Степень диссоциации

Степень диссоциации (обозначается греческой буквой α) представляет собой долю молекул электролита, которые в растворе подверглись распаду на ионы. Этот параметр является безразмерной величиной и изменяется в пределах от 0 до 1. При α = 0 вещество в растворе полностью находится в молекулярной форме и не диссоциирует, при α = 1 диссоциация является полной и все молекулы переходят в ионное состояние.

Значение степени диссоциации зависит от природы вещества, концентрации раствора, температуры, состава растворителя и ряда внешних факторов.

Математическое выражение

Пусть растворённое вещество имеет количество вещества n₀. При диссоциации распадается часть молекул nᵢ. Тогда степень диссоциации определяется соотношением:

$$ \alpha = \frac{nᵢ}{n₀} $$

В практических расчетах часто используют концентрации:

$$ \alpha = \frac{Cᵢ}{C₀} $$

где C₀ — исходная молярная концентрация электролита, Cᵢ — концентрация ионов, образовавшихся в результате диссоциации.

Классификация электролитов по степени диссоциации

  • Сильные электролиты (кислоты HCl, HNO₃, сильные основания NaOH, KOH, соли NaCl, KBr) характеризуются α, близкой к единице. В водных растворах они практически полностью диссоциированы.
  • Средние электролиты имеют степень диссоциации порядка 20–70 %, что соответствует α = 0,2–0,7.
  • Слабые электролиты (уксусная кислота, NH₄OH, HF) диссоциируют лишь частично, α у них мала и обычно не превышает 5–10 %.

Влияние концентрации

Зависимость степени диссоциации от концентрации раствора выражается следующим образом: при разбавлении раствора α возрастает. Это объясняется уменьшением ионной силы среды и ослаблением межионных взаимодействий. В сильно разбавленных растворах слабых электролитов степень диссоциации может возрастать в десятки раз по сравнению с концентрированными растворами.

Влияние природы растворителя

Растворитель оказывает решающее влияние на степень диссоциации. Полярные растворители, такие как вода, благодаря высокой диэлектрической проницаемости экранируют силы кулоновского взаимодействия между ионами и способствуют их устойчивому существованию в растворе. Неполярные растворители (бензол, гексан) практически не обеспечивают диссоциацию электролитов.

Влияние температуры

С увеличением температуры α, как правило, возрастает, поскольку процесс диссоциации является эндотермическим. Дополнительное тепловое движение молекул способствует разрушению межмолекулярных связей и облегчает образование ионов.

Экспериментальное определение

Степень диссоциации можно определить с использованием различных методов:

  • электропроводность растворов — измерение удельной или молярной проводимости;
  • осмотические методы — определение коллигативных свойств (осмотического давления, понижения давления пара, повышения температуры кипения, понижения температуры замерзания);
  • тепловые методы — измерение теплового эффекта разбавления;
  • спектральные методы — анализ спектров поглощения ионов в растворе.

Особенно широко применяется метод электропроводности. Молярная проводимость раствора связана со степенью диссоциации через уравнение Оствальда:

Λc = α ⋅ Λ0

где Λc — молярная проводимость при данной концентрации, Λ₀ — молярная проводимость при бесконечном разбавлении.

Закон разбавления Оствальда

Для слабых электролитов степень диссоциации подчиняется закону разбавления:

$$ K_d = \frac{C \alpha^2}{1 - \alpha} $$

где K_d — константа диссоциации, C — концентрация раствора.

Это выражение позволяет рассчитать α для слабых электролитов при известных значениях константы и концентрации.

Практическое значение

Степень диссоциации определяет такие свойства растворов, как электропроводность, силу кислот и оснований, интенсивность химических реакций и величину коллигативных свойств. Она играет ключевую роль в биохимических и физиологических процессах, в технологии электролитических производств, в анализе растворов и в промышленной химии.

Знание и учет степени диссоциации является основой для описания поведения электролитов и для построения современной теории растворов.

Оглавление