5.   Równowagi jonowe w roztworach

5.1   Dysocjacja elektrolityczna

Dysocjacją elektrolityczną nazywamy rozpad substancji na jony pod wpływem rozpuszczalnika. W wyniku tego procesu powstaje roztwór przewodzący prąd. Substancje ulegające dysocjacji elektrolitycznej nazywamy elektrolitami.

Przewodnictwo elektrolitu jest przewodnictwem jonowym związanym z ruchem kationów i anionów w polu elektrycznym.

Rys.5.1 przedstawia proces dysocjacji cząsteczki chlorowodoru w rozpuszczalniku polarnym jakim jest woda. W cząsteczce chlorowodoru atom wodoru związany jest z chlorem silnie spolaryzowanym wiązaniem atomowym (I.3.2.2). Wprowadzenie chlorowodoru do wody prowadzi do orientacji polarnych cząsteczek  wokół cząsteczek HCl .Następuje rozerwanie wiązania wodór-chlor i utworzenie uwodnionych jonów i . Powstaje w ten sposób wodny roztwór kwasu solnego.

Rys.5.1. Dysocjacja chlorowodoru w wodzie.

Proces dysocjacji chlorowodoru możemy zapisać w postaci równania chemicznego:

(5.01)             

Zdolność substancji do dysocjacji zależy od jej polarności oraz polarności rozpuszczalnika. Im silniej jest spolaryzowana cząsteczka tym łatwiej  ulega ona rozpadowi na jony w rozpuszczalniku polarnym. Chlorowodór jest cząsteczką bardzo silnie spolaryzowaną. W wodzie praktycznie całkowicie rozpada się na jony i stąd w równaniu (5.01) dysocjację HCl przedstawiono jako reakcję nieodwracalną, zachodzącą tylko w jednym kierunku, w kierunku tworzenia jonów i .

Nie wszystkie substancje  rozpadają się w jednakowym stopniu na jony. Niektóre cząsteczki o silnych, słabo spolaryzowanych wiązaniach atomowych w ogóle nie ulegają dysocjacji. Nazywamy je nieelektrolitami. Przykładem mogą być cząsteczki cukru. 

Część cząsteczek rozpada się częściowo na jony i proces ten można ogólnie opisać równowagą chemiczną:

(5.02)                         

Równowaga opisaną reakcją (5.02) jest równowagą dysocjacji. Stała równowagi (IV.2.2) tej reakcji:

Stała dysocjacji

(5.03)                         

nosi nazwę stałej dysocjacji. Im większa wartość  tym bardziej substancja jest zdysocjowana w roztworze. W tablicy 5.1. podano przykłady równowag jonowych oraz stałych dysocjacji elektrolitów w roztworach wodnych.

Tablica 5.1

Istnieje jeszcze jeden sposób wyrażania zdolności substancji do dysocjacji w danym rozpuszczalniku. Jest nim stopień dysocjacji.

Stopniem dysocjacji nazywamy stosunek ilości cząsteczek substancji które rozpadły się na jony do całkowitej (rozpuszczonej) ilości cząsteczek:

(5.04)                                     

Ilość cząsteczek w równaniu (5.04) można zastąpić ilością moli n:

(5.05)                                     

Stopień dysocjacji jest liczbą bezwymiarową mieszczącą się w przedziale . Można go również wyrazić w procentach:

(5.06)                                     

Elektrolity mocne i słabe

Elektrolity o wartości a zbliżonej do jedności nazywamy elektrolitami mocnymi. Elektrolity słabe to elektrolity których a jest bardzo małe, na ogół mniejsze od 0,1.