Elektrolitik dissotsilanish nazariyasi

Elektrolitik dissotsilanish nazariyasi
Bu nazariyani 1887 yilda shved olimi S.Arrenius yaratgan. Uning mohiyati quyidagilardan iborat:
1. Elektrolitlar suvda eriganda musbat va manfiy zaryadli ionlarga ajraladi. Bu jarayonni elektrolitik dissotsiasiya deb ataladi.
2. Elektr toki ta’sirida musbat zaryadli ionlar katodga, manfiy zaryadli ionlar anodga tortiladi. Shu sababli ularni mos ravishda kationlar va anionlar deb ataladi.
3. Dissotsiasiya qaytar jarayondir.
Eritmasi yoki suyuqlanmasi elektr tokini o’tkazadigan moddalarni elektrolitlar deyiladi.Elektrolitlarga tuzlar, kislotalar, asoslarning suvdagi eritmalari kiradi.
Eritmasi elektr tokini o’tkazmaydigan moddalarni noelektrolitlar deyiladi. Noelektrolitlarga kislorod, shakar, spirt, mochevina kabi moddalarning suvdagi eritmalari kiradi.
Arrenius nazariyasining kamchiligi shundaki, u erituvchi va erigan modda zarrachalarining o’zaro ta’sirlashuvini hisobga olmaydi. Vaholanki, eritmada ionlar erkin holda emas, balki gidratlangan holda bo’ladi.
KA nH2O K (H2O)x A - (H2O) n-x
Masalan, vodorod ioni eritmada gidroksoniy ioni holida bo’lishi aniqlangan.
H H2O H3O
NH3 H2O [NH4]OH
Qutbli kovalent bog’lanishli moddalar molekulalaridagi atomlar orasidagi bog’ qutbli suv molekulalari ta’sirida bo’shashadi va dissotsiasiya ro’y beradi.
HCl (g) nH2O H(H 2O) Cl(H2O)- n-1
Erituvchining ionlar orasidagi tortishuv kuchini susaytirish xossasiga dielektrik o’tkazuvchanlik deyiladi. Dielektrik o’tkazuvchanlik shu muhitda zaryadlar orasidagi tortishuv kuchi vakuumdagiga nisbatan necha marta kuchsiz ekanligini ko’rsatadi. Kulon qonuniga binoan e 1 va e 2 zaryadlar orasidagi masofa r bo’lsa, ular orasidagi tortishuv kuchi Q quyidagicha aniqlanadi:
e 1 * e 2
Q = --------
E * r2
E - erituvchining dielektrik o’tkazuvchanligi.
Formuladan ko’rinib turibdiki, ayni erituvchi uchun E qancha katta bo’lsa, tortishuv kuchi shuncha kichik bo’ladi. Suvning dielektirik doimiyligi eng katta (E = 81 ).
6.5.Dissotsialanish darajasi
Ionlarga ajralgan molekulalar sonining umumiy molekulalar soniga nisbati dissotsiyalanish darajasi deyiladi.
n
a= --------
N
a- dissotsialanish darajasi; n-ionlarga ajralgan molekulalar soni; N- umumiy molekulalar soni.
Kuchli elektrolitlar eritmasida molekulalar ionlarga to’la dissotsialangan. Ularda a ning qiymati 30 % dan yuqori bo’ladi. Kuchli elektrolitlarga:
- kuchli kislotalar HCl, HBr, HJ, HNO3, H2SO4, HClO4, HMnO4, H2CrO4,HClO3, H2Cr2O7 lar kiradi;
- kuchli asoslarga I va II guruh metallarining asoslari olnishi mumkin Be(OH)2 va Mg(OH)2 dan tashqari;
- barcha suvda eruvchan tuzlar ham kuchli elektrolitlarga kiradi.Ba’zi elektrolitlarning 0,1 n eritmalari uchun dissotsilanish darajasi quyidagi 12- jadvalda keltirilgan.
Bu qiymatlarga qarab elektrolitlar kuchi to’g’risida xulosa chiqarish mumkin.
Kuchsiz elektrolitlar uchun dissotsiyalanish darajasi 3% dan kam qiymatga ega bo’ladi. Kuchsiz elektrolitlarga:
- barcha organik kislotalar(R-COOH) va asoslar (R-NH2; R2NH ;R3N);
- kuchsiz asoslar (1 va 11 guruh asosiy guruhi metallaridan boshqa barcha metallar gidroksidlari; NH4OH
- ba’zi anorganik kislotalarni : H2S, HNO2, H2SiO3, H2CO3, HClO, HCN, H2SO3 olish mumkin.
12 -jadval.18oS da elektrolitlaning 0,1 n eritmalari uchun dissotsialanish darajasi
-
Elektrolit
|
,%
|
Elektrolit
|
,%
|
H2S
HgCl2
NH4OH
CH3COOH
HF
H3PO4
H2S03
CuSO4
MgSO4
H2SO4
K2SO4
|
0,07
1,0
1,34
1,34
8,5
27
34
38
42
58
72
|
HNO3
HI
HCl
KOH
NaOH
KCl
NaCl
NaNO3
Ba(OH)2
CaCl2
Ca(OH)2
|
92
92
91
91
91
86
86
83
77
75
75
|
13- jadval. Ba’zi elektrolitlarning dissotsilanish konstantalari (25oS da)
Kislotalar
|
k
|
Asoslar
|
k
|
HCN
HNO2
H2S
H2CO3
H3PO4
HCOOH
CH3COOH
|
7,2*10-10
4*10-4
k1=1*10-7
k2=2,5*10-3
k1=4,5*10-7
k2=4,8*10-11
k1=7,1*10-3
k2=6,2*10-8
k3=5*10-10
1,4*10-4
1,74*10-5
|
NH4OH
Ca(OH)2
Zn(OH)2
Pb(OH)2
NH2OH
N2H4
CH3NH2
C6H5NH2
C5H5N
|
1,76*10-5
4*10-2
k1=4,4*10-5
k2=1,5*10-9
k1=9,6*10-4
k2=3*10-8
1*10-3
3*10-6
4,4*10-4
3,8*10-10
1,70*10-9
|
Dissotsialanish jarayoni eritma konsentratsiyasiga, elektrolit tabiatiga va temperaturaga bog’liq. Temperatura ortishi dissotsialanish darajasini qiymati yuqori bo’lishiga olib keladi. Kuchsiz elektrolitlar uchun dissotsialanish darajasi konsentrtasiya kamaysa ortadi(14 jadval).
14- jadval. 25oS da sirka kislota eritmasi uchun dissotsialanish darajasining eritma konsentratsiyasiga bo’g’liqligi
C,M
|
0,2
|
0,1
|
0,05
|
0,01
|
0,005
|
0,001
|
,%
|
0,95
|
1,40
|
1,90
|
4,20
|
6,00
|
12,40
|
Dissotsialanish jarayonini dissotsialanish konstantasi bilan tasniflash mumkin. Kislota va asoslarning dissotsialanish konstantalari 13- jadvalda keltirilgan:
HNO2 = H NO2 –
[H ]*[ NO2 –]
K= ----------------------
[HNO2]
[H ] va [NO2–]- ionlarning molyar konsentratsiyasi;
[HNO2] dissotsiyalanmagan ionlarning konsentratsiyasi.
Dissotsialanish konstantasi o’zgarmas haroratda ionlar konsentratsiyasi ko’paytmasining muvozanatdagi ayni elektrolit konsentratsiyasiga nisbatidir. Harorat (Temperatura) (lot. temperatura - kerakli aralashma, o'rtacha holat) - moddaning holatini issiq-sovuqligini tavsiflaydigan fizik kattalik.
K elektrolit tabiati va haroratga bog’liq. K qiymati qancha kichik bo’lsa elektrolit kuchsiz hisoblanadi. Ba’zi kuchsiz elektrolitlarning dissotsialanish konstantasi qiymati jadvalda keltirilgan.
Dissotsialanish darajasi bilan dissotsialanish konstantasi orasida quyidagi bog’lanish bor:
Agar [ H ]= a*C ; [ NO2 –]= a*C; [HNO2]= (1- a)*C
a*Ca*C a2*C a2*C
K= ---------------= ----------; K=-----------.
( 1 - a)*C 1 - a 1 - a
Bu tenglama Ostvaldning suyultirish qonunini ifodalovchi tenglama deyiladi. a qanchalik katta bo’lsa K ning qiymati ham shuncha yuqori bo’ladi.
Juda kuchsiz elektrolitlar uchun 1 - a = 1 bo’lsa, K= a2*C qiymatga teng bo’ladi.
= K/C; Agar konsentratsiya 100 marta kamaysa, dissotsialanish darajasi 10 marta ortadi.
6.6. Eruvchanlik ko’paytmasi
Qiyin eriydigan moddalarning (CaSO4, AgCl, BaSO4 va boshqalar) to’yingan eritmasida cho’kma bilan erigan modda ionlari o’rtasida muvozanat qaror topadi. Masalan, 25oS da CaSO4 eritmasida:
CaSO4 (q) = Ca2 (s) SO4 2-(s)
[Ca2 ]* [ SO4 2-]
K= ------------------------
[CaSO4]
Kasrning maxrajidagi K* [CaSO4]= K1 o’zgarmas qiymat bo’lib uni
eruvchanlik ko’paytmasi (EK) deyiladi.
Ayni haroratda qiyin eriydigan moddalarning to’yingan eritmasida ionlar konsentratsiyalari ko’paytmasi o’zgarmas son bo’lib shu moddaning eruvchanlik ko’paytmasi deyiladi.
EK- haroratga bog’liq bo’lgan kattalik.
EK= [Ca2 ] *[SO42-]= 2,25*10-4
Juda ko’p moddalar uchun EK qiymati berilgan ( 15- jadval) va u moddalarning eruvchanligini hisoblashlarda ishlatiladi. Quyidagi jadvalga ko’ra eng yomon eriydigan birikma HgS deyish mumkin.
Qator farmatsevtik preparatlar tahlilida cho’ktirish usuli keng qo’llaniladi, bu usul yomon eriydigan moddalarning eruvchanligiga asoslangan. Klinik tahlilda ham peshob tarkibini aniqlashda, oshqozon shirasi tekshirilganda, qon tarkibi va sanitariya- gigiyna tekshiruvlarida cho’ktirish usuli keng ko’lamda ishlatiladi.
15- jadval. 25oS da ba’zi qiyin eruvchan tuzlarning eruvchanlik ko’paytmasi
Birikmalar
|
Eruvchanlik
ko’paytmasi
|
Birikmalar
|
Eruvchanlik
ko’paytmasi
|
CaSO4
CaCO3
BaSO4
AgCl
MnS
AgBr
AgI
|
2,25*10-4
5*10-9
1,1*10-10
1,8*10-10
2,5*10-10
6*10-13
1*10-16
|
Zn(OH)2
FeS
Cu(OH)2
ZnS
CuS
Cu2S
HgS
|
1*10-17
5*10-18
2,2*10-20
1*10-23
6*10-36
1*10-48
1*10-52
|
Moddalarning suvdagi eruvchanligi va uning toksik ta’siri orasida bog’liqlik bor. Agar organizmga Al3 kiritilsa erimaydigan fosfatlar hosil bo’lishi hisobiga raxit paydo bo’ladi.
Ionli reaksiyalar va ionlar muvozanatining siljishi
Barcha elektrolitlar ishtirokida amalga oshadigan reaksiyalar ionlar orasida amalga oshadi. Bunday reaksiyalar ionli reaksiyalardir. Ion almashinish reaksiyalariga quyidagilar kiradi:
-
Neytrallanish reaksiyalari. Kislota va asoslarning o’zaro ta’siri tufayli tuz va suv hosil bo’lish reaksiyasidir:
2NaOH H2SO4=Na2SO4 2H2O (reaksiyaning molekulyar tenglamasi)
2Na 2OH- 2H SO42-=2Na SO42- 2H2O (to’liq ionli tenglama)
OH- H =H2O (qisqartirilgan ionli tenglama)
-
Reaksiya paytida kuchsiz elektrolitlarning hosil bo’lishi ham ion almashinuv reaksiyalari tufayli sodir boladi:
KCN HCl=HCN KCl
K CN- H Cl-=HCN K Cl-
CN- H =HCN
3.Reaksiya davomida yomon eriydigan moddalar hosil bo’lishi yuz bersa:
Na2CO3 CaCl2=CaCO3 2NaCl
2Na CO32- Ca2 2Cl-=CaCO3 2Na 2Cl-
CO32- Ca2 -=CaCO3
4.Ba’zi reaksiyalarda reaksiya boshida olingan cho’kma reaksiya davomida eritmaga o’tishi mumkin. Bu paytda eruvchanlik yaxshilanadi yoki reaksiya davomida gaz modda hosil bo’lishi kuzatiladi.
CaCO3 2HCl =CaCl2 H2O CO2
CaCO3 2H 2Cl- =Ca2 2Cl- H2O CO2
CaCO3 2H =Ca2 - H2O CO2
AgCl 2NH4OH=[Ag(NH3)2]Cl 2H2O
AgCl 2NH4OH=[Ag(NH3)2] Cl- 2H2O
FeS 2HCl=FeCl2 H2S
FeS 2H 2Cl- =Fe2 2CI- H2S
FeS 2H =Fe2 H2S
5.Reaksiya paytida gaz moddalarning hosil bo’lishi orqali ham ion almashinish reaksiyalari yuzaga keladi:
Na2SO3 2HCl=2NaCl H2O SO2
Na2 SO32- 2H 2Cl- =2Na Cl- H2O SO2
SO32- 2H =H2O SO2
6.Reaksiya davomida kompleks birikmalar hosil bo’lsa:
CuCl2 4 NH4OH=[Cu(NH3)4]Cl2 4H2O
2Al 6NaOH 6H2O=2Na3[Al(OH)6] 3H2
2Al 6Na 6OH- 6H2O=6Na [Al(OH)6]3- 3H2
2Al 6OH- 6H2O=[Al(OH)6]3- 3H2
BiI3 KI=K[BiI4]
BiI3 K I-=K [BiI4]-
BiI3 I-=[BiI4]-
Ionlar orasidagi reaksiyalar doimo muvozanatda bo’ladi.Agar sirka kislota eritmasiga nariy asetat qoshilsa muvozanat chapga, ya’ni molekulalar hosil bo’lishi tarafiga qarab siljiydi:
CH3COOH CH3COO- H
Eritmaga kuchsiz elektroliti bilan bir xil ionga ega bo’lgan elektrolit qo’shilsa muvozanat kuchsiz elektrolitning dissotsiyalanish darajasi kamayish tarafiga qarab suriladi.Agar, sirka kislota eritmasiga biror kuchli kislota, masalan, HCl qo’shilsa muvozanat ionlar konsentratsiyasini kamayishi (chapga) tarafiga qarab siljiydi.
Ionlar konsentratsiyasi ortishi uchun bu eritmaga ishqor qo’shish kerak bo’ladi.
Kam eriydigan tuz MnS(q) xlorid kislotada eritilsa erish jarayoni oson sodir bo’ladi: MnS(q) 2 HCl = MnCl2 H2S
MnS(q) 2H = Mn2 H2S
Eruvchanlik ko’paytmasiga ko’ra EK MnS =2,5*10-10 ga teng. KH2S=6*10-22 . Shuning uchun muvozanat o’nga surilgan.
Shunday muvozanat mis sulfidi va xlorid kislota eritmasi orasida sodir bo’lishi kuzatilsa:
CuS(q) 2HCl = CuCl2 H2S
EK CuS= 6*10-36; bu qiymat H2S ning dissotsiyalanish konstantasidan ancha kichik shuning uchun muvozanat bu jarayonda chapga siljigan. Mis sulfidi xlorid kislotasida erimaydi.
Ba’zan gidroliz reaksiyalaridagi muvozanatni siljishiga ham ionlarning qoshilishi ta’sir etadi:
FeCl3 H2OFeOHCl2 HCl
Fe3 3Cl- H2O FeOH2 2Cl- H Cl-
Fe3 H2O FeOH2 H
Muvozanatni o’ngga siljitish uchun suyultirish yoki H ionlarini bog’lash , yani ishqor qo’shish kerak. Muvozanatni chapga surulishi uchun esa eritmadagi H ionlarini ko’paytirish talab etiladi.
Neytrallanish reaksiyalari laboratoriyalarda oshqozon shirasi kislotaligini aniqlashda, xlorid, sulfat, borat kislota kabi anorganik kislotalarni aniqlashda, sirka, benzoy, limon, salitsilga o’xshash organik kislotalarining miqdoriy aniqlash uchun ishlatiladi.
Suvning ion ko’paytmasi
Suv ham kuchsiz elektrolitlarga kiradi. Suv molekulasi oz bo’lsada ionlarga dissotsilanadi:
H2O H OH-
Suv uchun dissotsiyalanish konstantasining qiymati yozilsa:
[H ]*[OH-]
Kd= -------------- = 1,8*10-16 (200S da)
[ H2O]
Agar shu qiymat asosida [H ]*[OH-] ko’paytma topilsa, u suvning ion ko’paytmasi deyiladi.
Kw= [H ]*[OH-]= Kd*[H2O]= 1,8*10-16*1000/18= 1*10-14
Kw – suvning ion ko’paytmasi ; Kd= 1,8*10-16
Agar eritmada vodorod va gidroksil ionlari konsentratsiyasi teng
[H ] =[OH-] bo’lsa muhit neytral hisoblanadi. Bunda [H ]= [OH-] = 10-7 mol/l ga teng bo’ladi.
Agar muhit kislotali bo’lsa vodorod ionlari konsentratsiyasi gidroksil ionlari konsentratsiyasidan dan katta bo’lib [H ] 10-7 bo’ladi.
Agar muhit ishqoriy bo’lsa vodorod ionlari konsentratsiyasi gidroksil ionlari konsentratsiyasidan kichik bo’lib, [H ] 10-7 bo’ladi.
Lekin vodorod ionlari konsentratsiyasi orqali hisoblashlarda juda kichik sonlar ishlatilgani uchun bunday hisoblar anchagina qiyinchiliklar yuzaga keltiradi. Hisoblashlarni osonlashtirish uchun vodorod ko’rsatkich yoki pH qabul qilingan.
Vodorod ko’rsatkich yoki pH deb , vodorod ionlari konsentratsiyasining teskari ishora bilan olingan o’nli logarifmi tushuniladi.
pH = - lg [H ]
Shunga o’xshash pOH= - lg [OH-]
Toza suvning pH qiymati pH= - lg[10-7]= -( -7) lg 10= 7 ga teng.
Hisoblashlarga ko’ra kislotali muhit uchun pH qiymati 0 dan 7 gacha o’zgaradi.
Ishqoriy muhitda esa pH qiymati 7 dan 14 gacha bo’lgan sonlarni qabul qiladi.
[H ]*[OH-]= 10-14 qiymat logarifmlansa , unda pH pOH = 14 ga teng.
Oxirgi tenglama pH ma’lum bo’lsa pOH ni yoki teskarisini topishga imkon beradi.
|