強電解質

一般有:強酸強堿,活潑金屬氧化物和大多數(shù)鹽,如:碳酸鈣(CaCO3)、硫酸銅(CuSO4)。也有少部分鹽不是強電解質。

弱電解質

(溶解的部分在水中只能部分電離的化合物,弱電解質是一些具有極性鍵的共價化合物)一般有:弱酸、弱堿,如;醋酸、一水合氨(NH3·H2O),以及少數(shù)鹽,如:醋酸鉛(CH3COOPb)、氯化汞(HgCl2)。另外,水(H2O)是極弱電解質。

1、電解質的鍵型不同,電離程度就不同。已知典型的離子化合物,如強堿〔NaOH、KOH、Ba(OH)2〕、大部分鹽類(NaCl、CaCl2等)以及強極性化合物(如HCl、H2SO4等),在極性水分子作用下能夠全部電離,導電性很強,我們稱這種在水溶液中能夠完全電離的物質為強電解質。而弱極性鍵的共價化合物,如CH3COOH、HCN、NH3·H2O等,在水中僅部分電離,導電性較弱,我們稱這種在水溶液中只能部分電離的物質為弱電解質。所以,從結構的觀點來看,強、弱電解質的區(qū)分是由于鍵型的不同所引起的。但是,僅從鍵型來區(qū)分強、弱電解質是不全面的,即使強極性共價化合物也有屬于弱電解質的情況,HF就是一例。因此,物質在溶液中存在離子的多少,還與其他因素有關。

2、相同類型的共價化合物由于鍵能不同,電離程度也不同。例如,HF、HCl、HBr、HI就其鍵能來說是依次減小的,這可從它們的電負性之差或氣體分子的偶極矩來說明。

從它們分子內核間距的依次增大,分子的鍵能依次減小來看,HF的鍵能最大,分子結合得最牢固,在水溶液中電離最困難。再加上HF分子之間由于形成氫鍵的緣故而有締合作用,雖然在水分子的作用下一部分HF離子化,離解為H3O和F,但離解出來的F很快地又和HF結合成為HF2、H2F3、H3F4等離子。在1 mol/L HF溶液中,F僅占1%,HF2占10%,而大部分都是多分子聚合的離子:H2F3、H3F4……這樣就使HF成為一種弱酸,而HCl、HBr、HI都是強酸。從HCl→HI,它們分子內的核間距依次增大,鍵能依次減小,所以它們的電離度逐漸略有所增大。但是,僅從鍵能大小來區(qū)分強、弱電解質也是片面的,有些鍵能較大的極性化合物也有屬于強電解質的情況。例如,H-Cl的鍵能(431.3 kJ/mol)比H-S的鍵能(365.8 kJ/mol)大,在水溶液中HCl卻比H2S容易電離。

3、電解質的溶解度也直接影響著電解質溶液的導電能力。有些離子化合物,如BaSO4、CaF2等,盡管它們溶于水時全部電離,但它們的溶解度很小,使它們的水溶液的導電能力很弱,但它們在熔融狀態(tài)時導電能力很強,因此仍屬強電解質。

4、電解質溶液的濃度不同,電離程度也不同。溶液越稀,電離度越大。因此,有人認為如鹽酸和硫酸只有在稀溶液中才是強電解質,在濃溶液中,則是弱電解質。由蒸氣壓的測定知道10 mol/L的鹽酸中有0.3%是共價分子,因此10 mol/L的鹽酸中HCl是弱電解質。通常當溶質中以分子狀態(tài)存在的部分少于千分之一時就可認為是強電解質,當然在這里"強"與"弱"之間是沒有嚴格界限的。

5、溶劑的性質也直接影響電解質的強弱。例如,對于離子化合物來說,水和其他極性溶劑的作用主要是削弱晶體中離子間的引力,使之解離。根據(jù)庫侖定律,離子間的引力為:

式中k為靜電力常量,Q1、Q2為離子的電量,r為離子間距離,ε為溶劑的介電常數(shù)。從上式可以看出,離子間引力與溶劑的介電常數(shù)成反比。水的介電常數(shù)ε=81,所以像LiCl、KCl這些離子化合物,在水里易于電離,表現(xiàn)出強電解質的性質。而乙醇和苯等介電常數(shù)較小(乙醇ε=27,苯ε=2),離子化合物在其中難于電離,表現(xiàn)出弱電解質的性質。

因此弱電解質和強電解質,并不是物質在本質上的一種分類,而是由于電解質在溶劑等不同條件下所造成的區(qū)別,彼此之間沒有明顯的界限。

水的電解就是在外電場作用下將水分解為H2(g)和O2(g)。電解是一種非常強有力的促進氧化還原反應的手段,許多很難進行的氧化還原反應,都可以通過電解來實現(xiàn)。例如:可將熔融的氟化物在陽極上氧化成單質氟,熔融的鋰鹽在陰極上還原成金屬鋰。電解工業(yè)在國民經(jīng)濟中具有重要作用,許多有色金屬和稀有金屬的冶煉及金屬的精煉,基本化工產品的制備,還有電鍍、電拋光、陽極氧化等,都是通過電解實現(xiàn)的。

常見的酸、堿、鹽都是電解質。如:碳酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸(醋酸)都是酸,氫氧化鋇、一水合氨、氫氧化銅都是堿,碳酸鈉、碳酸鈣、碳酸氫鈉、硫酸銅晶體都是鹽,它們都是電解質。在上述兩種情況下都不能導電的化合物稱為非電解質,蔗糖、乙醇等都是非電解質(大多數(shù)的有機物都是非電解質)。

判斷一些氧化物是否為電解質,要具體分析。非金屬氧化物,如SO2、SO3、P2O5、CO2等,它們是共價型化合物,液態(tài)時不導電,所以不是電解質。有些氧化物在水溶液中即便能導電,但也不是電解質。因為這些氧化物與水反應生成了新的能導電的物質,溶液中導電的不是原氧化物,如SO2本身不能電離,而它和水反應,生成亞硫酸,亞硫酸為電解質。金屬氧化物,如Na2O,MgO,CaO等是離子化合物,它們在熔融狀態(tài)下能夠導電,因此是電解質。

大多數(shù)鹽類是強電解質,少數(shù)的鹽有形成共價鍵的傾向,電離度很小,屬于弱電解質。例如,氯化汞、碘化鎘等雖然也是由離子組成的,但是Hg和Cd容易被陰離子所極化,而Cl、I等又是容易極化的陰離子,由于陽、陰離子間的相互極化作用,電子云產生較大的變形,引起了鍵的性質的改變,它們的熔點和沸點不如離子晶體那樣高。實驗證明,HgCl2的水溶液幾乎不導電,即使在很稀的溶液中,它的電離度也不超過0.5%。這說明HgCl2在溶液里主要是以分子形式存在的,只有少量的HgCl、Hg和Cl離子。過渡金屬的鹽在水溶液中常出現(xiàn)類似情況。

硫酸鋇難溶于水,溶液中離子濃度很小,其水溶液不導電,似乎為非電解質。但熔融的硫酸鋇卻可以導電。硫酸鋇難溶于水(20 ℃時在水中的溶解度為2.4×10-4 g),溶液中離子濃度很小,其水溶液不導電,但溶于水的那小部分硫酸鋇卻幾乎完全電離(20 ℃時硫酸鋇飽和溶液的電離度為97.5%)。因此,硫酸鋇是電解質。碳酸鈣和硫酸鋇具有相類似的情況,也是電解質。從結構看,對其他難溶鹽,只要是離子型化合物或強極性共價型化合物,盡管難溶,但溶的那部分是完全電離的,所以也是電解質。因為溶解是絕對的,不溶是相對的。沒有絕對不溶的物質。

氫氧化鐵的情況則比較復雜,Fe3+與OH-之間的化學鍵帶有共價性質,它的溶解度比硫酸鋇還要小;而溶于水的部分,其中少部分又有可能形成膠體,其余亦能電離成離子。但氫氧化鐵也是電解質。

氨氣不是電解質,液氨也不是電解質。液氨是純凈物,是處于液態(tài)的純凈物,不是溶解氨氣在水中形成的水溶液-氨水,所以說即使液氨存在NH3+NH3=NH4+ + NH2-這種電離,它也不是電解質。氨水是混合物,也不是電解質(不能納入電解質范疇),上面所說的是一水合氨。氯氣水溶液能導電的原因是:氯氣與水作用,生成HCl和HClO,而HCl和HClO都是電解質,在水溶液中可以發(fā)生電離產生陰陽離子使溶液能導電。其中HCl可以完全電離,是強電解質,HClO只能部分電離,是弱電解質。

注意:單質、混合物不管在水溶液中或熔融狀態(tài)下是否能夠導電,都不是電解質或非電解質。如所有的金屬既不是電解質,也不是非電解質。因它們并不是化合物,不符合電解質的定義。