Teoria dysocjacji, opisana przez Svantego Arrheniusa, pozwoliła wyjaśnić wiele zjawisk chemicznych i fizycznych. W otrzymał Nagrodę Nobla za doniosłość swego odkrycia. Zbadajmy zatem, czy roztwory kwasów przewodzą prąd elektryczny i jaki ma to związek z ich budową.
R199vBKo7oNER
Zdjęcie przedstawia samochodowy akumulator ołowiowy pokazany z przodu i z góry. Obudowa jest szara, a pokrywa niebieska z żółtą rączką. Posiada on dwie grube metalowe elektrody po prawej i lewej stronie. Na etykiecie z przodu znajduje się nazwa marki i parametry: napięcie dwanaście woltów, pojemność czterdzieści amperogodzin.
Stosowany w zdecydowanej większości samochodów akumulator kwasowo–ołowiowy, zgodnie ze swoją nazwą, wykorzystuje w charakterze elektrolitu roztwór kwasu siarkowego() o stężeniu .
Źródło: Shaddack assumed (based on copyright claims), commons.wikimedia.org, domena publiczna.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
przebieg procesu dysocjacji elektrolitycznej;
zjawisko przewodzenia prądu elektrycznego przez wodne roztwory wodorotlenków;
sposoby zapisywania procesu dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenków oraz przedstawienie tego procesu za pomocą modeli.
Nauczysz się
badać przepływ prądu elektrycznego przez roztwory wodne kwasów;
zapisywać równania dysocjacji elektrolitycznej kwasów beztlenowych i tlenowych.
iRI899a7b1_d5e147
1. Badanie przewodnictwa prądu elektrycznego przez kwasy
1
Polecenie 1
Czy woda kranowa i woda destylowana przewodzą prąd elektryczny? Wykonaj doświadczenie, budując obwód elektryczny.
R5rH8iJaGtoSz
Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Zestaw do badania przewodnictwa elektrycznego składa się ze źródła prądu stałego (np. baterii), źródła światła (żarówki lub diody LED), elektrod węglowych i przewodów elektrycznych. Do elektrod węglowych podłącz przewody, a następnie do jednego z nich podłącz źródło światła. Następnie końce przewodów podłącz do baterii, a elektrody węglowe wprowadź do zlewki z wodą z kranu, jak na poniższym rysunku. Podobnie postąp w przypadku zlewki z wodą destylowaną.
Rdxx9x7KeYbWe
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Woda kranowa przewodzi prąd elektryczny, ponieważ zawiera rozpuszczone substancje, z których większość rozpada się na jony. Jony zawarte w wodzie stają się nośnikami prądu. Woda destylowana, a więc pozbawiona jonów, nie przewodzi prądu elektrycznego.
1
Polecenie 1
Opisz przebieg doświadczenia z wykorzystaniem obwodu elektrycznego, który należałoby przeprowadzić w celu zbadania, czy woda kranowa przewodzi prąd elektryczny.
R13BRcEWBcMXq
Odpowiedź: (Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Zacznij od opisu budowy obwodu elektrycznego.
Należy zbudować zestaw do badania przewodnictwa elektrycznego, który składa się ze źródła prądu stałego (np. baterii), żarówki (lub diody LED), elektrod węglowych i przewodów elektrycznych. Do elektrod węglowych należy podłączyć przewody oraz diodę LED. Następnie całość podłączyć do baterii i wprowadzić do zlewki z wodą z kranu.
Polecenie 2
Zbadaj przewodzenie prądu elektrycznego przez wodę i roztwory wodne , i . Wstaw końcówki elektrod do przygotowanych roztworów, zamykając w ten sposób obwód elektryczny. Obserwuj, w których roztworach zaświeci się dioda LED.
RJhTVvajHPNnr
Aplikacja interaktywna ilustrująca zdolność kwasów do przewodzenia prądu elektrycznego. Po lewej stronie okna znajduje się rysunek obwodu składającego się z baterii płaskiej oraz diody świecącej. Dodatni biegun baterii połączony jest z lewą nóżką diody przewodami z zaciskami na końcach, tak zwanymi krokodylkami. Od ujemnego bieguna baterii oraz prawej nóżki diody odchodzą kolejne dwa przewody, których przeciwległe końce zbliżają się do siebie w centralnej części okna aplikacji, ale się nie stykają. Po prawej stronie znajdują się cztery symbolicznie przedstawione zlewki oznaczone symbolami znajdujących się wewnątrz nich substancji: , HCl, oraz . Kliknięcie i przeciągnięcie którejś zlewki w obszar pomiędzy wolnymi końcami przewodów powoduje włączenie jej do obwodu. Jeżeli dokona się tego ze zlewką oznaczoną wzorem wody, to reakcji nie będzie. W przypadku kwasu solnego, siarkowego i azotowego efektem będzie zaświecenie się diody.
Aplikacja interaktywna ilustrująca zdolność kwasów do przewodzenia prądu elektrycznego. Po lewej stronie okna znajduje się rysunek obwodu składającego się z baterii płaskiej oraz diody świecącej. Dodatni biegun baterii połączony jest z lewą nóżką diody przewodami z zaciskami na końcach, tak zwanymi krokodylkami. Od ujemnego bieguna baterii oraz prawej nóżki diody odchodzą kolejne dwa przewody, których przeciwległe końce zbliżają się do siebie w centralnej części okna aplikacji, ale się nie stykają. Po prawej stronie znajdują się cztery symbolicznie przedstawione zlewki oznaczone symbolami znajdujących się wewnątrz nich substancji: , HCl, oraz . Kliknięcie i przeciągnięcie którejś zlewki w obszar pomiędzy wolnymi końcami przewodów powoduje włączenie jej do obwodu. Jeżeli dokona się tego ze zlewką oznaczoną wzorem wody, to reakcji nie będzie. W przypadku kwasu solnego, siarkowego i azotowego efektem będzie zaświecenie się diody.
Badanie przewodnictwa prądu elektrycznego w wodzie destylowanej i wodnych roztworach , i
Źródło: Tomorrow Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Podsumowanie doświadczenia (symulacji)
Woda destylowana nie przewodzi prądu. Przez pozostałe roztwory przepływa prąd elektryczny, o czym świadczy świecenie diody LED. Roztwory wodne kwasów przewodzą prąd elektryczny – znajdują się w nich jony, które są nośnikami ładunku elektrycznego.
Cząsteczki wody są zdysocjowane w znikomej ilości, przez co możemy traktować wodę jako nieelektrolitnieelektrolitnieelektrolit. KwasykwasyKwasy przedstawione w symulacji są elektrolitamielektrolitelektrolitami i przewodzą prąd elektryczny.
iRI899a7b1_d5e268
2. Dysocjacja elektrolityczna kwasów beztlenowych
Dysocjacja elektrolityczna chlorowodoru
W jaki sposób przebiega dysocjacja elektrolitycznadysocjacja elektrolitycznadysocjacja elektrolityczna chlorowodoru? Obejrzyj film, a następnie rozwiąż zadanie zamieszczone w Poleceniu .
R5X1cEGlbJ8XS
Film pod tytułem Dysocjacja chlorowodoru
Film pod tytułem Dysocjacja chlorowodoru
Film Dysocjacja chlorowodoru
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Film pod tytułem Dysocjacja chlorowodoru
Niektóre cząsteczki, takie jak chlorowodór, ulegają w wodzie praktycznie całkowitej dysocjacji elektrolitycznej. Oznacza to, że w utworzonym roztworze kwasu chlorowodorowego nie występują cząsteczki , lecz jedynie jony. Takie elektrolity nazywamy mocnymi. Strzałka wskazuje na to, że proces dysocjacji przebiega jednokierunkowo. Należy przy tym pamiętać, że jon (kation wodoru) nie występuje samodzielnie w roztworze wodnym. W obecności cząsteczek , łączy się z nimi, tworząc jon hydroniowyjon hydroniowyjon hydroniowy (najprostszy jon oksoniowy) o wzorze . Dlatego równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej chlorowodoru ma następującą postać:
RaHh93SA6CCVM
Równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej kwasu chlorowodorowego. Atom połączony wiązaniem pojedynczym z atomem z podpisem "kwas chlorowodorowy", następnie widzimy znak plus a po nim atom połączony dwoma wiązaniami z atomami . Obok znajduje się strzałka wskazująca w prawą stronę, a za nią jon z podpisem "anion chlorkowy", znak plus oraz jon zbudowany z jednego atomu , od którego odchodzą trzy wiązania do trzech atomów , a całość oznaczona jest symbolem plus. Pod jonem znajduje się podpis "kation oksoniowy".
Równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej kwasu chlorowodorowego przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Często stosuje się jednak zapis uproszczony, w którym powstają kationy wodoru i aniony chlorkowe, zgodnie z następującym równaniem:
Polecenie 3
Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. W wiązaniach kowalencyjnych spolaryzowanych, między atomem tlenu a atomem wodoru wiążąca para elektronowa jest przesunięta w stronę atomu tlenu. Zatem wokół atomów wodoru i tlenu gromadzą się cząstkowe ładunki. Wokół atomu wodoru – cząstkowy ładunek dodatni, a wokół atomu tlenu – cząstkowy ładunek ujemny. Taką cząsteczkę, w której po jednej stronie gromadzi się ładunek dodatni, a po drugiej ujemny, nazywamy dipolem elektrycznym. Tej właściwości woda zawdzięcza zdolność do rozpuszczania innych substancji, których cząsteczki również są dipolami.
RfKSOjyAeCUBo
Uzupełnij poniższy tekst, wybierając odpowiednie słowa spośród podanych. Podczas rozpuszczania cząsteczek chlorowodoru w wodzie, następuje orientowanie się 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru cząsteczek wody wokół atomów wodoru cząsteczek chlorowodoru. Jednocześnie wokół 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru gromadzą się cząsteczki wody zorientowane biegunem dodatnim. Dochodzi wówczas do rozerwania wiązania 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru pomiędzy atomem wodoru a atomem chloru i powstania odpowiednich 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru: kationów oksoniowych i 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru.
Uzupełnij poniższy tekst, wybierając odpowiednie słowa spośród podanych. Podczas rozpuszczania cząsteczek chlorowodoru w wodzie, następuje orientowanie się 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru cząsteczek wody wokół atomów wodoru cząsteczek chlorowodoru. Jednocześnie wokół 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru gromadzą się cząsteczki wody zorientowane biegunem dodatnim. Dochodzi wówczas do rozerwania wiązania 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru pomiędzy atomem wodoru a atomem chloru i powstania odpowiednich 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru: kationów oksoniowych i 1. jonów, 2. biegunów ujemnych, 3. biegunów dodatnich, 4. kowalencyjnego niespolaryzowane, 5. kowalencyjnego spolaryzowanego, 6. anionów chlorkowych, 7. atomów chloru.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
W jaki sposób przebiega dysocjacja elektrolityczna siarkowodoru?
Cząsteczka siarkowodoru należy do słabych elektrolitów. Oznacza to, że w wodnym roztworze, obok jonów, występują również niezdysocjowane cząsteczki . W przypadku słabych wieloprotonowych elektrolitów, dochodzi do wielostopniowej dysocjacji elektrolitycznej.
W pierwszym etapie dysocjacji następuje oderwanie kationu wodoru od cząsteczki siarkowodoru. Powstaje zatem anion wodorosiarczkowy o wzorze . Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody, tworząc kation oksoniowy (kation hydroniowy).
R106shtOz8JLw
Grafika przedstawia równanie reakcji dysocjacji siarkowodoru. Atom , połączony dwoma kreskami z dwoma atomami , z podpisem "siarkowodór". Następnie znak plus i atom połączony dwoma kreskami z dwoma atomami . Obok znajdują się dwie poziome strzałki, jedna nad drugą, wskazujące w przeciwne strony – jedna w prawo, a druga w lewo. Za nimi atom połączony kreską z atomem z symbolem minus w indeksie górnym, jon jest podpisany "anion wodorosiarczkowy". Dalej po prawej znajduje się znak plus, a za nim atom połączony trzema kreskami z trzema atomami , a cały jon oznaczony jest symbolem plus nad atomem . Jon ma podpis "kation oksoniowy".
Równanie reakcji dysocjacji siarkowodoru przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
W drugim etapie dysocjacji następuje oderwanie kationu wodoru od anionu wodorosiarczkowego. Powstaje zatem anion siarczkowy o wzorze . Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody tworząc jon oksoniowy (kation hydroniowy).
RZf47FvD6ZcIM
Grafika przedstawia równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej anionu wodorosiarczkowego przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych. Atom połączony wiązaniem pojedynczym z atomem z symbolem minus w indeksie górnym, podpisany "anion wodorosiarczkowy". Dalej plus i atom połączony dwoma wiązaniami pojedynczymi z dwoma atomami . Obok znajdują się dwie poziome strzałki, jedna nad drugą, wskazujące w przeciwne strony – jedna w prawo, a druga w lewo, oznaczające, że reakcja zachodzi w dwie strony. Za strzałkami znajduje się atom z dwa minus w indeksie górnym, podpisany "anion siarczkowy". Dalej widać plus i atom z indeksem górnym plus, połączony trzema wiązaniami pojedynczymi z trzema atomami , podpisany "kation oksoniowy".
Równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej anionu wodorosiarczkowego przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Dysocjacja elektrolityczna słabych elektrolitów jest procesem odwracalnym – cząsteczki rozpadają się na jony, które mogą się ponownie łączyć, tworząc cząsteczki. W roztworze wodnym powstałym poprzez rozpuszczenie w wodzie siarkowodoru występują więc jony , , , a także niezdysocjowane cząsteczki (i ).
W przypadku takich kwasów, w równaniach reakcji dysocjacji elektrolitycznej stosuje się dwie strzałki skierowane w przeciwne strony.
Możemy również spotkać się z uproszczonym zapisem powyższych równań reakcji, w którym uwzględnia się kationy wodoru.
Pierwszy etap dysocjacji elektrolitycznej:
Drugi etap dysocjacji elektrolitycznej:
Które kwasy beztlenowe należą do mocnych, a które do słabych elektrolitów?
Kwasy beztlenowe
Mocne (dysocjują praktycznie całkowicie)
Słabe (ulegają częściowej dysocjacji)
iRI899a7b1_d5e317
3. Dysocjacja elektrolityczna kwasów tlenowych
1
Polecenie 4
Wykonaj z plasteliny, patyczków lub za pomocą programu graficznego uproszczone modele, które przedstawiają cząsteczki kwasu azotowego i kwasu siarkowego. W obu policz liczbę atomów wodoru, zdolnych do dysocjacji. W ilu etapach będzie zachodził proces dysocjacji elektrolitycznej kwasu azotowego, a w ilu kwasu siarkowego?
RufUH4BmG35qz
Odpowiedź: (Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Liczba etapów dysocjacji zależy od liczby atomów wodoru w cząsteczce.
W cząsteczce kwasu azotowego obecny jest jeden atom wodoru, więc ulega on jednostopniowej dysocjacji elektrolitycznej.
RKDBH8nP52YKP
Model kwasu azotowego()
Źródło: Ben Mills, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
W cząsteczce kwasu siarkowego obecne są dwa atomy wodoru, więc ulega on dwustopniowej dysocjacji elektrolitycznej.
R2Gv5jdEFNPgu
Model kwasu siarkowego()
Źródło: Ben Mills, Jynto, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 4
R7bEeUswwAXpJ
Uzupełnij luki w poniższych zdaniach, wybierając spośród podanych wyrażeń.
Uzupełnij luki w poniższych zdaniach, wybierając spośród podanych wyrażeń.
W jaki sposób dysocjuje kwas azotowy?
Kwas azotowy ulega w wodzie praktycznie całkowitej dysocjacji. Oznacza to, że w utworzonym roztworze występują przede wszystkim jony. Kwas azotowy jest zatem mocnym elektrolitem. Podobnie jak w przypadku kwasów beztlenowych, należy pamiętać, że jon (kation wodoru) nie występuje samodzielnie w roztworze wodnym. W obecności cząsteczek , łączy się z nimi, tworząc jon hydroniowy (najprostrzy jon oksoniowy) o wzorze . Dlatego równanie procesu dysocjacji zapisujemy następująco:
R1XUNHEYz2Xxz
Grafika przedstawia równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej kwasu azotowego pięć przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych. Dwa atomy O połączone wiązaniami podwójnymi z jednym atomem N, połączonym wiązaniem pojedynczym z atomem O, który jest połączony wiązaniem pojedynczym z atomem H. Całość podpisana "kwas azotowy(pięć)". Dalej plus i atom O połączony dwoma wiązaniami pojedynczymi z dwoma atomami H. Strzałka wskazująca w prawą stronę. Dwa atomy O połączone wiązaniami podwójnymi z jednym atomem N, połączonym wiązaniem pojedynczym z jednym atomem O z indeksem górnym minus. Całość podpisana "anion azotanowy(pięć). Dalej znak plus i atom O z plusem w indeksie górnym, połączony trzema wiązaniami pojedynczymi z trzema atomami H. Jon podpisany "kation oksoniowy".
Równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej kwasu azotowego() przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Często stosuje się jednak zapis uproszczony, w którym powstają kationy wodoru i aniony azotanowe, zgodnie z następującym równaniem:
W jaki sposób dysocjuje kwas siarkowy()?
Kwas siarkowy() jest kwasem dwuprotonowym. Oznacza to, że posiada dwa atomy wodoru, zdolne do odszczepienia w procesie dysocjacji, czyli taki proces zachodzi w dwóch etapach. Kwas siarkowy() należy do mocnych elektrolitów, dlatego w roztworze wodnym obecne będą tylko jony, nie zaś cząsteczki . Pierwszy etap dysocjacji elektrolitycznej zapisujemy ze strzałką w jedną stronę, z kolei drugi etap ze strzałkami w obie strony.
W pierwszym etapie dysocjacji następuje oderwanie kationu wodoru od cząsteczki kwasu siarkowego(). Powstaje zatem anion wodorosiarczanowy() o wzorze . Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody tworząc jon oksoniowy o wzorze .
RzIGfK4H0UFSo
Grafika przedstawia równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej kwasu siarkowego sześć przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych. Dwa atomy O, połączone wiązaniami podwójnymi z jednym atomem S, połączonym dwoma wiązaniami pojedynczymi z dwoma kolejnymi atomami O, z których każdy jest połączony wiązaniem pojedynczym z atomem H. Całość podpisana "kwas siarkowy(sześć). Dalej znak plus i atom O połączony dwoma wiązaniami pojedynczymi z dwoma atomami H. Strzałka wskazująca w prawą stronę. Za strzałką dwa atomy O połączone wiązaniami podwójnymi z jednym atomem S, który jest połączony dwoma wiązaniami pojedynczymi z dwoma kolejnymi atomami O, z których górny ma indeks górny minus, a dolny jest połączony wiązaniem pojedynczym z atomem H. Całość podpisana "anion wodorosiarczanowy(sześć). Dalej znak plus i atom O z indeksem górnym plus, połączony trzema wiązaniami pojedynczymi z trzema atomami H. Jon podpisany "kation oksoniowy".
Równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej kwasu siarkowego() przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Zwróć uwagę, że strzałka wskazuje, że dysocjacja w tym etapie zachodzi praktycznie całkowicie i nieodwracalnie.
W drugim etapie dysocjacji następuje oderwanie kationu wodoru od anionu wodorosiarczanowego(). Powstaje dzięki temu anion siarczanowy() o wzorze . Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody, dając tym samym jon oksoniowy .
R1GP2Gz95CF8e
Grafika przedstawia równanie reakcji dysocjacji anionu wodorosiarczanowego przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych. Dwa atomy O połączone wiązaniami podwójnymi z jednym atomem S, połączonym dwoma wiązaniami pojedynczymi z dwoma kolejnymi atomami O, z których górny ma indeks górny minus, a dolny jest połączony wiązaniem pojedynczym z atomem H. Całość jest podpisana "anion wodorosiarczanowy(sześć). Dalej znak plus i atom O połączony dwoma wiązaniami pojedynczymi z dwoma atomami H. Obok znajdują się dwie poziome strzałki, jedna nad drugą, wskazujące w przeciwne strony – jedna w prawo, a druga w lewo, oznaczające, że reakcja zachodzi w dwie strony. Za strzałkami dwa atomy O, połączone dwoma wiązaniami podwójnymi z jednym atomem S, który jest połączony dwoma wiązaniami pojedynczymi z dwoma kolejnymi atomami O, z których każdy posiada indeks górny minus. Jon podpisany "anion siarczanowy(sześć). Dalej znak plus i atom O z indeksem górnym plus, połączony trzema wiązaniami pojedynczymi z trzema atomami H. Całość podpisana "kation oksoniowy".
Równanie reakcji dysocjacji anionu wodorosiarczanowego() przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ponieważ kwas siarkowy jest mocnym elektrolitem, to ulega całkowitej dysocjacji elektrolitycznej i w równaniu pierwszego jej etapu zapisujemy strzałkę skierowaną w jedną stronę. Oznacza to, że w roztworze kwasu siarkowego nie ma cząsteczek tego kwasu. Jednak powstające w pierwszym etapie aniony wodorosiarczanowe nie ulegają już całkowitej dysocjacji elektrolitycznej. Dlatego też w równaniu drugiego etapu dysocjacji zapisujemy strzałki w dwie strony, które wskazują na to, że w roztworze będą obecne zarówno wspomniane jony wodorosiarczanowe jak i jony siarczanowe.
Możemy również spotkać się z uproszczonym zapisem powyższych równań reakcji, gdzie uwzględnia się kationy wodoru.
Pierwszy etap dysocjacji elektrolitycznej:
Drugi etap dysocjacji elektrolitycznej:
Kwasy tlenowe dysocjują na jony oksoniowe (jony dodatnie) i aniony reszty kwasowej (jony ujemne), podobnie jak kwasy beztlenowe. Jeśli zachodzi taka konieczność, w nazwie anionu podajemy wartościowość niemetalu, charakterystyczną dla danego kwasu. Przeanalizuj zatem poniższą tabelę, a następnie wykonaj ćwiczenie.
Kwas
Anion kwasu
węglowy
anion wodorowęglanowy
anion węglanowy
siarkowy()
anion wodorosiarczanowy()
anion siarczanowy()
siarkowy()
anion wodorosiarczanowy()
anion siarczanowy()
fosforowy()
anion diwodorofosforanowy()
anion wodorofosforanowy()
anion fosforanowy()
1
Polecenie 5
ROpCqknY4Gk7l
Uzupełnij równania reakcji dysocjacji wielostopniowej kwasu fosforowego, wybierając odpowiednie wzory związków chemicznych lub jonów spośród podanych. 1. , 2. , 3. , 4. , 5. 1. , 2. , 3. , 4. , 5.
1. , 2. , 3. , 4. , 5.
1. , 2. , 3. , 4. , 5. 1. , 2. , 3. , 4. , 5.
Uzupełnij równania reakcji dysocjacji wielostopniowej kwasu fosforowego, wybierając odpowiednie wzory związków chemicznych lub jonów spośród podanych. 1. , 2. , 3. , 4. , 5. 1. , 2. , 3. , 4. , 5.
1. , 2. , 3. , 4. , 5.
1. , 2. , 3. , 4. , 5. 1. , 2. , 3. , 4. , 5.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
W roztworze wodnym powstałym poprzez rozpuszczenie w wodzie kwasu fosforowego() występują zatem jony , , , niezdysocjowane cząsteczki (i ), a także jony hydroniowe. Dysocjacja elektrolityczna kwasu fosforowego() jest procesem odwracalnym.
Które kwasy tlenowe należą do mocnych, a które do słabych elektrolitów?
Do porównywania mocy kwasów często stosuje się wielkość nazywaną stałą dysocjacji. Wielkość ta określana jest dla każdego etapu dysocjacji. Im większa jest jej wartość, tym mocniejszy jest kwas, a co za tym idzie w roztworze wodnym więcej jest jonów powstałych z jego dysocjacji. W poniższej tabeli uszeregowano wybrane kwasy tlenowe według malejącej mocy i podzielono je na kwasy mocne i słabe.
Podział kwasów ze względu na moc
Wzór sumaryczny kwasu
Stała dysocjacji kwasu ()
Kwasy mocne
(mocny tylko w pierwszym etapie dysocjacji)
()
Kwasy słabe
Jak możesz zauważyć, kwasy mocne, to takie których stała dysocjacji jest wyższa niż .
Dla zainteresowanych
Polecenie 6
W poniższej tabeli zestawiono wartości stałej dysocjacji dla pierwszych etapów dysocjacji wybranych kwasów nieorganicznych. Zapoznaj się z informacjami zawartymi w tabeli, a następnie wykonaj polecenie.
Moc wybranych kwasów nieorganicznych
Wzór sumaryczny kwasu
Stała dysocjacji ()
R1RbcwfexoYS0
Korzystając z nazw systematycznych, uporządkuj poniższe kwasy nieorganiczne wraz z rosnącą ich mocą. Na górze powinien znaleźć się kwas najsłabszy. Elementy do uszeregowania: 1. kwas arsenowy, 2. kwas siarkowodorowy, 3. kwas azotowy
Korzystając z nazw systematycznych, uporządkuj poniższe kwasy nieorganiczne wraz z rosnącą ich mocą. Na górze powinien znaleźć się kwas najsłabszy. Elementy do uszeregowania: 1. kwas arsenowy, 2. kwas siarkowodorowy, 3. kwas azotowy
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
iRI899a7b1_d5e421
Podsumowanie
Wodne roztwory kwasów przewodzą prąd elektryczny, ponieważ są w nich obecne jony oksoniowe (kationy hydroniowe) i aniony reszt kwasowych.
Jon oksoniowy ma zawsze ładunek jednododatni.
Nie wszystkie elektrolity w jednakowym stopniu rozpadają się na jony.
Mocne kwasy, takie jak kwasy chlorowodorowy czy kwas azotowy(), są całkowicie zdysocjowane.
W roztworach słabych kwasów, takich jak kwas siarkowodorowy czy kwas węglowy, znajdują się także cząsteczki niezdysocjowane.
Kwasy wieloprotonowe dysocjują wielostopniowo.
Praca domowa
1
Polecenie 7.1
Opracuj w odpowiednim programie prezentację, która ilustruje proces dysocjacji elektrolitycznej kwasu siarkowego(), a następnie przedstaw ją nauczycielowi.
Opisz proces dysocjacji elektrolitycznej kwasu siarkowego().
R1Oz0Na0cg0hQ
Odpowiedź: (Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Pamiętaj, że kwas siarkowy() jest kwasem dwuprotonowym. Zatem zachodzi dwustopniowa dysocjacja.
1
Polecenie 7.2
Nagraj film z komentarzem, który wyjaśnia, na czym polega proces dysocjacji elektrolitycznej kwasów.
Wyjaśnij, na czym polega proces dysocjacji elektrolitycznej kwasów.
RTZOheriShFJT
Odpowiedź: (Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Pamiętaj, że podczas tego procesu związek chemiczny rozpada się na jony.
iRI899a7b1_d5e480
Słownik
dysocjacja elektrolityczna
dysocjacja elektrolityczna
rozkład cząsteczek substancji na jony (kationy i aniony) pod wpływem rozpuszczalnika, np. wody
elektrolit
elektrolit
substancja, której wodny roztwór przewodzi prąd elektryczny
jon hydroniowy
jon hydroniowy
; występujący w roztworach wodnych jednododatni jon, będący hydratowanym protonem
kwasy
kwasy
(wg teorii Arrheniusa) związki, które pod wpływem wody ulegają dysocjacji na kationy wodoru i aniony reszty kwasowej
nieelektrolit
nieelektrolit
substancja, której wodny roztwór nie przewodzi prądu elektrycznego
iRI899a7b1_d5e522
Ćwiczenia
Pokaż ćwiczenia:
1
Ćwiczenie 1
RcMqF7PTuayQ91
Wybierz poprawne dokończenie poniższego zdania.
Kwasy pod wpływem wody dysocjują na: Możliwe odpowiedzi: 1. kationy hydroniowe i aniony reszty kwasowej., 2. kationy wodoru i aniony wodorotlenkowe., 3. kationy wodoru i kationy metalu., 4. kationy niemetalu i aniony wodorotlenkowe., 5. kationy metalu i aniony wodorotlenkowe.
Zaznacz poprawną odpowiedź. Kwasy pod wpływem wody dysocjują na
kationy wodoru i aniony reszty kwasowej.
kationy wodoru i aniony wodorotlenkowe.
kationy wodoru i kationy metalu.
kationy niemetalu i aniony wodorotlenkowe.
kationy metalu i aniony wodorotlenkowe.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RY73UeC13GnYe1
Ćwiczenie 3
Uzupełnij poniższą grafikę, która przedstawia otaczanie jonów, powstałych w wyniku dysocjacji kwasu bromowodorowego przez cząsteczki wody. Wstaw wzory jonów w odpowiednie miejsca na ilustracji.
Uzupełnij poniższą grafikę, która przedstawia otaczanie jonów, powstałych w wyniku dysocjacji kwasu bromowodorowego przez cząsteczki wody. Wstaw wzory jonów w odpowiednie miejsca na ilustracji.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
R1YTB7VI0meJt1
Ćwiczenie 3
Uzupełnij luki w poniższym tekście odpowiednimi wyrażeniami. Podczas rozpuszczania cząsteczek kwasu siarkowego() w wodzie, następuje orientowanie się 1. biegunem dodatnim, 2. anionów siarkowych(), 3. biegunów ujemnych, 4. kationów siarkowych() cząsteczek wody wokół kationów wodoru, a jednocześnie wokół 1. biegunem dodatnim, 2. anionów siarkowych(), 3. biegunów ujemnych, 4. kationów siarkowych() gromadzą się cząsteczki wody zorientowane 1. biegunem dodatnim, 2. anionów siarkowych(), 3. biegunów ujemnych, 4. kationów siarkowych().
Uzupełnij luki w poniższym tekście odpowiednimi wyrażeniami. Podczas rozpuszczania cząsteczek kwasu siarkowego() w wodzie, następuje orientowanie się 1. biegunem dodatnim, 2. anionów siarkowych(), 3. biegunów ujemnych, 4. kationów siarkowych() cząsteczek wody wokół kationów wodoru, a jednocześnie wokół 1. biegunem dodatnim, 2. anionów siarkowych(), 3. biegunów ujemnych, 4. kationów siarkowych() gromadzą się cząsteczki wody zorientowane 1. biegunem dodatnim, 2. anionów siarkowych(), 3. biegunów ujemnych, 4. kationów siarkowych().
Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 4
RSsFenK8TMmvS1
Dokończ zdania, wybierając odpowiednie elementy z listy. Związki chemiczne, które pod wpływem wody ulegają dysocjacji elektrolitycznej, nazywamy 1. ujemnym, 2. elektrolitami, 3. dodatnim, 4. przewodnikami, 5. nieelektrolitami, 6. rozpuszczalnikami, 7. obojętnym, 8. anionami, 9. dodatnim, 10. jonami, 11. kationami, 12. ujemnym.
W procesie dysocjacji elektrolitycznej związki chemiczne rozpadają się na kationy (jony obdarzone ładunkiem 1. ujemnym, 2. elektrolitami, 3. dodatnim, 4. przewodnikami, 5. nieelektrolitami, 6. rozpuszczalnikami, 7. obojętnym, 8. anionami, 9. dodatnim, 10. jonami, 11. kationami, 12. ujemnym ) i aniony (jony obdarzone ładunkiem 1. ujemnym, 2. elektrolitami, 3. dodatnim, 4. przewodnikami, 5. nieelektrolitami, 6. rozpuszczalnikami, 7. obojętnym, 8. anionami, 9. dodatnim, 10. jonami, 11. kationami, 12. ujemnym ).
Dokończ zdania, wybierając odpowiednie elementy z listy. Związki chemiczne, które pod wpływem wody ulegają dysocjacji elektrolitycznej, nazywamy 1. ujemnym, 2. elektrolitami, 3. dodatnim, 4. przewodnikami, 5. nieelektrolitami, 6. rozpuszczalnikami, 7. obojętnym, 8. anionami, 9. dodatnim, 10. jonami, 11. kationami, 12. ujemnym.
W procesie dysocjacji elektrolitycznej związki chemiczne rozpadają się na kationy (jony obdarzone ładunkiem 1. ujemnym, 2. elektrolitami, 3. dodatnim, 4. przewodnikami, 5. nieelektrolitami, 6. rozpuszczalnikami, 7. obojętnym, 8. anionami, 9. dodatnim, 10. jonami, 11. kationami, 12. ujemnym ) i aniony (jony obdarzone ładunkiem 1. ujemnym, 2. elektrolitami, 3. dodatnim, 4. przewodnikami, 5. nieelektrolitami, 6. rozpuszczalnikami, 7. obojętnym, 8. anionami, 9. dodatnim, 10. jonami, 11. kationami, 12. ujemnym ).
Dokończ zdania, wybierając odpowiednie elementy z listy.
Związki chemiczne, które pod wpływem wody ulegają dysocjacji elektrolitycznej, nazywamy ...................................
W procesie dysocjacji elektrolitycznej związki chemiczne rozpadają się na jony: kationy (jony obdarzone ładunkiem .................................. ) i aniony (jony obdarzone ładunkiem .................................. ).
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
2
Ćwiczenie 5
Przeprowadzono badanie przewodnictwa elektrycznego, zgodnie z poniższym schematem.
RTMoV0qkMN9Ww
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Przy pomocy obwodu elektrycznego, przeprowadzono badanie przewodnictwa elektrycznego pięciu różnych substancji:
;
;
;
wody destylowanej;
wody kranowej.
Ru5XJYYOERGQ81
Wskaż, w przypadku której z probówek nie zaobserwowano zaświecenia się żarówki, po umieszczeniu w niej elektrody. Możliwe odpowiedzi: 1. w pierwszej, 2. w drugiej, 3. w trzeciej, 4. w czwartej, 5. w piątej
Który z podanych związków chemicznych nie przewodzi prądu elektrycznego?
Woda destylowana.
Zasada wapniowa.
Kwas solny.
Kwas siarkowy(VI).
Kwas siarkowy(IV).
Zasada sodowa.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
2
Ćwiczenie 6
RXWKSXrmvHhGP1
zadanie interaktywne
zadanie interaktywne
Uzupełnij ogólny zapis równań, przeciągając odpowiednie elementy w luki.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
21
Ćwiczenie 7
Kwas fosforowy() jest kwasem wieloprotonowym, dlatego ulega wielostopniowej dysocjacji elektrolitycznej. Poszczególne etapy tej dysocjacji w formie uproszczonej można opisać następującymi równaniami reakcji:
R1UINWnTHTJrI
.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
W każdym etapie dysocjacji elektrolitycznej oderwaniu ulega jeden kation wodoru. Pamiętaj, aby sumaryczny ładunek po lewej stronie równania reakcji równy był sumarycznemu ładunkowi po prawej stronie równania reakcji.
2
Ćwiczenie 7
Kwas fosforowy() jest kwasem wieloprotonowym, dlatego ulega wielostopniowej dysocjacji elektrolitycznej. Poszczególne etapy tej dysocjacji w formie uproszczonej można opisać następującymi równaniami reakcji:
R1NVRAy9rcvd2
Wybierz poprawnie zapisane równania wielostopniowej dysocjacji elektrolitycznej słabego kwasu węglowego o wzorze . Możliwe odpowiedzi: 1. , 2. , 3.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ćwiczenie 8
R18lICCOScJxW3
Below are the dissociation equations of selected acids. Put the ion names in the appropriate places.
Below are the dissociation equations of selected acids. Put the ion names in the appropriate places.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Glossary
chloride ion
chloride ion
R1bW41wnYoS96
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.