновесном состоянии, K _a представляет _собой константу ионизации или диссоциации кислоты, Когда один моль слабой кислоты (HA ) растворяется в (V) литре раствора, затем при равновесии.

Степень ионизации = Количество диссоциированных молей / Общее количество молей перед

Если количество диссоциированных молей составляет (α) моль, то количество недиссоциированных молей из HA = (1 − α) и количество полученных молей (H ⁺ ) и (A ^— ) равно α моль. вещество (моль / л.

Концентрация (C) = количество молей / объем на литр (V)

K _a = α² / [V (1 − α)]

В слабой (одноосновной или одноосновной) кислоте:

Степень ионизации (α) прямо пропорциональна разбавлению.
Степень ионизации (α) обратно пропорциональна концентрации.
Степень ионизации (α) = Количество молей диссоциированной кислоты (после H ₂O) / Общее количество молей до диссоциации (до H ₂ O)

Если количество молей до диссоциации составляет 1 моль, следовательно, степень ионизации (α) равна количеству диссоциированных молей кислот, закон Оствальда для разбавления иллюстрирует количественное соотношение между степенью ионизации (α) и разбавлением.

Закон Оствальда: при постоянной температуре продукт умножения образовавшихся ионов, деленный на концентрацию неионизированных молей для слабых электролитов, является постоянным и называется константой ионизации.

При постоянной температуре степень ионизации (α) увеличивается за счет разбавления (так что значение K _a остается постоянным). В случае слабых электролитов степень ионизации (α) достаточно мала, и ею можно пренебречь, следовательно, величиной ( 1 − α) считается приблизительно равным единице, и соотношение принимает вид K _a = α² / V.

Поскольку концентрация слабой кислоты (C) = 1 / V моль / литр, приведенное выше уравнение принимает вид K _a = α² × C

Это означает, что увеличение разведения (уменьшение концентрации) вызывает увеличение степени диссоциации и наоборот.

Закон Оствальда: Константа ионизации (K _a ) для слабой кислоты с концентрацией (C) может быть определена из соотношения, K _a = α² × C, где α — степень ионизации.

Расчет концентрации ионов гидроксония слабых кислот

Когда слабая кислота, такая как уксусная кислота с концентрацией (C), диссоциирует в воде в соответствии с уравнением

СН ₃ СООН + Н ₂ О → СН ₃ СОО ^— + Н ₃ О ⁺

Константа диссоциации для такой реакции, K _a = 1,8 · 10 ^−5.

Из приведенного выше уравнения количество выделенного ацетат-иона (CH ₃ COO ^— ) равно количеству образовавшегося иона гидроксония (H ₃ O ⁺ ).

Поскольку кислота слабая, количество диссоциированной кислоты (α) невелико, и им можно пренебречь, поэтому концентрация уксусной кислоты в равновесии (C − α) равна исходной концентрации уксусной кислоты (C), следовательно.

[H ₃ O ⁺ ] = (C × K _a ) ^½

Слабые основания — это основания, которые частично диссоциируют в водных растворах, когда аммиак, слабое основание, растворяется в воде, происходит следующая равновесная реакция:

NH ₃ + H ₂ O → NH ₄⁺ + ОН ^—

Это уравнение показывает, что образуется один из ионов NH ₄⁺ и OH ^-. Поскольку константа диссоциации аммиака мала, небольшая часть аммиака диссоциирует и при равновесии концентрация оставшегося аммиака [NH ₃ ] равна исходной концентрации. аммиака (C _b ).

[ OH ^— ] = (C _b × K _a ) ^½

Константа ионизации кислот (K _через ) указывает на их прочность, как степень ионизации кислоты прямо пропорциональна степени ионизации в соответствии с этим соотношением α² = K / C и держать K _с постоянной или потому , что сила кислоты прямо пропорциональна константе ионизации K _a .