Dysocjacja elektrolityczna kwasów w wodzie destylowanej
- Szczegóły
Teoria dysocjacji opisana przez Svantego Arrheniusa pozwoliła wyjaśnić wiele zjawisk chemicznych i fizycznych. W 1903 roku wiedza ta zasługiwała na Nagrodę Nobla.
Przewodnictwo elektryczne kwasów
Roztwory wodne kwasów przewodzą prąd elektryczny - znajdują się w nich jony, które są nośnikami ładunku elektrycznego. Woda destylowana jest nieelektrolitem, a kwasy, podobnie jak zasady, są elektrolitami. Wynik doświadczenia świadczy o obecności w roztworach kwasów cząstek obdarzonych ładunkami elektrycznymi.
Badanie przewodnictwa prądu elektrycznego przez kwasy - symulacja
Aplikacja interaktywna ilustruje zdolność kwasów do przewodzenia prądu elektrycznego. Po lewej stronie okna znajduje się rysunek obwodu składającego się z baterii płaskiej oraz diody świecącej. Dodatni biegun baterii połączony jest z lewą nóżką diody przewodami z zaciskami na końcach, tak zwanymi krokodylkami. Od ujemnego bieguna baterii oraz prawej nóżki diody odchodzą kolejne dwa przewody, których przeciwległe końce zbliżają się do siebie w centralnej części okna aplikacji, ale się nie stykają. Po prawej stronie znajdują się cztery symbolicznie przedstawione zlewki oznaczone symbolami znajdujących się wewnątrz nich substancji: H2O, HCl, H2SO4 oraz HNO3. Kliknięcie i przeciągnięcie którejś zlewki w obszar pomiędzy wolnymi końcami przewodów powoduje włączenie jej do obwodu. Jeżeli dokona się tego ze zlewką oznaczoną wzorem wody, to reakcji nie będzie. W przypadku kwasu solnego, siarkowego i azotowego efektem będzie zaświecenie się diody.
Podsumowanie doświadczenia (symulacji):
- Woda destylowana nie przewodzi prądu.
- Przez pozostałe roztwory przepływa prąd elektryczny, o czym świadczy świecenie żarówki.
Doświadczenie - przewodnictwo prądu elektrycznego
Zaplanuj i przeprowadź doświadczenie pozwalające zbadać, czy woda destylowana, woda gazowana (bardzo rozcieńczonym roztwór kwasu węglowego) i dowolny kwas nieorganiczny są przewodnikami prądu elektrycznego.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
Pamiętaj o środkach bezpieczeństwa obowiązujących podczas pracy z kwasami. W przypadku samodzielnego montażu zestawu do badania przewodzenia prądu elektrycznego przygotuj: płaską baterię 4,5 V, żarówkę w oprawce lub diodę, przewody. Po badaniu roztworu kwasu każdorazowo przepłucz końcówki (elektrody) wodą.
Dysocjacja elektrolityczna kwasów beztlenowych
Kwasy beztlenowe dysocjują na:
- kationy wodoru (jony dodatnie)
- aniony reszty kwasowej (jony ujemne), np. Cl- (anion chlorkowy), S2- (anion siarczkowy), F- (anion fluorkowy).
Niektóre kwasy, jak np. solny, dysocjują całkowicie, to znaczy, że w roztworze wodnym kwasu solnego nie ma cząsteczek HCl, są tylko jony H+ i Cl-. Takie elektrolity nazywamy mocnymi. Strzałka → wskazuje na to, że proces dysocjacji przebiega jednokierunkowo.
Jedna cząsteczka kwasu siarkowodorowego dysocjuje na dwa kationy wodoru H+ i jeden anion siarczkowy S2-. Jest to proces odwracalny - cząsteczki rozpadają się na jony, które mogą się ponownie łączyć, tworząc cząsteczki. W równaniach reakcji chemicznych reakcję odwracalną oznaczamy ⇄.
Kwas siarkowodorowy w roztworze wodnym jest nie w pełni zdysocjowany. Oznacza to, że zawiera zarówno cząsteczki H2S, jak i jony H+i S2-. Elektrolity takie nazywamy słabymi. W przypadku takich kwasów stosuje się strzałkę podwójną ⇄.
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
Fontanna chlorowodorowa - przykład dysocjacji kwasu beztlenowego
Nagranie rozpoczyna animacja przedstawiająca eksperyment znany pod nazwą fontanny chlorowodorowej. Na drewnianym blacie stoi duże szklane naczynie, krystalizator, napełnione wodą zabarwioną na pomarańczowo żółty kolor, czyli zawierająca oranż metylowy pełniący rolę wskaźnika. W wodzie zanurzona jest rurka połączona szczelnie z odwróconą do góry dnem kolbką zawierającą gazowy chlorowodór. Woda jest gwałtownie wciągana do wnętrza kolby, gdzie zmienia kolor na czerwony. Na ekranie pojawia się lupa, która zostaje przesunięta na kolbę, a następnie powiększa się, wypełniając ekran. W jej szkiełku widoczne są kuliste modele cząsteczek. Animacja modeli wypełnia ekran. W centralnej części widoczne są dwie cząsteczki HCl otoczone przez kilkanaście dipolowych modeli wody z zaznaczonymi ładunkami dodatnim pomiędzy atomami wodoru i ujemnym po przeciwległej stronie atomu tlenu. Każdą cząsteczkę chlorowodoru otacza po sześć cząsteczek wody.
Nowa plansza przedstawia stan, w którym po lewej stronie osiem dipoli wody otacza dodatni jon wodoru, a po prawej osiem dipoli wody otacza ujemny jon chloru. W obu przypadkach cząsteczki zwrócone są do danego jonu stronami o ładunku przeciwnym do ładunku jonu. Dipole oddalają się od jonów rozluźniając tworzone przez siebie pierścienie.
Na nowej planszy po lewej stronie znajduje się rysunek kolby z rurką i napisem HCl w stanie gazowym. Nad kolbą znajduje się czarna elipsa z jasnym wypełnieniem pełniąca rolę komiksowego dymku. W dymku tym znajduje się model obojętnej elektrycznie cząsteczki HCl. Po prawej stronie planszy znajduje się rysunek kolby z rurką zanurzoną w zlewce z wodą. Wewnątrz kolby trwa proces rozpuszczania chlorowodoru w wodzie i widoczna jest czerwona fontanna. Kolba podpisana jest HCl rozpuszczone w wodzie. Powyżej rysunku znajduje się druga, znacznie większa elipsa dymek w której znajduje się rysunkowe przedstawienie modeli jonów H plus i Cl minus otoczonych pierścieniami złożonymi z ośmiu dipoli wody ustawionych do jonów przeciwstawnymi do nich ładunkami.
Na ekranie pojawia się stopniowo schemat dysocjacji w którym cząsteczki i jony przedstawione są w postaci modeli: cząsteczka chlorowodoru w obecności wody przechodzi w dodatni jon wodoru oraz ujemny jon chloru. Schemat znika i zostaje zastąpiony sumarycznym zapisem reakcji: HCl w obecności H2O przechodzi w H plus oraz Cl minus.
Dysocjacja elektrolityczna kwasów tlenowych
Kwasy tlenowe dysocjują na:
Przeczytaj także: Woda mineralna Józef: Zalety
- kationy wodoru (jony dodatnie)
- aniony reszty kwasowej (jony ujemne). Jeśli zachodzi taka konieczność, w nazwie anionu podajemy wartościowość niemetalu charakterystyczną dla danego kwasu.
Modelowy schemat procesu dysocjacji kwasu azotowego(V)
Kwas azotowy(V) pod wpływem wody dysocjuje na kation wodoru i anion azotanowy(V). Należy pamiętać, że zarówno kationy wodoru, jak i aniony azotanowe(V) w roztworze wodnym są otoczone cząsteczkami wody.
HNO3 →H2O H++ NO3-
Modelowy schemat procesu dysocjacji kwasu siarkowego(VI)
Jedna cząsteczka kwasu siarkowego(VI) ulega dysocjacji, czyli rozpada się pod wpływem wody na dwa kationy wodoru i anion siarczanowy(VI). Zarówno kationy wodoru, jak i aniony siarczanowe(VI) w roztworze wodnym są otoczone cząsteczkami wody.
H2SO4 → H2O 2H++ SO42-
Kwasy zawierające dwa lub więcej atomów wodoru w cząsteczce dysocjują wielostopniowo. Dysocjacja w pierwszym etapie przebiega najłatwiej:
- I stopień dysocjacji H2SO4 → H2O H++ HSO4-
- II stopień dysocjacji HSO4- → H2O H++ SO42-
- Sumarycznie: H2SO4 → H2O 2H++ SO42-
Tabela: Kwasy tlenowe i aniony reszt kwasowych
| Kwas | Anion kwasu |
|---|---|
| węglowy H2CO3 | anion węglanowy CO32- |
| siarkowy(IV) H2SO3 | anion siarczanowy(IV) SO32- |
| siarkowy(VI) H2SO4 | anion siarczanowy(VI) SO42- |
Wykonaj z plasteliny i patyczków lub papieru kolorowego uproszczone modele procesu dysocjacji kwasu azotowego(V) i kwasu siarkowego(VI).
Kwasy tlenowe dysocjują na kation lub kationy wodoru i anion bądź aniony reszty kwasowej.
tags: #woda #destylowana #stężony #h2so4 #reakcja
