Күшті электролиттерді, әлсіз электролиттерді және бейэлектролиттерді талқылайтын мысал сұрақтар
Электролиттер - химиядағы, әсіресе ерітінділер қатысатын реакцияларды зерттеуде өте маңызды іргелі ұғым. Электролиттер - суда еріген кезде ерітіндінің электр тогын өткізуіне мүмкіндік беретін иондарды түзетін қосылыстар. Иондарға ыдырау қабілетіне байланысты электролиттер үш санатқа бөлінеді: күшті электролиттер, әлсіз электролиттер және электролит еместер. Бұл мақалада электролиттердің осы үш түріне қатысты әртүрлі мысалдар, сондай-ақ түсінікті түсіндірмелер талқыланады.
Күшті электролит
Күшті электролиттер - суда толығымен иондалатын қосылыстар. Бұл күшті электролит суда еріген кезде оның барлық дерлік молекулалары иондарға ыдырайды дегенді білдіреді. Күшті электролиттердің кең таралған мысалдарына натрий хлориді (NaCl) сияқты тұздар, тұз қышқылы (HCl) сияқты күшті қышқылдар және натрий гидроксиді (NaOH) сияқты күшті негіздер жатады.
1-сұрақ:
0,1 М HCl ерітіндісіндегі иондардың молярлығын қалай есептеуге болады?
Талқылау:
HCl - суда толық ыдырап кететін күшті қышқыл, ол келесі теңдеу бойынша бөлінеді:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
HCl күшті электролит болғандықтан, HCl бастапқы концентрациясын (0,1 М) түзілген H+ және Cl- иондарының концентрациясы ретінде қабылдауға болады. Сонымен, 0,1 М HCl ерітіндісінде:
[\(\text{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 M
Әлсіз электролит
Әлсіз электролиттер ерітіндіде тек ішінара иондалады. Бұл әлсіз электролит молекулаларының тек аз ғана бөлігі суда ерігенде иондар түзетінін білдіреді. Әлсіз электролиттерге мысал ретінде сірке қышқылы (CH3COOH) сияқты әлсіз қышқылдар және аммиак (NH3) сияқты әлсіз негіздер жатады.
2-сұрақ:
0,1 М CH3COOH құрамындағы иондану дәрежесін және ион концентрациясын анықтаңыз. CH3COOH үшін қышқыл диссоциациялану константасы (\(K_a\)) 1,8 × 10^-5 құрайды.
Талқылау:
Судағы CH3COOH диссоциациялану реакциясын келесідей жазуға болады:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]
Диссоциация дәрежесі (\(\альфа\)) қышқылдың иондарға ыдырайтын үлесі ретінде анықталады. \(K_a\) мәнін пайдаланып, 0,1 М CH3COOH ерітіндісі үшін келесі қатынасты жазуға болады:
\[ K_a = [\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+] / [\text{CH}_3\text{COOH}] \]
CH3COOH иондануы ішінара болғандықтан, түзілген иондардың концентрациясы cα-ға тең, мұндағы c - CH3COOH бастапқы концентрациясы (0,1 М). Сонда теңдеу келесідей болады:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{(0,1\alpha)(0,1\alpha)}{0,1(1-\alpha)} \]
Қарапайым етіп жазыңыз:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]
α-ны бөлгіште α-ны ескермеуге болатындай кішкентай деп есептейік:
\[ 1,8 \times 10^{-5} \шамамен 0,01\альфа^2 / 0,1 \]
\[ 1,8 \times 10^{-5} \шамамен \alpha^2 \]
\[ \alpha \approx \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]
\[ \альфа \шамамен 4,24 \уақыт 10^{-3} \]
Сонымен, иондану дәрежесі 4,24 × 10^-3 немесе 0,424% құрайды.
Ерітіндідегі H+ және CH3COO- иондарының концентрациясы:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \шамамен 4,24 \times 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]
Электролит емес заттар
Электролит еместер - сулы ерітіндіде иондалмайтын қосылыстар. Бұл электролит емес ерітінділер иондар түзбейтінін және сондықтан электр тогын өткізбейтінін білдіреді. Электролит еместерге қант (сахароза), мочевина және спирт жатады.
3-сұрақ:
Неліктен 0,1 М этанол (C2H5OH) ерітіндісі электр тогын өткізбейді?
Талқылау:
Этанол ерітіндісі электролит емес. Этанол суда еріген кезде иондарға ыдырамайды. Этанолдың молекулалық құрылымы сулы ерітіндіде өзгеріссіз қалады. Ерітіндіде иондардың болмауына байланысты этанол электр тогын өткізе алмайды. Сондықтан, этанол суда оңай еритін болса да, ешқандай иондар түзілмегендіктен, этанол ерітінділері кез келген концентрацияда, соның ішінде 0,1 М-де электр тогын өткізе алмайды.
Қорытынды
Күшті электролиттер, әлсіз электролиттер және электролит еместердің қасиеттерін түсіну ерітінді химиясының маңызды негізі болып табылады. Күшті электролиттер суда толық иондалады және сондықтан электр тогын жақсы өткізеді, ал әлсіз электролиттер тек ішінара иондалады, бұл электр өткізгіштігінің төмендігін көрсетеді. Екінші жағынан, электролит еместер мүлдем иондалмайды және сондықтан электр тогын өткізе алмайды. Бұл тұжырымдаманы түсіну студенттерге қосылыстарды ерітіндідегі мінез-құлқына қарай анықтауға және байланысты сұрақтарға дұрыс жауап беруге көмектеседі.
