Elektrolytická disociácia

Šablóna:Spojiť s Nemýliť s: Rozpúšťanie

Elektrolytická disociácia je rozklad elektroneutrálnych molekúl na kladne nabité ióny (katióny) a záporne nabité ióny (anióny). Teóriu elektrolytickej disociácie vyvinul Svante Arrhenius v rokoch 1883 až 1887, pričom na ňu naviazal svoju Arrheniovu teóriu kyselín a zásad.

Elektrolytická disociácia iónovej zlúčeniny chloridu sodného by bola zapísaná:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{s})⟶\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q})$

Elektrolytická disociácia polárnej zlúčeniny kyseliny sírovej bybola zapísaná:

$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4(\mathrm{l})⟶2\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}(\mathrm{a}\mathrm{q})$

Všeobecný zápis elektrolyckej disociácie binárneho elektrolytu $B_{{\nu }^{+}}{A}_{{\nu }^{-}}$je možné popísať stechiometrickou rovnicou:

$B_{{\nu }_{+}}{A}_{{\nu }_{-}}⟶{\nu }_{+}{B}^{z+}+{\nu }_{-}{A}^{z-}$

kde ${\nu }_{+}$ a ${\nu }_{-}$ sú stechiometrické koeficienty, $z$ je nábojové číslo.

Mechanizmy elektrolytickej disociácie

Podľa východzej štruktúry chemickej látky sa rozlišujú dva mechanizmy elektrolytickej disociácie: elektrolytická disociácie iónových kryštálov a elektrolytická disociácia polárnych molekúl.

Elektrolytická disociácia iónových kryštálov

Elektrolytická disociácia iónových kryštálov (ako sú soli (NaCl), hydroxidy (KOH)) je založená na interakcii polárnych molekúl rozpúšťadla s iónmi v kryštálovej štruktúre látky. Táto interakcia oslabí iónové väzby iónov v kryštáli natoľko, že dôjde ku uvoľneniu povrchových iónov kryštálu do roztoku medzi molekuly rozpúšťadla.

Elektrolytická disociácia polárnych molekúl

Polárne látky, ktoré podliehajú elektrolytickej disociácii, obsahujú vo svojej chemickej štruktúre kovalentnú väzbu, ktorá je veľmi polárna. Vplyvom diólov rozpúšťadla dôjde ku takému zväčšeniu polarizácie tejto väzby, že väzba sa rozštiepi. Tým vznikne katión a anión, dôjde teda ku tzv. ionizácii (vznik iónov zo zlúčenín s polárnymi kovalentnými väzbami pri ich interakcii s polárnymi rozpúšťadlami).

Solvatácia

Viac v článku: Solvatácia

Druhým krokom elektrolytickej disociácie je solvatácia, čiže tvorba väzby (interakcie) medzi molekulami rozpúštadla a iónov v roztoku. V prípade vodných roztokov hovoríme o hydratácii. Ióny v roztoku sa nenachádzajú samotné, sú obklopené molekulami rozpúšťadla a je medzi nimi určitá miera interakcie (interakcia ión-dipól), resp. až kovalentná (koordinačná) väzba.

Naviazaním molekúl rozpúšťadla na ión vzniká okolo iónu solvatačný obal iónu. V prípade vodných roztokov sa solvatačný obal iónu nazýva hydratačný obal iónu.

K solvatácii dochádza v dôsledku exotermických procesov vzniku väzieb a interakcií medzi iónmi a molekulami rozpúšťadla. Solvatácia je samovoľný proces.

Príčiny elektrolytickej disociácie

Elektrostatická príčina elektrolytickej disociácie

Uvoľňovanie iónov z kryštálovej štruktúry iónovej zlúčeniny je založené na zmene relatívnej permitivity prostredia, v ktorom sa ióny nachádzajú v roztoku a v kryštáli: relatívne permitivity kryštálov sú rádovo desaťkrát menšie ako relatívna permitivita vody, čoho dôsledkom je, že elektrická sila pôsobiaa medzi iónmi je desaťkrát slašia, čo vyplýva z Coulombovho zákona.

Relatívna permitivita chloridu sodného: ${ϵ}_r(NaCl,s)=5.77$

Relatívna permitivita čistej vody ${ϵ}_r(H_{2}O,l)=81$

Elektrická sila pôsobiaca medzi iónmi je nepriamo úmerná relatívnej permitivite (podľa Coulombovho zákona):

$E\propto \frac{1}{{ϵ}_r}$

čiže čím väčšia permitivita, tým slabšia elektrická interakcia medzi medzi iónmi.

Predstava je tá, že vplyvom termálnych a kvantovo mechanických oscilácii iónov okolo rovnovážnej polohy iónov dôjde ku lokálnemu priblíženiu iónov rovnakého náboja, čím vzrastie elektrické odpudzovanie na takú mieru, že sa prerušia iónové väzby iónu, ktorý je na povrchu kryštálu a dôjde k jeho vystreleniu z kryštálu do roztoku. To spôsobí nabitie roztoku na náboj rovný náboju vystreleného iónu a kryštál sa nabije rovnakým nábojom opačného znamienka, čo vyvolá vystrelenie protiiónu z krštálu do roztoku a ustanoveniu podmienky elektroneutrality. Spontánnosť tohto procesu je daná zmenou elektrických síl pôsobiacich medzi iónmi v roztoku a v kryštáli: v roztoku pôsobia medzi iónmi rádovo desaťkrát slabšie elektrické sily. Navyše, v roztoku sú ióny ďalej od seba, čo ďalej oslabuje vzájomné pôsobenie.

Entropická príčina elektrolytickej disociácie

Entropická príčina elektrolytickej disociácie je založená na zmene miery neusporiadanosti systému pri elektrolytickej disociácii elektrolytu. V kryštálovej štruktúre je vysoká miera usporiadanosti (nízka miera neusporiadanosti). Vplyvom elektrolytickej disociácie iónovej zlúčeniny dôjde pri prechode iónov z kryštálu do roztoku ku významnému zvýšeniu neusporiadanosti dôsledkom čoho je samovoľný priebeh elektrolytickej disociácie.

Pozri aj

• elektrolyt
• polyelektrolyt
• stechiometrický koeficient
• solvatácia
• hydratácia
• solvatačný obal
• hydratačný obal