Иначе протекает диссоциация полярных молекул, помещенных в воду. Молекулы воды, притянувшиеся к концам полярной молекулы, вызывают расхождение её полюсов – поляризуют молекулу растворившегося вещества. Такая поляризация в сочетании с колебательным тепловым движением атомов в рассматриваемой молекуле, а также с непрерывным тепловым движением окружающих её молекул Н2О приводит в конечном счёте к распаду полярной молекулы на ионы. Как и в случае растворения ионного кристалла, эти ионы гидратируются.»( Копылов А.С. и др. Водоподготовка в энергетике, стр.19-21).
Электролит может диссоциировать на ионы полностью и частично. Это зависит от вида электролита, его концентрации в растворе, а также от температуры раствора.
Одной из количественных характеристик неполной электролитической диссоциации наряду с константой диссоциации является степень диссоциации.
Константа диссоциации – это величина , которая характеризует способность электролита диссоциировать на ионы.
Степень диссоциации — это степень распада молекул электролита на ионы в водном растворе, равная:
ά=Nдисс/N0
где Nдисс – это число продиссоциированных молекул, а N0 – это число молекул.
Для настоящих электролитов понятие о степени диссоциации в разбавленных растворах не существует, потому что эти электролиты не «поставляют» в раствор молекул.
«Степень диссоциации обычно определяется по данным измерения электропроводности растворов, которая прямо пропорциональна концентрации свободно движущихся ионов. При этом получается не истинные ά, кажущиеся значения, потому что ионы при движении к электродам сталкиваются и частично уменьшают свою подвижность, особенно при высокой концентрации раствора» ( W. Schröter, Chemie, 1989, S. 171)
1.4. Классификация электролитов.
Все электролиты различаются на настоящие и потенциальные.
Настоящие электролиты находятся в виде ионов, еще до того как они будут расплавлены или переведены в раствор. ( W. Schröter, Chemie, 1989, S. 168)
К ним относятся все типичные соли, которые в твердом состоянии образуют твердую кристаллическую решетку ( например, вещества, формулы которых NaNO3; K2SO4; CaCl2 …).
Потенциальные электролиты образуют ионы при переходе вещества в раствор или расплав. ( W. Schröter, Chemie, 1989, S. 168)
К потенциальным электролитам относятся вещества, состоящие из молекул с сильно полярными ковалентными связями.
Также электролиты бывают слабые и сильные. Сила электролитов в водном растворе определяется их степенью диссоциации.
Потенциальные электролиты, которые в разбавленном водном растворе диссоциируют полностью, называются сильными электролитами.
Истинные значения степени диссоциации этих электролитов равны 1, а кажущиеся значения ά изменяются в пределах от 50% до 100%. К сильным электролитам относят настоящие электролиты, а также HCl, HNO3, H2SO4 и т.д.
HCl + H2O → H3O + + Cl –
Потенциальные электролиты, которые в разбавленном водном растворе диссоциируют частично, называются слабыми электролитами.
То есть процесс диссоциации проходит обратимо: вещества распадаются на ионы (диссоциация) и одновременно объединяются в молекулы (ассоциация).
Значения степени диссоциации таких электролитов в растворе значительно меньше 1, или 100%. К слабым электролитам относят HCN, NH3· H2O, H2CO3, CH3COOH и т.д.
CH3COOH ↔ CH3COO -- + H +
Рассмотрим теперь в свете теории электролитической диссоциации свойства тех веществ — кислот, оснований и солей, которые являются электролитами в водных растворах.
1. Кислоты.
Как известно, для кислот характерны следующие свойства:
· кислый вкус
· способность изменять цвета многих индикаторов
· способность растворять некоторые металлы с выделением водорода
· способность взаимодействовать с основаниями с образованием солей
Все эти свойства кислот проявляются только в растворах, и притом исключительно в водных растворах. Но в водных растворах присутствуют только ионы, а это значит, что все свойства кислот принадлежат какому-то иону. У всех кислот общий только ион гидрооксония, следовательно, все свойства кислот, такие как кислый вкус и т.д. принадлежат иону водорода. Поэтому по теории электролитической диссоциации кислоты имеют ниже представленное определение.
«Кислоты – это электролиты, диссоциирующие в водных растворах с образованием водорода и не дающие никаких других положительно заряженных ионов» (Н.Л. Глинка, Общая химия,1956 г., стр. 274)
2. Основания.
Водные растворы оснований обладают следующими общими свойствами:
· своеобразным мыльным вкусом
· способность изменять цвета индикаторов иначе, чем их изменяют кислоты
· способность взаимодействовать с кислотами с образованием солей
Общим для всех оснований является ион гидроксила, следовательно, он и является носителем всех щелочных свойств, поэтому определение основание в теории электролитической диссоциации звучит так:
«Основания — это электролиты, диссоциириющие в водных растворах с отщеплением гидроксильных частиц» (Н.Л. Глинка, Общая химия,1956 г., стр. 276)
3. Соли.
«Соли – это электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют, отщепляя положительные ионы, отличные от ионов водорода, и отрицательные ионы, отличные от ионов гидроксила» (Н.Л. Глинка, Общая химия,1956 г., стр. 274)
У каждого электролита есть ещё одна характеристика – активность.
«Активностью называется эффективная концентрация в растворе, которая в результате взаимодействия ионов (электростатического притяжения и отталкивания) имеет меньшее значение, чем фактическая» (Л.С. Стерман и др., Физические и химические методы обработки воды на ТЭС, 1991г., стр. 21)
То есть, в растворах настоящих электролитов, построенных из ионов, электропроводность никогда не соответствует полной диссоциации, потому что при большом количестве катионов и анионов между ними возникает электростатическое напряжение, и кажущаяся концентрация ионов оказывается меньше их истинной.
Поэтому состав концентрированных растворов электролитов решили характеризовать не аналитической концентрацией электролита, а так называемой действующей, или активностью электролита.
1.5.Электропроводность .
Электропроводимость – это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток.
«Электрическая проводимость воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Минеральную часть воды составляют ионы Na+, K+, Ca2+ ,Mg2+, Cl-, SO42-, HCO3-. Этими ионами и обусловливается электропроводимость природных вод. Присутствие других ионов, например Fe3+, Fe2+, Mn2+,Al3+, NO3-, HPO42-, H2PO4-, не сильно влияет на электропроводимость, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах (например, нижевыпусков производственных или хозяйственно-бытовых сточных вод). По значениям электропроводимости можно приближенно судить о минерализации воды» ( Беликова С.Е., Водоподготовка, Справочник для профессионалов, 2007, стр.21)
А судят о минерализации так:
«В любом водном растворе всегда присутствуют оба вида ионов (Н+ и ОН--). Характер среды (кислая, щелочная, нейтральная) определяется их концентрациями, причем для выражения характера среды достаточно знать какую-либо одну из них. Чаще используют водородный показатель рН. Величина рН в природной воде целиком определяется характером и концентрацией примесей в ней. Те примеси, которые представлены в воде сильными электролитами, полностью диссоциированы и находятся в ионной форме, у слабых электролитов только часть молекул диссоциирует и соотношение между ионами и молекулами определяется константой диссоциации. » (Л.С. Стерман и др., Физические и химические методы обработки воды на ТЭС, 1991г., стр. 21)
Существуют разные виды электропроводности:
· ионная
· дырочная
· электролитическая
и т.д.
Ионная электропроводность, электропроводность, обусловленная упорядоченным передвижением в веществе ионов.
Дырочная электропроводность - электропроводность полупроводника или кристаллического диэлектрика, обусловленная перемещением электронных или ионных дырок (дырка – не занятое электроном энергетическое состояние) проводимости под действием внешнего электрического поля.
Электролитическая электропроводность – это способность жидкости передавать электрический ток.
Существует также прыжковая электропроводность. Механизм прыжковой электропроводности состоит том, что электрон «перепрыгивает» с одного донора на другой, который не имел до этого электрона.
Теперь поговорим об удельной электрической проводимости.
Удельная проводимость — мера способности вещества проводить электрический ток.
«Удельная электрическая проводимость растворов, характеризуемая электрической проводимостью 1 см3 жидкости с размером граней 1 см и выражаемая в См/см, является важным показателем качества природной воды и обработанной воды. Удельная проводимость воды, не содержащей примесей, при 25 оС составляет 0,063 мкСм/см.. Удельная проводимость воды используется для измерения общего количества растворенных твердых веществ.
Удельная проводимость водных растворов, т.е. проводников второго рода, зависит от температуры, концентрации типа электролита, степени его диссоциации и скорости движения ионов и измеряется методами кондуктомитрии» (Громогласов А.А. и др., Водоподготовка: процессы и аппараты, стр. 23.) .