Teoria dysocjacji, opisana przez Svantego Arrheniusa, pozwoliła wyjaśnić wiele zjawisk chemicznych i fizycznych. W $1903 r .$ 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( $VI$ ) o stężeniu $35 %$ .
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;
wyjaśniać, dlaczego wodne roztwory kwasów przewodzą prąd elektryczny;
zapisywać równania dysocjacji elektrolitycznej kwasów beztlenowych i tlenowych.

iRI899a7b1_d5e147

1. Badanie przewodnictwa prądu elektrycznego przez kwasy

Polecenie 1

Czy woda kranowa i woda destylowana przewodzą prąd elektryczny? Wykonaj doświadczenie, budując obwód elektryczny.

R5rH8iJaGtoSz

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

Opisz przebieg doświadczenia z wykorzystaniem obwodu elektrycznego, który należałoby przeprowadzić w celu zbadania, czy woda kranowa przewodzi prąd elektryczny.

R13BRcEWBcMXq

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 2

Zbadaj przewodzenie prądu elektrycznego przez wodę i roztwory wodne $HCl$ , $H_{2} {SO}_{4}$ i ${HNO}_{3}$ . 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:

H_{2} O

, HCl,

H_{2} {SO}_{4}

oraz

{HNO}_{3}

. 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

HCl

H_{2} {SO}_{4}

{HNO}_{3}

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

$2.1 .$ Dysocjacja elektrolityczna chlorowodoru

W jaki sposób przebiega dysocjacja elektrolitycznadysocjacja elektrolitycznadysocjacja elektrolityczna chlorowodoru? Obejrzyj film, a następnie rozwiąż zadanie zamieszczone w Poleceniu $3$ .

R5X1cEGlbJ8XS

Film $pt .$ Dysocjacja chlorowodoru
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Niektóre cząsteczki, takie jak chlorowodór, ulegają w wodzie praktycznie całkowitej dysocjacji elektrolitycznej. Oznacza to, że w utworzonym roztworze kwasu chlorowodorowego nie występują cząsteczki $HCl$ , lecz jedynie jony. Takie elektrolity nazywamy mocnymi. Strzałka wskazuje na to, że proces dysocjacji przebiega jednokierunkowo. Należy przy tym pamiętać, że jon $H^{+}$ (kation wodoru) nie występuje samodzielnie w roztworze wodnym. W obecności cząsteczek $H_{2} O$ , łączy się z nimi, tworząc jon hydroniowyjon hydroniowyjon hydroniowy (najprostszy jon oksoniowy) o wzorze $H_{3} O^{+}$ . Dlatego równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej chlorowodoru ma następującą postać:

HCl + H_{2} O \to H_{3} O^{+} + {Cl}^{-}

RaHh93SA6CCVM

Równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej kwasu chlorowodorowego. Atom H połączony wiązaniem pojedynczym z atomem Cl z podpisem "kwas chlorowodorowy", następnie widzimy znak plus a po nim atom O połączony dwoma wiązaniami z atomami H. Obok znajduje się strzałka wskazująca w prawą stronę, a za nią jon Cl- z podpisem "anion chlorkowy", znak plus oraz jon zbudowany z jednego atomu O, od którego odchodzą trzy wiązania do trzech atomów H, 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:

HCl \overset{H_{2} O}{\to} H^{+} + {Cl}^{-}

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

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

$2.2 .$ 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 $H_{2} S$ . 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 ${HS}^{-}$ . Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody, tworząc kation oksoniowy (kation hydroniowy).

\underset{siarkowodór}{H_{2} S} + \underset{woda}{H_{2} O} ⇄ \underset{anion wodorosiarczkowy}{{HS}^{-}} + \underset{kation oksoniowy}{H_{3} O^{+}}

R106shtOz8JLw

Grafika przedstawia równanie reakcji dysocjacji siarkowodoru. Atom S, połączony dwoma kreskami z dwoma atomami H, z podpisem "siarkowodór". Następnie znak plus i atom O połączony dwoma kreskami z dwoma atomami O. Obok znajdują się dwie poziome strzałki, jedna nad drugą, wskazujące w przeciwne strony – jedna w prawo, a druga w lewo. Za nimi atom H połączony kreską z atomem s z symbolem minus w indeksie górnym, jon jest podpisany "anion wodorosiarczkowy". Dalej po prawej znajduje się znak plus, a za nim atom O połączony trzema kreskami z trzema atomami H, a cały jon oznaczony jest symbolem plus nad atomem O. 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 $S^{2 -}$ . Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody tworząc jon oksoniowy (kation hydroniowy).

\underset{anion wodorosiarczkowy}{{HS}^{-}} + \underset{woda}{H_{2} O} ⇄ \underset{anion siarczkowy}{S^{2-}} + \underset{kation oksoniowy}{H_{3} O^{+}}

RZf47FvD6ZcIM

Grafika przedstawia równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej anionu wodorosiarczkowego przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych. Atom H połączony wiązaniem pojedynczym z atomem S z symbolem minus w indeksie górnym, podpisany "anion wodorosiarczkowy". Dalej 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 znajduje się atom S z dwa minus w indeksie górnym, podpisany "anion siarczkowy". Dalej widać plus i atom O z indeksem górnym plus, połączony trzema wiązaniami pojedynczymi z trzema atomami H, 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 $H_{3} O^{+}$ , ${HS}^{-}$ , $S^{2 -}$ , a także niezdysocjowane cząsteczki $H_{2} S$
(i $H_{2} O$ ).

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:

H_{2} S \overset{H_{2} O}{⇄} {HS}^{-} + H^{+}

Drugi etap dysocjacji elektrolitycznej:

{HS}^{-} \overset{H_{2} O}{⇄} S^{2 -} + H^{+}

$2.3 .$ Które kwasy beztlenowe należą do mocnych, a które do słabych elektrolitów?

Kwasy beztlenowe
Mocne (dysocjują praktycznie całkowicie)	Słabe (ulegają częściowej dysocjacji)
$HI$	$HF$
$HBr$	$H_{2} S$
$HCl$

iRI899a7b1_d5e317

3. Dysocjacja elektrolityczna kwasów tlenowych

Polecenie 4

Wykonaj z plasteliny, patyczków lub za pomocą programu graficznego uproszczone modele, które przedstawiają cząsteczki kwasu azotowego $(V)$ i kwasu siarkowego $(VI)$ . W obu policz liczbę atomów wodoru, zdolnych do dysocjacji. W ilu etapach będzie zachodził proces dysocjacji elektrolitycznej kwasu azotowego $(V)$ , a w ilu kwasu siarkowego $(VI)$ ?

RufUH4BmG35qz

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W cząsteczce kwasu azotowego $(V)$ obecny jest jeden atom wodoru, więc ulega on jednostopniowej dysocjacji elektrolitycznej.

RKDBH8nP52YKP

Model kwasu azotowego( $V$ )
Źródło: Ben Mills, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

W cząsteczce kwasu siarkowego $(VI)$ obecne są dwa atomy wodoru, więc ulega on dwustopniowej dysocjacji elektrolitycznej.

R2Gv5jdEFNPgu

Model kwasu siarkowego( $VI$ )
Źródło: Ben Mills, Jynto, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 4

R7bEeUswwAXpJ

$3.1 .$ W jaki sposób dysocjuje kwas azotowy $(V)$ ?

Kwas azotowy $(V)$ ulega w wodzie praktycznie całkowitej dysocjacji. Oznacza to, że w utworzonym roztworze występują przede wszystkim jony. Kwas azotowy $(V)$ jest zatem mocnym elektrolitem. Podobnie jak w przypadku kwasów beztlenowych, należy pamiętać, że jon $H^{+}$ (kation wodoru) nie występuje samodzielnie w roztworze wodnym. W obecności cząsteczek $H_{2} O$ , łączy się z nimi, tworząc jon hydroniowy (najprostrzy jon oksoniowy) o wzorze $H_{3} O^{+}$ . Dlatego równanie procesu dysocjacji zapisujemy następująco:

\underset{kwas azotowy (V)}{{HNO}_{3}} + \underset{woda}{H_{2} O} \to \underset{anion azotanowy (V)}{{NO}_{3}^{-}} + \underset{kation oksoniowy}{H_{3} O^{+}}

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( $V$ ) 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 $(V)$ , zgodnie z następującym równaniem:

{HNO}_{3} \overset{H_{2} O}{\to} H^{+} + {NO}_{3}^{-}

$3.2 .$ W jaki sposób dysocjuje kwas
siarkowy( $VI$ )?

Kwas siarkowy( $VI$ ) 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( $VI$ ) należy do mocnych elektrolitów, dlatego w roztworze wodnym obecne będą tylko jony, nie zaś cząsteczki $H_{2} {SO}_{4}$ . 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( $VI$ ). Powstaje zatem anion wodorosiarczanowy( $VI$ ) o wzorze ${HSO}_{4}^{-}$ . Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody tworząc jon oksoniowy o wzorze $H_{3} O^{+}$ .

\underset{kwas siarkowy (VI)}{H_{2} {SO}_{4}} + \underset{woda}{H_{2} O} \to \underset{anion wodorosiarczanowy (VI)}{{HSO}_{4}^{-}} + \underset{kation oksoniowy}{H_{3} O^{+}}

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( $VI$ ) 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( $VI$ ). Powstaje dzięki temu anion siarczanowy( $VI$ ) o wzorze ${SO}_{4}^{2 -}$ . Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody, dając tym samym jon oksoniowy $(H_{3} O^{+})$ .

\underset{anion wodorosiarczanowy (VI)}{{HSO}_{4}^{-}} + \underset{woda}{H_{2} O} ⇄ \underset{anion siarczanowy (VI)}{{SO}_{4}^{2 -}} + \underset{kation oksoniowy}{H_{3} O^{+}}

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( $VI$ ) przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ponieważ kwas siarkowy $(VI)$ 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 $(VI)$ nie ma cząsteczek tego kwasu. Jednak powstające w pierwszym etapie aniony wodorosiarczanowe $(VI)$ 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 $(VI)$ jak i jony siarczanowe $(VI)$ .

Możemy również spotkać się z uproszczonym zapisem powyższych równań reakcji, gdzie uwzględnia się kationy wodoru.

Pierwszy etap dysocjacji elektrolitycznej:

H_{2} {SO}_{4} \overset{H_{2} O}{\to} H^{+} + {HSO}_{4}^{-}

Drugi etap dysocjacji elektrolitycznej:

{HSO}_{4}^{-} \overset{H_{2} O}{⇄} H^{+} + {SO}_{4}^{2 -}

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 $H_{2} {CO}_{3}$	anion wodorowęglanowy ${HCO}_{3}^{-}$
węglowy $H_{2} {CO}_{3}$	anion węglanowy ${CO}_{3}^{2 -}$
siarkowy( $IV$ ) $H_{2} {SO}_{3}$	anion wodorosiarczanowy( $IV$ ) ${HSO}_{3}^{-}$
siarkowy( $IV$ ) $H_{2} {SO}_{3}$	anion siarczanowy( $IV$ ) ${SO}_{3}^{2 -}$
siarkowy( $VI$ ) $H_{2} {SO}_{4}$	anion wodorosiarczanowy( $VI$ ) ${HSO}_{4}^{-}$
siarkowy( $VI$ ) $H_{2} {SO}_{4}$	anion siarczanowy( $VI$ ) ${SO}_{4}^{2 -}$
fosforowy( $V$ ) $H_{3} {PO}_{4}$	anion diwodorofosforanowy( $V$ ) $H_{2} {PO}_{4}^{-}$
	anion wodorofosforanowy( $V$ ) ${HPO}_{4}^{2 -}$
	anion fosforanowy( $V$ ) ${PO}_{4}^{3 -}$

Polecenie 5

ROpCqknY4Gk7l

Uzupełnij równania reakcji dysocjacji wielostopniowej kwasu fosforowego

(V)

, wybierając odpowiednie wzory związków chemicznych lub jonów spośród podanych. 1.

{PO}_{4}^{3 -}

, 2.

H_{3} {PO}_{4}

, 3.

H_{3} O^{+}

, 4.

{HPO}_{4}^{2 -}

, 5.

H_{2} O

+ H_{2} O ⇄

{PO}_{4}^{3 -}

, 2.

H_{3} {PO}_{4}

, 3.

H_{3} O^{+}

, 4.

{HPO}_{4}^{2 -}

, 5.

H_{2} O

+ H_{2} {PO}_{4}^{-}

H_{2} {PO}_{4}^{-} +

{PO}_{4}^{3 -}

, 2.

H_{3} {PO}_{4}

, 3.

H_{3} O^{+}

, 4.

{HPO}_{4}^{2 -}

, 5.

H_{2} O

⇄ H_{3} O^{+} + {HPO}_{4}^{2 -}

{PO}_{4}^{3 -}

, 2.

H_{3} {PO}_{4}

, 3.

H_{3} O^{+}

, 4.

{HPO}_{4}^{2 -}

, 5.

H_{2} O

+ H_{2} O ⇄

H_{3} O^{+}

+

{PO}_{4}^{3 -}

, 2.

H_{3} {PO}_{4}

, 3.

H_{3} O^{+}

, 4.

{HPO}_{4}^{2 -}

, 5.

H_{2} O

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W roztworze wodnym powstałym poprzez rozpuszczenie w wodzie kwasu fosforowego( $V$ ) występują zatem jony $H_{2} {PO}_{4}^{-}$ , ${HPO}_{4}^{2 -}$ , ${PO}_{4}^{3 -}$ , niezdysocjowane cząsteczki $H_{3} {PO}_{4}$ (i $H_{2} O$ ), a także jony hydroniowe. Dysocjacja elektrolityczna kwasu fosforowego( $V$ ) jest procesem odwracalnym.

$3.3 .$ 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 ( $T = 25 ° C$ )
Kwasy mocne
$H_{2} {SO}_{4}$ (mocny tylko w pierwszym etapie dysocjacji)	$K_{1} \approx 1000$ ( $K_{2} = 1,02 \cdot 10^{- 2}$ )
${HNO}_{3}$	$K \approx 25$
Kwasy słabe
$H_{2} {SO}_{3}$	$K_{1} = 1,41 \cdot 10^{- 2}$ $K_{2} = 6,31 \cdot 10^{- 8}$
$H_{3} {PO}_{4}$	$K_{1} = 6,92 \cdot 10^{- 3}$ $K_{2} = 6,17 \cdot 10^{- 8}$ $K_{3} = 4,79 \cdot 10^{- 13}$
$H_{2} {CO}_{3}$	$K_{1} = 4,47 \cdot 10^{- 7}$ $K_{2} = 4,68 \cdot 10^{- 11}$

Jak możesz zauważyć, kwasy mocne, to takie których stała dysocjacji jest wyższa niż $1$ .

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 ( $T = 25 ° C$ )
${HNO}_{2}$	$K_{1} = 5,62 \cdot 10^{- 4}$
$H_{3} {AsO}_{3}$	$K_{1} = 5,50 \cdot 10^{- 3}$
$H_{2} S$	$K_{1} = 8,91 \cdot 10^{- 8}$

R1RbcwfexoYS0

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( $V$ ), 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

Polecenie 7.1

Opracuj w odpowiednim programie prezentację, która ilustruje proces dysocjacji elektrolitycznej kwasu siarkowego( $IV$ ), a następnie przedstaw ją nauczycielowi.

Opisz proces dysocjacji elektrolitycznej kwasu siarkowego( $IV$ ).

R1Oz0Na0cg0hQ

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pamiętaj, że kwas siarkowy( $IV$ ) jest kwasem dwuprotonowym. Zatem zachodzi dwustopniowa dysocjacja.

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

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

iRI899a7b1_d5e480

Słownik

dysocjacja elektrolityczna

rozkład cząsteczek substancji na jony (kationy i aniony) pod wpływem rozpuszczalnika, np. wody

elektrolit

substancja, której wodny roztwór przewodzi prąd elektryczny

jon hydroniowy

$H_{3} O^{+}$ ; występujący w roztworach wodnych jednododatni jon, będący hydratowanym protonem

kwasy

(wg teorii Arrheniusa) związki, które pod wpływem wody ulegają dysocjacji na kationy wodoru i aniony reszty kwasowej

nieelektrolit

substancja, której wodny roztwór nie przewodzi prądu elektrycznego

iRI899a7b1_d5e522

Ćwiczenia

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

RcMqF7PTuayQ91

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1U9cnJ8xdLCQ1

Ćwiczenie 2

Uzupełnij poniższe uproszczone równania dysocjacji elektrolitycznej kwasu
azotowego(pięć) i kwasu siarkowego(sześć), wybierając odpowiednie elementy spośród podanych. H N O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O powyżej, strzałka w prawoH1. indeks górny, trzy, plus, koniec indeksu górnego, 2. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 3. indeks górny, dwa, minus, koniec indeksu górnego, 4. trzy, 5. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 6. zero, 7. dwa, 8. cztery, 9. indeks górny, trzy, minus, koniec indeksu górnego, 10. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 11. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 12. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 13. indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego, 14. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego plus, N O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego1. indeks górny, trzy, plus, koniec indeksu górnego, 2. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 3. indeks górny, dwa, minus, koniec indeksu górnego, 4. trzy, 5. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 6. zero, 7. dwa, 8. cztery, 9. indeks górny, trzy, minus, koniec indeksu górnego, 10. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 11. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 12. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 13. indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego, 14. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego

H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O powyżej, strzałka w prawo, H1. indeks górny, trzy, plus, koniec indeksu górnego, 2. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 3. indeks górny, dwa, minus, koniec indeksu górnego, 4. trzy, 5. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 6. zero, 7. dwa, 8. cztery, 9. indeks górny, trzy, minus, koniec indeksu górnego, 10. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 11. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 12. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 13. indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego, 14. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego plus, H S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego1. indeks górny, trzy, plus, koniec indeksu górnego, 2. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 3. indeks górny, dwa, minus, koniec indeksu górnego, 4. trzy, 5. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 6. zero, 7. dwa, 8. cztery, 9. indeks górny, trzy, minus, koniec indeksu górnego, 10. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 11. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 12. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 13. indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego, 14. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego

H S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego1. indeks górny, trzy, plus, koniec indeksu górnego, 2. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 3. indeks górny, dwa, minus, koniec indeksu górnego, 4. trzy, 5. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 6. zero, 7. dwa, 8. cztery, 9. indeks górny, trzy, minus, koniec indeksu górnego, 10. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 11. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 12. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 13. indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego, 14. indeks górny, plus, koniec indeksu górnegoH indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O powyżej strzałki równowagowe H1. indeks górny, trzy, plus, koniec indeksu górnego, 2. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 3. indeks górny, dwa, minus, koniec indeksu górnego, 4. trzy, 5. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 6. zero, 7. dwa, 8. cztery, 9. indeks górny, trzy, minus, koniec indeksu górnego, 10. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 11. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 12. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 13. indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego, 14. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego plus, S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego1. indeks górny, trzy, plus, koniec indeksu górnego, 2. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 3. indeks górny, dwa, minus, koniec indeksu górnego, 4. trzy, 5. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 6. zero, 7. dwa, 8. cztery, 9. indeks górny, trzy, minus, koniec indeksu górnego, 10. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 11. indeks górny, minus, koniec indeksu górnego, 12. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego, 13. indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego, 14. indeks górny, plus, koniec indeksu górnego

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RY73UeC13GnYe1

Ćwiczenie 3

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(

VI

) w wodzie, następuje orientowanie się 1. biegunem dodatnim, 2. anionów siarkowych(

VI

), 3. biegunów ujemnych, 4. kationów siarkowych(

VI

) cząsteczek wody wokół kationów wodoru, a jednocześnie wokół 1. biegunem dodatnim, 2. anionów siarkowych(

VI

), 3. biegunów ujemnych, 4. kationów siarkowych(

VI

) gromadzą się cząsteczki wody zorientowane 1. biegunem dodatnim, 2. anionów siarkowych(

VI

), 3. biegunów ujemnych, 4. kationów siarkowych(

VI

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 4

RSsFenK8TMmvS1

Dokończ zdania, wybierając odpowiednie elementy z listy.

dodatnim, ujemnym, rozpuszczalnikami, obojętnym, dodatnim, elektrolitami, ujemnym, jonami, nieelektrolitami, anionami, kationami, przewodnikami

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.

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:

$1 .$ ${NaOH}_{(aq)}$ ;

$2 .$ ${HCl}_{(aq)}$ ;

$3 .$ ${CaOH}_{2 (aq)}$ ;

$4 .$ wody destylowanej;

$5 .$ wody kranowej.

Ru5XJYYOERGQ81

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.

Ćwiczenie 6

RXWKSXrmvHhGP1

Uzupełnij ogólny zapis równań, przeciągając odpowiednie elementy w luki.

zasad, $H^{+}$ , ${M (OH)}_{n}$ , $O_{2}$ , kwasów, $H_{n} R$ , $R^{n −}$ , ${nOH}^{−}$

Dysocjacja elektrolityczna ...............
.............. $\overset{H_{2} O}{&xrarr;}$ $n$ .............. $+$ ..............
Dysocjacja elektrolityczna zasad.
.............. $\overset{H_{2} O}{&xrarr;} M^{n +}$ $+$ ..............

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 7

Kwas fosforowy( $V$ ) jest kwasem wieloprotonowym, dlatego ulega wielostopniowej dysocjacji elektrolitycznej. Poszczególne etapy tej dysocjacji w formie uproszczonej można opisać następującymi równaniami reakcji:

H_{3} {PO}_{4} \overset{H_{2} O}{⇄} \underset{kation wodoru}{H^{+}} + \underset{anion difosforanowy (V)}{H_{2} {PO}_{4}^{-}}

H_{2} {PO}_{4}^{-} \overset{H_{2} O}{⇄} \underset{kation wodoru}{H^{+}} + \underset{anion difosforanowy (V)}{{HPO}_{4}^{2 -}}

{HPO}_{4}^{2 -} \overset{H_{2} O}{⇄} \underset{kation wodoru}{H^{+}} + \underset{anion difosforanowy (V)}{{PO}_{4}^{3 -}}

R1UINWnTHTJrI

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

H_{2} {CO}_{3} \overset{H_{2} O}{⇄} H^{+} + {HCO}_{3}^{-}

{HCO}_{3}^{-} \overset{H_{2} O}{⇄} H^{+} + {CO}_{3}^{2 -}

Ćwiczenie 7

H_{3} {PO}_{4} \overset{H_{2} O}{⇄} \underset{kation wodoru}{H^{+}} + \underset{anion difosforanowy (V)}{H_{2} {PO}_{4}^{-}}

H_{2} {PO}_{4}^{-} \overset{H_{2} O}{⇄} \underset{kation wodoru}{H^{+}} + \underset{anion difosforanowy (V)}{{HPO}_{4}^{2 -}}

{HPO}_{4}^{2 -} \overset{H_{2} O}{⇄} \underset{kation wodoru}{H^{+}} + \underset{anion difosforanowy (V)}{{PO}_{4}^{3 -}}

R1NVRAy9rcvd2

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 8

R18lICCOScJxW3

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Glossary

chloride ion

R1bW41wnYoS96

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DFWuNQ8Vm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

anion chlorkowy

sulfite ion

RMB1NPZYK1c5z

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DFWuNQ8Vm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

anion siarczanowy( $IV$ )

sulfate ion

R7ENvYIFhljv6

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DFWuNQ8Vm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

anion siarczanowy( $VI$ )

carbonate ion

R11ZUw2xoRLjb

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DFWuNQ8Vm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

anion węglanowy

fluoride ion

R1cfeKHu5fBRy

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DFWuNQ8Vm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

anion fluorkowy

nitrate ion

RAke8zMdxfqWN

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DFWuNQ8Vm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

anion azotanowy( $V$ )

oxonium cation

R1F5A8r7NLe3c

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DFWuNQ8Vm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

kation oksoniowy

hydroxide ion

R1V4JEqQHTfXH

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nagranie dostępne pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DFWuNQ8Vm

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

jon hydroksylowy

Ćwiczenie 8

RAR40ia2xXYBF

Put the anion names in the correct places.

{Cl}^{-}

- 1. carbonate ion, 2. hydroxide ion, 3. oxonium cation, 4. sulfate ion, 5. fluoride ion, 6. sulfite ion, 7. nitrate ion, 8. chloride ion

H_{3} O^{+}

- 1. carbonate ion, 2. hydroxide ion, 3. oxonium cation, 4. sulfate ion, 5. fluoride ion, 6. sulfite ion, 7. nitrate ion, 8. chloride ion

{NO}_{3}^{-}

- 1. carbonate ion, 2. hydroxide ion, 3. oxonium cation, 4. sulfate ion, 5. fluoride ion, 6. sulfite ion, 7. nitrate ion, 8. chloride ion

F^{-}

- 1. carbonate ion, 2. hydroxide ion, 3. oxonium cation, 4. sulfate ion, 5. fluoride ion, 6. sulfite ion, 7. nitrate ion, 8. chloride ion

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Bielański A., Podstawy Chemii Nieorganicznej, Warszawa 2008.

Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.

Łasiński D., Sporny Ł., Strutyńska D., Wróblewski P., Podręcznik dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Mac Edukacja 2020.

bg‑gray3

Notatnik

RuknwT5Ur0IHO

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Dysocjacja elektrolityczna kwasów

1. Badanie przewodnictwa prądu elektrycznego przez kwasy

2. Dysocjacja elektrolityczna kwasów beztlenowych

2.1. Dysocjacja elektrolityczna chlorowodoru

2.2. W jaki sposób przebiega dysocjacja elektrolityczna siarkowodoru?

2.3. Które kwasy beztlenowe należą do mocnych, a które do słabych elektrolitów?

3. Dysocjacja elektrolityczna kwasów tlenowych

3.1. W jaki sposób dysocjuje kwas azotowy(V)?

3.2. W jaki sposób dysocjuje kwas siarkowy(VI)?

3.3. Które kwasy tlenowe należą do mocnych, a które do słabych elektrolitów?

Podsumowanie

Słownik

Ćwiczenia

Bibliografia

Notatnik

$2.1 .$ Dysocjacja elektrolityczna chlorowodoru

$2.2 .$ W jaki sposób przebiega dysocjacja elektrolityczna siarkowodoru?

$2.3 .$ Które kwasy beztlenowe należą do mocnych, a które do słabych elektrolitów?

$3.1 .$ W jaki sposób dysocjuje kwas azotowy $(V)$ ?

$3.2 .$ W jaki sposób dysocjuje kwas
siarkowy( $VI$ )?

$3.3 .$ Które kwasy tlenowe należą do mocnych, a które do słabych elektrolitów?