Dysocjacja elektrolityczna chlorowodoru

W jaki sposób przebiega dysocjacja elektrolityczna chlorowodoru? Obejrzyj poniższy film.

R5X1cEGlbJ8XS

Film pod tytułem Dysocjacja chlorowodoru

Film pod tytułem Dysocjacja chlorowodoru

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R5X1cEGlbJ8XS

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 $\text{HCl}$, lecz jedynie jony. Takie elektrolity nazywamy mocnymi. Strzałka wskazuje na to, że proces dysocjacji przebiega jednokierunkowo. Należy przy tym pamiętać, że jon ${\text{H}}^{+}$ (kation wodoru) nie występuje samodzielnie w roztworze wodnym. W obecności cząsteczek ${\text{H}}_2\text{O}$, łączy się z nimi, tworząc jon hydroniowy (najprostszy jon oksoniowy) o wzorze ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$. Dlatego równanie reakcji dysocjacji  elektrolitycznej chlorowodoru ma następującą postać:

$\text{HCl}+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{H}}_3{\text{O}}^{+}+{\text{Cl}}^{-}$

RaHh93SA6CCVM

Równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej kwasu chlorowodorowego. Atom $\text{H}$ połączony wiązaniem pojedynczym z atomem $\text{Cl}$ z podpisem "kwas chlorowodorowy", następnie widzimy znak plus a po nim atom $\text{O}$ połączony dwoma wiązaniami z atomami $\text{H}$. Obok znajduje się strzałka wskazująca w prawą stronę, a za nią jon ${\text{Cl}}^{-}$ z podpisem "anion chlorkowy", znak plus oraz jon zbudowany z jednego atomu $\text{O}$, od którego odchodzą trzy wiązania do trzech atomów $\text{H}$, a całość oznaczona jest symbolem plus. Pod jonem znajduje się podpis "kation oksoniowy".

Często stosuje się jednak zapis uproszczony, w którym powstają kationy wodoru i aniony chlorkowe, zgodnie z następującym równaniem:

$\text{HCl}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }{\text{H}}^{+}+{\text{Cl}}^{-}$

Dysocjacja elektrolityczna siarkowodoru

Cząsteczka siarkowodoru należy do słabych elektrolitów. Oznacza to, że w wodnym roztworze, obok jonów, występują również niezdysocjowane cząsteczki ${\text{H}}_2\text{S}$. 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 ${\text{HS}}^{-}$. Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody, tworząc kation oksoniowy (kation hydroniowy).

$\underset{\text{siarkowodór}}{{\text{H}}_2\text{S}}+\underset{\text{woda}}{{\text{H}}_2\text{O}}\rightleftarrows \underset{\text{anion} \text{wodorosiarczkowy}}{{\text{HS}}^{-}}+\underset{\text{kation} \text{oksoniowy}}{{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}}$

R106shtOz8JLw

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

W drugim etapie dysocjacji następuje oderwanie kationu wodoru od anionu wodorosiarczkowego. Powstaje zatem anion siarczkowy o wzorze ${\text{S}}^{2-}$. Jednocześnie kation wodoru łączy się z cząsteczką wody tworząc jon oksoniowy (kation hydroniowy).

$\underset{\text{anion} \text{wodorosiarczkowy}}{{\text{HS}}^{-}}+\underset{\text{woda}}{{\text{H}}_2\text{O}}\rightleftarrows \underset{\text{anion} \text{siarczkowy}}{{\text{S}}^{\mathrm{2-}}}+\underset{\text{kation} \text{oksoniowy}}{{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}}$

RZf47FvD6ZcIM

Grafika przedstawia równanie reakcji dysocjacji elektrolitycznej anionu wodorosiarczkowego przedstawione za pomocą wzorów strukturalnych. Atom $\text{H}$ połączony wiązaniem pojedynczym z atomem $\text{S}$ z symbolem minus w indeksie górnym, podpisany "anion wodorosiarczkowy". Dalej plus i atom $\text{O}$ połączony dwoma wiązaniami pojedynczymi z dwoma atomami $\text{H}$. 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 $\text{S}$ z dwa minus w indeksie górnym, podpisany "anion siarczkowy". Dalej widać plus i atom $\text{O}$ z indeksem górnym plus, połączony trzema wiązaniami pojedynczymi z trzema atomami $\text{H}$, podpisany "kation oksoniowy".

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 ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$, ${\text{HS}}^{-}$, ${\text{S}}^{2-}$, a także niezdysocjowane cząsteczki ${\text{H}}_2\text{S}$
(i ${\text{H}}_2\text{O}$).

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:

${\text{H}}_2\text{S}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\rightleftarrows }{\text{HS}}^{-}+{\text{H}}^{+}$

Drugi etap dysocjacji elektrolitycznej:

${\text{HS}}^{-}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\rightleftarrows }{\text{S}}^{2-}+{\text{H}}^{+}$

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.

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

Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenków potasu i wapnia

R1HsDo4EEp8Ov

Ilustracja przedstawia proces dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenku potasu. Po lewej stronie rysunku, mający kształt prostokąta, zbiór ułożonych naprzemiennie dużych jasnych kul symbolizujących kationy potasu oraz układów czerwonych i białych kul tworzących aniony wodorotlenkowe. Całość przypomina z wyglądu szachownicę i symbolizuje sieć krystaliczną wodorotlenku potasu. W środku i po prawej stronie modelowy zapis reakcji rozpadu wodorotlenku potasu <math aria‑label="K O H">KOH na jony ${\text{K}}^{+}$ i ${\text{OH}}^{-}$ pod wpływem wody. Wokół jonów zbierają się cząsteczki wody w taki sposób, że zarówno kation potasu, jak i anion wodorotlenkowy są otoczone na rysunku przez sześć cząsteczek wody, przy czym kation ${\text{K}}^{+}$ otaczają cząsteczki zwrócone stroną naładowaną dodatnio na zewnątrz układu, a anion ${\text{OH}}^{-}$ otaczają cząsteczki zwrócone stroną naładowaną dodatnio do wnętrza układu.

R11Fsa8d4dnG7

Równanie dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenku potasu. $\text{KOH}$ (wodorotlenek potasu) strzałka w prawo, nad strzałką napis: ${\text{H}}_2\text{O}$. Pod strzałką napis: pod wpływem wody dysocjuje, za strzałką: $\text{K}$ z indeksem górnym plus (kation potasu) dodać $\text{OH}$ z indeksem górnym minus (anion wodorotlenkowy).

Wodorotlenek potasu dysocjuje, czyli rozpada się pod wpływem wody na jednododatni kation potasu i jednoujemny anion wodorotlenkowy. Zarówno kation potasu, jak i anion wodorotlenkowy są w roztworze wodnym otoczone cząsteczkami wody (solwatacja).

R4k036VOIQkip

Ilustracja przedstawia proces dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenku wapnia. Ukazano modelowy przebieg rozpadu wodorotlenku wapnia $\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$ na jony ${\text{Ca}}^{2+}$ i ${\text{OH}}^{-}$ pod wpływem wody. Wokół jonów zbierają się cząsteczki wody w taki sposób, że zarówno kation wapnia, jak i anion wodorotlenkowy są otoczone na rysunku przez sześć cząsteczek wody, przy czym kation ${\text{Ca}}^{2+}$ otaczają cząsteczki zwrócone stroną naładowaną dodatnio na zewnątrz układu, a anion ${\text{OH}}^{-}$ otaczają cząsteczki zwrócone stroną naładowaną dodatnio do wnętrza układu.

RdXBDLN2e0b02

Równanie dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenku wapnia. $\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$ (wodorotlenek wapnia) strzałka w prawo, nad strzałką napis: ${\text{H}}_2\text{O}$. Pod strzałką napis: pod wpływem wody dysocjuje, za strzałką: $\text{Ca}$ z indeksem górnym dwa plus (kation wapnia) dodać dwa $\text{OH}$ z indeksem górnym minus (dwa aniony wodorotlenkowe).

Wodorotlenek wapnia dysocjuje na dwudodatni kation wapnia i dwa jednoujemne aniony wodorotlenkowe.
Liczba powstających w wyniku dysocjacji ładunków dodatnich jest równa liczbie powstających ładunków ujemnych.

Polecenie 4

RtEOgGEk9HUN5

Dwa schematy pokazujące, w jaki sposób cząsteczki wody otaczają jony powstałe po dysocjacji elektrolitycznej wodnego roztworu wodorotlenku baru. Prawidłowy jest tylko schemat z numerem 2.

RnTHT3BOys6z8

Wodorotlenek baru ulega w wodzie dysocjacji elektrolitycznej w analogiczny sposób, jak wodorotlenek wapnia. W jaki sposób cząsteczki wody otaczają jony powstałe po dysocjacji elektrolitycznej wodnego roztworu wodorotlenku baru?

Wodorotlenek baru ulega w wodzie dysocjacji elektrolitycznej w analogiczny sposób, jak wodorotlenek wapnia. W jaki sposób cząsteczki wody otaczają jony powstałe po dysocjacji elektrolitycznej wodnego roztworu wodorotlenku baru?

R1ARP00OYJqV5

Wodorotlenek baru ulega w wodzie dysocjacji elektrolitycznej w analogiczny sposób, jak wodorotlenek wapnia. W jaki sposób cząsteczki wody otaczają jony powstałe po dysocjacji elektrolitycznej wodnego roztworu wodorotlenku baru? Możliwe odpowiedzi: 1. Kation B a indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego otaczają cząsteczki zwrócone stroną naładowaną dodatnio na zewnątrz układu, a anion O H indeks górny, minus, koniec indeksu górnego otaczają cząsteczki zwrócone stroną naładowaną dodatnio do wnętrza układu., 2. Kation B a indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego otaczają cząsteczki zwrócone stroną naładowaną dodatnio do wnętrza układu, a anion O H indeks górny, minus, koniec indeksu górnego otaczają cząsteczki zwrócone stroną naładowaną dodatnio na zewnątrz układu.

Teorię rozpadu substancji na jony opracował Svante Arrhenius (czyt. sfante arenius)Svante ArrheniusSvante Arrhenius (czyt. sfante arenius). Zgodnie z nią, zasadami nazywamy związki chemiczne, które dysocjują na kationy metalu i aniony wodorotlenkowe:

$\text{M}{\left(\text{OH}\right)}_{\text{n}}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }{\text{M}}^{\text{n}+}+{\text{nOH}}^{-}$

Rozpuszczalne w wodzie sole są elektrolitami, ponieważ ich roztwory wodne przewodzą prąd elektryczny. Pod wpływem wody kryształy soli ulegają rozpadowi na jony, z których są zbudowane. Uwalniane są wówczas kationy metali i aniony reszty kwasowej. Proces ten nazywa się dysocjacją elektrolityczną.

Polecenie 5

Obejrzyj film, w którym przedstawiono proces rozpuszczania i dysocjacji elektrolitycznej chlorku sodu, a następnie rozwiąż ćwiczenie.

RJyjH9THegEm7

Na filmie ukazano jak przebiega proces rozpuszczania i dysocjacji elektrolitycznej chlorku sodu.

Na filmie ukazano jak przebiega proces rozpuszczania i dysocjacji elektrolitycznej chlorku sodu.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RJyjH9THegEm7

Na filmie ukazano jak przebiega proces rozpuszczania i dysocjacji elektrolitycznej chlorku sodu.

RlVx0TKi07TTx

Uzupełnij poniższy tekst, wybierając odpowiednie słowo spośród podanych. Podczas rozpuszczania chlorku sodu 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny cząsteczki wody, pod wpływem działania 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny, uwalniają z kryształu soli 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny: kationy sodu i 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny chlorkowe, które mogą przenosić ładunek elektryczny (elektrony). Dzięki temu 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny chlorku sodu przewodzi 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny.

Uzupełnij poniższy tekst, wybierając odpowiednie słowo spośród podanych. Podczas rozpuszczania chlorku sodu 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny cząsteczki wody, pod wpływem działania 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny, uwalniają z kryształu soli 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny: kationy sodu i 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny chlorkowe, które mogą przenosić ładunek elektryczny (elektrony). Dzięki temu 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny chlorku sodu przewodzi 1. aniony, 2. sił elektrostatycznych, 3. kationy, 4. polarne, 5. niepolarne, 6. prąd elektryczny, 7. jony, 8. roztwór wodny.

Chlorek sodu ulega zatem procesowi dysocjacji elektrolitycznej. W jego wyniku z sieci krystalicznej uwalniane są jony, z których zbudowane są kryształy chlorku sodu. 

Chlorek sodu, o wzorze $\text{NaCl}$, jest zbudowany z kationów sodu (${\text{Na}}^{+}$) i anionów chlorkowych (${\text{Cl}}^{-}$), dlatego proces dysocjacji elektrolitycznej zapisujemy następująco:

$\text{NaCl}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }{\text{Na}}^{+}+{\text{Cl}}^{-}$

$\text{chlorek} \text{sodu}\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }\text{kation} \text{sodu}+\text{anion} \text{chlorkowy}$

W jaki sposób zapisać równanie dysocjacji elektrolitycznej azotanu$\left(\text{V}\right)$ żelaza$\left(\text{III}\right)$ o wzorze $\text{Fe}{\left({\text{NO}}_3\right)}_3$?

Azotan$\left(\text{V}\right)$ żelaza$\left(\text{III}\right)$ zbudowany jest z kationów żelaza$\left(\text{III}\right)$ (${\text{Fe}}^{3+}$) oraz anionów azotanowych$\left(\text{V}\right)$ (${\text{NO}}^{3-}$). W krysztale $\text{Fe}{\left({\text{NO}}_3\right)}_3$ na jeden kation ${\text{Fe}}^{3+}$ przypadają trzy aniony ${\text{NO}}^{3-}$. Dlatego równanie procesu dysocjacji elektrolitycznej zapisujemy następująco:

$\text{Fe}{\left({\text{NO}}_3\right)}_3\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }{\text{Fe}}^{3+}+3{{\text{NO}}_3}^{-}$

$\text{azotan}\left(\text{V}\right) \text{żelaza}\left(\text{III}\right)\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }\text{kation} \text{żelaza}\left(\text{III}\right)+\text{anion} \text{azotanowy}\left(\text{V}\right)$

Pamiętaj, że suma ładunków dodatnich musi się równać sumie ładunków ujemnych po lewej i prawej stronie równania. Przeanalizuj poniższą tabelę, w której zamieszczono równania procesów dysocjacji elektrolitycznej niektórych soli, a następnie wykonaj ćwiczenie.