Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał Wydrukuj

W 1903 roku wiedza ta zasługiwała na Nagrodę Nobla. Teoria dysocjacji opisana przez Svantego Arrheniusa pozwoliła wyjaśnić wiele zjawisk chemicznych i fizycznych. Zbadajmy zatem, czy roztwory kwasów przewodzą prąd elektryczny i jaki ma to związek z ich budową.

RFl94BaJXhsno1
Stosowany w zdecydowanej większości samochodów akumulator kwasowo-ołowiowy zgodnie ze swoją nazwą wykorzystuje w charakterze elektrolitu kwas – a konkretnie około 35-procentowy roztwór kwasu siarkowego
Już wiesz
  • dlaczego wodne roztwory wodorotlenków przewodzą prąd elektryczny;

  • jak zapisać równania procesu dysocjacji elektrolitycznej zasad oraz przedstawiać ten proces za pomocą modeli.

Nauczysz się
  • wyjaśniać, dlaczego wodne roztwory kwasów przewodzą prąd elektryczny;

  • definiować pojęcie kwasów według teorii dysocjacji elektrolitycznej;

  • zapisywać równania dysocjacji elektrolitycznej kwasów oraz przedstawiać ten proces za pomocą modeli.

iRI899a7b1_d5e147

1. Badanie przewodnictwa prądu elektrycznego przez kwasy

Polecenie 1

Zbadaj przewodzenie prądu elektrycznego przez kwasy. Wstaw próbki do układu elektrycznego, zamykając w ten sposób obwód. Obserwuj, czy żarówka się świeci, czy nie.

R1NdLeQlgXgln1
Aplikacja interaktywna ilustrująca 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.
Badanie przewodnictwa prądu elektrycznego przez kwasy – symulacja

Podsumowanie doświadczenia (symulacji)
Woda destylowana nie przewodzi prądu. Przez pozostałe roztwory przepływa prąd elektryczny, o czym świadczy świecenie żarówki. 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.

Polecenie 2

Zaplanuj i przeprowadź doświadczenie pozwalające zbadać, czy woda destylowana, woda gazowana (bardzo rozcieńczonym roztwór kwasu węglowego) i dowolny kwas nieorganiczny są przewodnikami prądu elektrycznego.

Wskazówka

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.

iRI899a7b1_d5e268

2. Dysocjacja elektrolityczna kwasów beztlenowych

R1HLIRFfJJnw11
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. Zmiana planszy. 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. Zmiana planszy. 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. Zmiana planszy. 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.

Niektóre kwasy, jak np. solny, dysocjują całkowicie, to znaczy, że w roztworze wodnym kwasu solnego nie ma cząsteczek HCl, są tylko jony H+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+S2-. Elektrolity takie nazywamy słabymi. W przypadku takich kwasów stosuje się strzałkę podwójną .

R1BQLRBJTgfax1

Kwasy beztlenowe dysocjują na: kationy wodoru (jony dodatnie) i aniony reszty kwasowej (jony ujemne), np. Cl- (anion chlorkowy), S2- (anion siarczkowy), F- (anion fluorkowy).

iRI899a7b1_d5e317

3. Dysocjacja elektrolityczna kwasów tlenowych

Polecenie 3

Wykonaj z plasteliny i patyczków lub papieru kolorowego uproszczone modele procesu dysocjacji kwasu azotowego(V) i kwasu siarkowego(VI).

Wskazówka

Kwasy tlenowe dysocjują na kation lub kationy wodoru i anion bądź aniony reszty kwasowej.

Rc1wfCFj5bJWA1
Uproszczony modelowy schemat procesu dysocjacji kwasu azotowego(V)
HNO3 H2O H+NO3-

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.

RJX1yNHzGbeuU1
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-
Ciekawostka

Kwasy zawierające dwa lub więcej atomów 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-

Kwasy tlenowe dysocjują na: kationy wodoru (jony dodatnie) i aniony reszty kwasowej (jony ujemne). Jeśli zachodzi taka konieczność, w nazwie anionu podajemy wartościowość niemetalu charakterystyczną dla danego kwasu.

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-

RQGmHjKuKJEFG
Uproszczony schemat równania procesu dysocjacji kwasu siarkowego(IV)
Uproszczony schemat procesu dysocjacji kwasu siarkowego(IV)
RHtys4aO0pUxE1
Uproszczony schemat procesu dysocjacji kwasu fosforowego(V)

Teorię rozpadu substancji na jony opracował Svante Arrhenius (czyt. svante arhinius). Zgodnie z nią kwasamikwasykwasami nazywamy związki chemiczne, które w roztworze wodnym dysocjują na kationy wodoru i aniony reszt kwasowych:

Hn  H2O  nH+ + Rn-

gdzie:
R – reszta kwasowa,
n – liczba atomów wodoru w cząsteczce kwasu (wartościowość reszty kwasowej).
Ładunek anionu reszty kwasowej jest równy liczbie kationów wodoru, które można oderwać od cząsteczki kwasu.

iRI899a7b1_d5e421

Podsumowanie

  • Wodne roztwory kwasów przewodzą prąd elektryczny, ponieważ w ich roztworach są obecne jony: kationy wodoru i aniony reszt kwasowych.

  • Kation wodoru ma zawsze ładunek jednododatni.

  • Nie wszystkie elektrolity w jednakowym stopniu rozpadają się na jony.

  • Mocne kwasy są całkowicie zdysocjowane, natomiast w roztworach słabych kwasów znajdują się także cząsteczki niezdysocjowane.

Praca domowa
Polecenie 4.1

Opracuj w odpowiednim programie animację ilustrującą proces dysocjacji elektrolitycznej kwasu siarkowego(IV).

Polecenie 4.2

Nagraj film z komentarzem, wyjaśniający, na czym polega proces dysocjacji elektrolitycznej kwasów i zasad.

iRI899a7b1_d5e480

Słowniczek

kwasy
kwasy

(według teorii Arrheniusa) związki, które pod wpływem wody ulegają dysocjacji na kationy wodoru i aniony reszty kwasowej

iRI899a7b1_d5e522

Zadania

Ćwiczenie 1
R17sWmYhMfzsz1
zadanie interaktywne

Rozwiąż zadanie.

Ćwiczenie 2
RZwoNCoFBK7sJ1
Zadanie 2
Ćwiczenie 3
RDXZD6MKUQEmO1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 4
RTJwIlBgySrHC1
zadanie interaktywne

Rozwiąż zadanie.

Ćwiczenie 5
R1LaVb0rcgvbw1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 6
R95HRWejXn60l1
zadanie interaktywne