Закон разведения

Диссоциация растворенного вещества является процессом равновесным:

То есть со временем устанавливается равновесие между непродиссоциированными молекулами и образовавшимися ионами (т. е. ионное равновесие).

Однако, рассматривая такие ионные равновесия в реальных растворах, необходимо каждый раз решать, можно ли в данном случае пользоваться уравнением для К_с диссоциации, справедливым для идеальных растворов (т. е. выраженным через С) или же в этом уравнении концентрации стоит заменить на активности?

На этой лекции мы и должны разобраться в каком виде использовать уравнение константы диссоциации для сильных электролитов, слабых электролитов, в зависимости от степени их разведения и т. д.

Рассмотрим пример диссоциации уксусной кислоты в воде. Раствор должен быть разбавленным (т. к. в концентрированном растворе α слабых электролитов мала).

Свременем устанавливается ионное равновесие между непродиссоциировавшими молекулами и ионами

Константа равновесия, согласно закону действующих масс, равна:

К_а зависит от Т. Чем выше Т, тем больше К_а.

Т. к. раствор разбавленный, то количество растворителя – воды велико по сравнению с растворенным веществом – CH₃COOH. Тогда можно считать, что не изменяется и является постоянной: . Ее можно внести под знак константы:

- термодинамическая константа диссоциации, выражается только через активности, учитывает взаимодействие между ионами и молекулами H₂O. Применяется для описания реальных растворов. Зависит от Т (увеличивается Т, увеличивается К_д).

Вода – одновременно и растворитель и слабый электролит, способный частично диссоциировать на ионы.

Тогда К_а константа равновесия для воды:

Поскольку H₂O диссоциирует слабо, то концентрация Н₃О⁺ и НО^- мала по сравнению с молекулами H₂O, то считаем, что активность недиссоциированных молекул H₂O не изменяется, остается постоянной и ее можно внести под знак константы:

где K_W - ионное произведение воды (справочная величина K_W = 10^-14).

Величина K_W зависит от Т. При повышении Т значение K_W непрерывно возрастает (при Т=0 – 20 ⁰С величина K_W увеличивается в раз).

Заменим в выражении К_д активности на произведение :

Обозначим

(1)

где К_С – концентрационная (или кажущаяся) константа диссоциации, выражается только через С, не учитывает взаимодействие ионов в растворе, применяется для идеальных растворов (в частности для слабых электролитов).

Величина К_д для слабых кислот зависит от температуры. Но, в отличии от K_W, с повышением Т значение К_д изменяется всего лишь на 3 – 8 %. Причем зависимость К_д от Т (в интервале 0 – 60 ⁰С проходит через max). Т. к. зависит К_д от двух противоположных воздействий: 1) диссоциация протекает с поглощением Q, поэтому увеличение Т увеличивает диссоциацию; 2) с увеличением Т диэлектрическая проницаемость воды уменьшается, поэтому процесс диссоциации уменьшается, и процесс ассоциации ионов увеличивается. Пока преобладает первый фактор К_д увеличивается достигая max, затем начинает преобладать второй фактор и величина К_д уменьшается.

Формула (1) для разбавленных растворов сильных электролитов и для растворов слабых электролитов имеет вид:

1= К_д не зависит от С

для незаряженных

частиц

Выразим величину К_С через общую концентрацию электролита (С) и степень диссоциации (α):

; ;

Тогда

закон разведения Оствальда (1888 г.) (простейшая форма закона).

Суть закона Оствальда: чем меньше С электролита, тем больше его α, причем при бесконечном разведении величина α→1.

Чем выше К_С, тем α меньше. Величина К_С может служить мерой силы кислоты (мерой кислотности).

Умеренно слабые электролиты (H₃PO₄, Ca(OH)₂):

Слабые электролиты (CH₃COOH, NH₄OH):

Очень слабые электролиты (H₂O, C₆H₅OH): .

Если α << 1, то ;

для слабых бинарных электролитов

Выразим закон разведения Оствальда через λ.

Известно, что для слабых электролитов:

для разбавленных электролитов: ,

где , (закон Кольрауша).

Разделим:

для слабых электролитов.

Подставим значения α в уравнение Оствальда:

Получаем еще одну более сложную форму закона Оствальда:

для слабых электролитов

Величину К_С и λ⁰ можно найти графически. После преобразования закона Оствальда получаем:

Строим график в координатах данного уравнения:

Дата добавления: 2014-01-06