Кучли электролитлар назарияси

Кучли электролитлар назарияси

Кучсиз электролитларниниг ионланиши кимёвий мувозанатга олиб келади ва маълум константа билан тавсифланиши мумкин. Кучли электролитларнинг ионланиши тажрибаларнинг кўрсатишича, массалар таъсири қонунига бўйсунмайди. қандайдир бирор кучли электролитнинг ҳар хил концентрация учун ионланиш даражаси қийматини аниқлаб, ионланиш константасини ҳисобланса, олинган қиймат ўзгарувчан бўлади.

1-жадвал


KCl нинг 18⁰С даги диссоциланиши

Концентрация, С мол/л	2	1	0,5	0,1	0,01
Ионланиш даражаси 	0,712	0,756	0,788	0,862	0,942
Ионланиш константаси К	3,52	2,34	1,46	0,538	0,153

Бошқа кучли электролитларда ҳам ҳар хил концентрацияларда К нинг қиймати доимий бўлмайди. Кучли электролитларнинг кучсиз электролитлардан фарқи шуки, кучли электролитларнинг диссоциланиш константаси бўлмайди.

Кучли электролитлар эритмасининг массалар таъсири қонунига бўйсунмаслиги, Аррениуснинг классик назариясига тамомила зид эканлигининг сабабини кўп вақтгача изоҳлаб бериш мумкин бўлмади. 1923 йилда Дебай ва Гюккел томонидан фанга киритилган кучли электролитлар назарияси бу электролитларнинг табиатини тушунтириб берди. Кучли электролитлар назарияси ионлар ўртасидаги электростатик ўзаро таъсир кучини ҳисобга олади. Кучсиз электролитлар учун ҳар хил зарядланган ионлар ўртасидаги электростатик кучлар таъсири ҳисобга олинмайди. Бунга сабаб, эритмадаги ионлар концентрацияси кичик ва ионлар бир-биридан узоқроқ масофада бўлади. Кучли электролитлар учун ионларнинг концентрацияси юқори бўлиши ва ионлар орасидани масофа қисқа бўлиши хосдир. Шу туфайли кучли электролитлар эритмасида ионлар ўртасидаги тортилиш ва итариш кучлари сезиларли бўлади, кучли электролитларнинг диссоциланиши массалар таъсири қонунидан четлашади.
Ионлар зарядга эга бўлганлиги учун, ҳар бир ион қарама-қарши зарядли ионларни тортади ва бир хил зарядли ионларни итаради. Кулон қонуни бўйича икки электрик зарядланган заррачалар орасидаги ўзаро таъсир кучи (ƒ) ионлар зарядлари (е) қийматлари кўпайтмасига тўғри пропорционал ва ионлар марказлари орасидаги масофанинг квадратига тескари пропорционалдир.

Кучли электролитлар назариясига биноан, кучли электролитлар кучсиз электролитларга қарама-қарши ўлароқ, сувли эритмаларда тўлиқ ионлашган бўлади. Кристалларни рентгенографик текшириш шуни кўрсатдики, кўпчилик тузларнинг фазовий кристалл панжаралари молекулалардан эмас, балки ионлардан ташкил топган, ўз-ўзидан тушунарлики, уларнинг эритмаларида молекулалар бўлмаслиги керак. Бу ҳол кучли электролитларнинг эритмаларда тўлиқ ионланиш хақидаги гепотеза тўғри эканлигини яққол кўрсатади.

Эритмадаги айрим ионнинг харакати тўлиқ эркин бўлмайди, чунки ион тортиш кучи хисобига қарама-қарши зарядли заррачалар билан қуршаб олинган бўлади, яъни ион атмосфераси таъсирида бўлади. Электростатик кучлар таъсири эритмадаги ионлар харакати тезлигини камайишига олиб келади.
Электролитларнинг ионланиш даражаси одатда уларнинг эритмалари электр ўтказувчанлигини ўлчаш орқали топилади. Бордию, кучли электролит эритмасига электродлар туширилиб, электр токи манбаига уланса, бунда мусбат зарядли ионлар катодга, манфий ионлар эса анодга томон харакатланади. Ионли атмосферани ташлаб кетаётган хар бир ионни шу атмосфера орқага тортади ва ионнинг харакат тезлиги камаяди. Шу сабабли вақт бирлиги ичида электродларга электролитнинг 100% диссоциланишига нисбатан олганда кам ионлар келади. Бинобарин, эритмаларнинг электр ўтказувчанлиги бўйича хақиқий ионланиши даражаси эмас, балки кучли электролитларнинг тажрибада аниқланган эффектив ионланиш даражаси аниқланади. Ионлараро кучларнинг секинлаштирувчи таъсири ионларнинг кимёвий реакцияга киришиш хусусиятига хам таъсир этади. Бу хусусиятни белгилаш учун 1907 йилда Льюис фанга активлик тушунчасини киритди.
Ионнинг активлиги деганда, унинг шундай эффектив ёки шартли концентрациясини тушунмоқ керакки, у кимёвий реакцияларда ана шу концентрацияга мувофиқ таъсир кўрсатади.
Кучли электролитлар учун ионлараро кучлар таъсири кучли номоён бўлганлиги учун ионнинг активлиги унинг моляр концентрациясидан кам бўлади.
Активлик тушунчаси билан “активлик коэффициенти” (ƒ) тушунчаси боғлиқдир. Активлик коэффициентини фанга биринчи марта даниялик олим Н.Беррум киритди. Активлик коэффициенти ионларниниг харакатчанлигини камайтирувчи ва уларнинг кимёвий активлигини сусайтиришга сабабчи бўладиган эритмада юз берадиган ходисаларни ифодаловчи катталикдир. Активлик коэффициенти ион активлигининг унинг хақиқий моляр концентрациясига нисбати билан ифодаланади.
ƒ=
Активлик коэффициенти электростатик кучларни ионнинг кимёвий харакат қобилиятига таъсирини ифодалайди. Активлик коэффициенти ƒ<1 бўлса, ионнинг эритмадаги харакати секинлашганини билдиради; ƒ=1 бўлса, ион эритмада ўз хақиқий моляр концентрациясига мутаносиб холда таъсирлаша олади. Бундай холда деб қисоблаш мумкин.
Кучли электролит эритмаларда ионлар активлиги уларнинг моляр концентрациясидан сезиларли фарқланади; шу сабабли хисоблашларда массалар таъсири қонуни тенгламасига ионларнинг моляр концентрациялари киритилмай, уларнинг активликлари ёзилиши керак.
Ионларнинг активлик коэффициенти фақат кучли электролитнинг концентрациясига боғлиқ бўлмай, шунингдек эритмада иштирок этувчи хамма бошқа ионлар концентрациясига хам боғлиқдир. Эритмадаги барча ионлар ўртасидаги электростатик ўзаро таъсирнинг ўлчови хисобланган эритманинг электр майдони катталиги эритманиниг ион кучи деб номлаш қабул қилинган. Эритма ион кучи 1921 йил Г.Н.Льюис ва М.Рендел томонларидан таклиф қилинган формула бўйича хисобланади:

бу ерда, C₁, C₂, C₃, C_n – эритмадаги айрим ионларнинг моляр концентрациялари:
Z ₁², Z ₂², Z₃², Z_n² – квадратда олинган ионларнинг заряди.
Эритманинг ион кучи ионлар концентрацияларини улар зарядлари квадратига кўпайтмалари йиғиндисининг ярмига тенгдир.



Мисол. 1 литрда 0,005 мол мис(II)-нитрат Cu(NO₃)₂ ва 0,001 мол алюминий сульфат Al₂(SO₄)₃ сақловчи эритманинг ион кучини хисобланг.
Ечиш: Cu(NO₃)₂ Cu²⁺+2NO₃^- ; Al₂(SO₄)₃ 2Al³⁺+3SO₄^2-



Эритманинг ион кучи билан кативлик коэффициенти ўртасидаги математик боғланишни 1923 йилда П.Дебай ва Е.Гюккел топган эритманиниг концентрациясига қараб, бу боғланиш турли формулалар билан ифодаланади. Суюлтирилган эритмалар (0,01-0,05 N)учун қуйидаги формуладан фойдаланилади.

Концентрланган эритмалар (0,1-0,5N) учун формула (2.13) мураккаблашади:

Ионланиш константаси тенгламасидаги мувозанат концентрациялари ўрнига ионлар активликлари қўйилса, кучли электролитлар эритмаларига, кучсиз электролитларнинг концентрланган эритмаларига ва кучли электролитлар иштирокидаги кучсиз электролитлар эритмаларига таалуқли тенглама келиб чиқади. Kt₂ An₃ кўринишдаги кучли электролитнинг ионланиш константаси тенгламасидаги мувозанат концентрациялари ўрнига ионлар активликлари қўйилса:

келиб чиқади. Активликлар билан ифодаланган электролитик диссоциланиш константаси (2.15) ҳақиқий ёки термодинамик константа деб аталади. Термодинамик константа қийматидан фойдаланиб эритмадаги ионлар активликларини топиш ва бошқа бир қатор масалаларни ҳал қилиш мумкин.