Jautājumu piemēri par stiprajiem elektrolītiem, vājajiem elektrolītiem un neelektrolītiem
Elektrolīti ir ķīmijas pamatjēdziens, kam ir izšķiroša nozīme, jo īpaši pētot reakcijas, kurās iesaistīti šķīdumi. Elektrolīti ir savienojumi, kas, izšķīdināti ūdenī, rada jonus, kas ļauj šķīdumam vadīt elektrību. Pamatojoties uz to spēju sadalīties jonos, elektrolīti tiek iedalīti trīs kategorijās: stiprie elektrolīti, vājie elektrolīti un neelektrolīti. Šajā rakstā tiks aplūkoti dažādi ar šiem trim elektrolītu veidiem saistīti problēmu piemēri, kā arī sniegti viegli saprotami skaidrojumi.
Spēcīgs elektrolīts
Spēcīgi elektrolīti ir savienojumi, kas pilnībā jonizējas ūdenī. Tas nozīmē, ka, kad stiprs elektrolīts tiek izšķīdināts ūdenī, gandrīz visas tā molekulas disociējas jonos. Bieži sastopami spēcīgu elektrolītu piemēri ir sāļi, piemēram, nātrija hlorīds (NaCl), stipras skābes, piemēram, sālsskābe (HCl), un stipras bāzes, piemēram, nātrija hidroksīds (NaOH).
1. jautājums:
Kā aprēķināt jonu molaritāti 0,1 M HCl šķīdumā?
Diskusija:
HCl ir stipra skābe, kas pilnībā disociējas ūdenī saskaņā ar vienādojumu:
\[ \text{HCl} \rightbult \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Tā kā HCl ir spēcīgs elektrolīts, mēs varam pieņemt sākotnējo HCl koncentrāciju (0,1 M) kā izveidoto H+ un Cl- jonu koncentrāciju. Tātad, 0,1 M HCl šķīdumā:
[\(\teksts{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 M
Vāja elektrolīta
Vājie elektrolīti šķīdumā jonizējas tikai daļēji. Tas nozīmē, ka tikai neliela daļa vāja elektrolīta molekulu, izšķīstot ūdenī, veido jonus. Vāju elektrolītu piemēri ir vājas skābes, piemēram, etiķskābe (CH3COOH), un vājas bāzes, piemēram, amonjaks (NH3).
2. jautājums:
Nosakiet jonizācijas pakāpi un jonu koncentrāciju 0,1 M CH3COOH šķīdumā. Skābes disociācijas konstante (\(K_a\)) CH3COOH ir 1,8 × 10^-5.
Diskusija:
CH3COOH disociācijas reakciju ūdenī var uzrakstīt šādi:
\[ \text{CH}_3 \text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3 \text{COO}^- + \text{H}^+ \]
Disociācijas pakāpe (\(\alfa\)) ir definēta kā skābes daļa, kas disociējas jonos. Izmantojot \(K_a\) vērtību, 0,1 M CH3COOH šķīdumam varam uzrakstīt šādu sakarību:
\[K_a = [\teksts{CH}_3\teksts{COO}^-][\teksts{H}^+] / [\teksts{CH}_3\teksts{COOH}] \]
Tā kā CH3COOH jonizācija ir daļēja, veidoto jonu koncentrācija ir cα, kur c ir CH3COOH sākotnējā koncentrācija (0,1 M). Tad vienādojums kļūst par:
\[1,8 x 10^{-5} = \frac{(0,1\alfa)(0,1\alfa)}{0,1(1-\alfa)} \]
Vienkāršojiet līdz:
\[1,8 x 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]
Pieņemsim, ka α ir pietiekami mazs, lai saucējā α varētu ignorēt:
\[1,8 \reiz 10^{-5} \aptuveni 0,01\alpha^2 / 0,1 \]
\[1,8 \reiz 10^{-5} \aptuveni \alpha^2 \]
\[ \alpha \apm. \sqrt{1,8 \reiz 10^{-5}} \]
\[ \alfa \aptuveni 4,24 \reiz 10^{-3} \]
Tātad jonizācijas pakāpe ir 4,24 × 10^-3 jeb 0,424%.
H+ un CH3COO- jonu koncentrācija šķīdumā ir:
\[ [\tekst{H}^+] = 0,1 \reiz 4,24 \reiz 10^{-3} \aptuveni 4,24 \reiz 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \x 4,24 \x 10^{-3} \\ aptuveni 4,24 \x 10^{-4} \]
Neelektrolīti
Neelektrolīti ir savienojumi, kas nejonizējas ūdens šķīdumā. Tas nozīmē, ka neelektrolītu šķīdumi neražo jonus un tāpēc nevar vadīt elektrību. Neelektrolītu piemēri ir cukurs (saharoze), urīnviela un spirts.
3. jautājums:
Kāpēc 0,1 M etanola (C2H5OH) šķīdums nevada elektrību?
Diskusija:
Etanola šķīdums nav elektrolīts. Etanols, izšķīdināts ūdenī, nesadalās jonos. Ūdens šķīdumā etanola molekulārā struktūra saglabājas neskarta. Jonu neesamības dēļ šķīdumā etanols nevar vadīt elektrību. Tāpēc, lai gan etanols viegli šķīst ūdenī, jo neveidojas joni, etanola šķīdumi nevar vadīt elektrību pat jebkurā koncentrācijā, ieskaitot 0,1 M.
Secinājums
Izpratne par stipro elektrolītu, vājo elektrolītu un neelektrolītu īpašībām ir būtisks pamats šķīdumu ķīmijā. Stiprie elektrolīti ūdenī pilnībā jonizējas un tāpēc labi vada elektrību, savukārt vājie elektrolīti jonizējas tikai daļēji, kas norāda uz zemāku elektrovadītspēju. Savukārt neelektrolīti vispār nejonizējas un tāpēc nevar vadīt elektrību. Šī jēdziena izpratne palīdz skolēniem identificēt savienojumus, pamatojoties uz to uzvedību šķīdumā, un pareizi atbildēt uz saistītajiem jautājumiem.
