Dysocjacja elektrolityczna jest procesem, w którym związki o budowie jonowejzwiązki jonowejonowej (takie jak np. sole) oraz związki, w których występuje silnie spolaryzowane wiązanie kowalencyjne, pod wpływem cząsteczek rozpuszczalnika ulegają rozpadowi na dodatnio naładowane kationy i ujemnie naładowane aniony.

R11eQCGyud31B

Ilustracja przedstawia schemat procesu dysocjacji elektrolitycznej wodorotlenku sodu. Wodorotlenek sodu pod wpływem wody rozpada się na kationy sodu i aniony wodorotlenkowe. Po lewej stronie znajduje się model kulkowy kryształu wodorotlenku sodu: niebiesko—zielone kulki reprezentujące aniony wodorotlenkowe są ułożone naprzemiennie z kationami sodu. Cząsteczki wody, przedstawione jako ugrupowania trzech kulek: jeden czerwonej i dwóch białych, zbliżają się do kryształu N a O H, kierunek ich ruchu zaznaczony jest strzałkami z pełnym grotem, prowadzącymi od cząsteczek wody do wodorotlenku. Po środku ilustracji znajduje się duża strzałka oznaczająca proces dysocjacji. Po prawej stronie przedstawiono solwatację kationów sodu i anionów wodorotlenkowych przez cząsteczki wody. Cząsteczki wody odrywają kationy sodu i aniony chlorkowe ze struktury kryształu i otaczają je w następujący sposób: aniony chlorkowe o ładunku ujemnym są otoczone przez cząsteczki wody zwrócone atomami wodoru w stronę anionu chlorkowego, natomiast kationy sodu o ładunku dodatnim są otoczone przez cząsteczki wody zwrócone do kationu atomami tlenu.

Przeanalizujmy powyższy rysunek. Woda, ze względu na budowę swojej cząsteczki, posiada cząstkowe ładunki (dodatni i ujemny) oznaczone symbolem $\mathrm{\delta }$ [czyt. delta]. Na atomie tlenu znajduje się cząstkowy ładunek ujemny, który oddziałuje elektrostatycznie z kationem soli, „wyrywając” go z jego struktury krystalicznejstruktura krystalicznastruktury krystalicznej, następnie cząsteczki wody otaczają kation. Uwolnione zostają również aniony soli – na atomach wodoru znajduje się cząstkowy ładunek dodatni, który oddziałuje elektrostatycznie z anionem soli. W tym momencie następuje rozpuszczenie substancji. Proces ten jest nazywany solwatacjąsolwatacjasolwatacją. Żeby do niego doszło, cząsteczki rozpuszczalnika muszą oddziaływać z cząstkami (lub drobinami) substancji rozpuszczanej.

W beztlenowych kwasach nieorganicznych fluoroców występują silnie spolaryzowane wiązania między atomem wodoru a atomem fluorowca. Elektrony, które tworzą wiązanie między tymi dwoma atomami, są bardziej przyciągane przez atom fluorowca o większej elektroujemności od wodoru. Uogólniając, w większości wodorków niemetali wspólna para elektronowa, łącząca atom wodoru i atom drugiego niemetalu, jest zwykle przesunięta w stronę atomu właśnie tego drugiego niemetalu ze względu na jego większą elektroujemność w porównaniu do atomu wodoru. Możemy to zaobserwować np. w przypadku $\text{HCl}$, $\text{HBr}$ czy ${\text{H}}_2\text{S}$. W czasie rozpuszczania takiego wodorku, cząsteczki wody otaczają cząsteczkę wodorku fluorowca lub innego niemetalu i mogą z łatwością powodować oderwanie kationu wodoru.

A w jaki sposób przebiega proces dysocjacji wodorotlenków, które wykazują budowę jonową? Struktura krystaliczna wodorotlenków składa się z kationów metali, otoczonych anionami wodorotlenkowymi. Takie indywidua oddziałują ze sobą elektrostatycznie, tworząc związek o budowie jonowej. Podczas dysocjacji, cząsteczki wody otaczają powstałe jony.

RnArhCC6asAYQ

Ilustracja przedstawia graficzny model budowy wodorotlenków na przykładzie wodorotlenku sodu. Średnie fioletowe kulki to kationy sodu ${\text{Na}}^{\text{+}}$. Pary dużych czerwonych kulek oraz małych białych kulek to aniony wodorotlenowe O ha minus. Po lewej stronie rysunek sieci krystalicznej zbudowanej z tych jonów. Kationy sodu i aniony wodorotlenkowe wymieszane w równych proporcjach i mocno upakowane tworzą jedno ciało stałe.

W większości kwasów tlenowych, wiązanie wodór‑tlen jest silnie spolaryzowane i przesunięte w stronę atomu tlenu. Sprzyja to zrywaniu tego wiązania pod wpływem cząsteczek wody, podobnie jak to opisaliśmy w przypadku wodorków niemetali.

RzG2VDVSlHeZ0

Ilustracja przedstawia model kulkowy kwasu siarkowego(VI). Atom siarki, żółta kulka, jest związana z czterema atomami tlenu, czerwone kulki. Dwa z nich połączone są wiązaniami podwójnymi, a dwa kolejne pojedynczymi. Do tych atomów tlenu przyłączone są jeszcze po jednej białej kulce czyli atomie wodoru. Zaznaczono strzałką od atomu wodoru w kierunku atomu tlenu.

Najczęściej stosowanymi teoriami kwasów i zasad są:

Znając teorie kwasów i zasad oraz definicję dysocjacji, zastanowimy się teraz, czy dysocjacja może być reakcją kwasu z zasadą.

Jako przykład rozważmy dysocjację bromowodoru w wodzie. W czasie jego rozpuszczania w wodzie zachodzi proces: 

R1MeaFr7OR68K

Ilustracja przedstawia reakcję dysocjacji bromowodoru: ${\text{HBr + H}}_{\text{2}}{\text{O → Br}}^{\text{-}}{\text{+ H}}_{\text{3}}{\text{O}}^{\text{+}}$ w postaci modeli kulkowych: atom bromu to duża brązowa kulka, atom tlenu mniejsza czerwono—różowa, atom wodoru niebieska. Duża brązowa kulka z przyłączoną małą niebieska kulką ulega reakcji z cząsteczką wody, czyli czerwono—różowa kulka z przyłączonymi dwiema mniejszymi niebieskimi kulkami. Po prawej stronie znajduje się pozioma strzałka, a za nią duża brązowa kulka z ładunkiem ujemnym w postaci symbolu minus, dalej po prawej stronie cząsteczka ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$, czyli czerwono—różowa kulka z przyłączonymi trzema mniejszymi niebieskimi kulkami i ładunkiem dodatnim w postaci symbolu plus.

W wyniku tego procesu cząsteczka $\text{HBr}$ oddaje swój proton cząsteczce wody, która w tej sytuacji zachowuje się jak zasada Brønsteda–Lowry'ego (albo zasada Lewisa – oddaje parę elektronową). Powstają jony bromkowe (${\text{Br}}^{-}$) oraz jony oksoniowe (${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$). Zgodnie z teorią Brønsteda–Lowry'ego, możemy powiedzieć, że w tym procesie istnieją dwie sprzężone pary kwas–zasada: $\text{HBr}$ i ${\text{Br}}^{-}$ oraz ${\text{H}}_2\text{O}$ i ${\text{H}}_3\text{O}$. Rozpatrując dysocjację w kontekście teorii Brønsteda–Lowry'ego, zauważymy, że proces dysocjacji jest więc procesem zachodzącym pomiędzy kwasem $\text{HBr}$ a zasadą ${\text{H}}_2\text{O}$.

Słownik

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Atkins P., Jones L., Chemia ogólna. Cząstki, materia, reakcje Warszawa $2018$.

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa $2007$.

Paik S. H., Understanding the Relationship among Arrhenius, Brønsted‑Lowry, and Lewis Theories., „J. Chem. Educ.” $92$, $2015$, $\text{s}. 1484—1489$.