78
10. ВОДА – РАСТВОРИТЕЛЬ ВЕЩЕСТВ.
М. Фарадей (1833 г), изучая действие электрического тока на растворы ряда
веществ, обнаружил, что есть вещества, растворы которых проводят электрический
ток, и есть вещества, растворы которых не проводят электрического тока. Первые
он назвал электролитами, а вторые – неэлектролитами.
В 1857 г. Клаузиус предположил, что молекулы растворенных в воде веществ
при столкновении распадаются на ионы и что небольшое количество свободных
ионов имеется в растворе независимо от того, пропущен ли через него ток или нет.
Такое предположение согласуется с опытом, показывающим, что электрический
ток проходит через раствор, как бы ни была мала наложенная разность
потенциалов (абзац заимствован из [20]).
К
концу 18-го
века
уже
накопилось
достаточное
количество
экспериментальных данных свидетельствующих о том, что безводные кислоты не
проводят тока. В 1878 г. Р.Э. Ленц провел фундаментальные исследования
электропроводимости водных растворов целого ряда кислот. Им был поставлен
вопрос, что происходит с веществом при растворении? Например, жидкий
хлористый водород не проводит тока, тогда как соляная кислота - прекрасный
проводник.
В 1887г. Аррениус выдвинул гипотезу электролитической ионизации, смысл
которой состоял в том, что молекулы кислот, оснований и солей в водном растворе
частично распадаются на самостоятельные ионы, которые обеспечивают
электропроводность раствора, однако механизм образования ионов в воде не
рассматривался. Оствальд (1853-1932), много лет занимавшийся кислотами и
основаниями и обративший внимание на каталитическое действие кислот,
поддержал гипотезу Аррениуса.
В результате этих и последующих многочисленных работ, появилась ионная
теория кислот и оснований. Кислотами стали называть соединения, при
диссоциации которых образуются ионы водорода, и одним из важных признаков
кислот стали считать их каталитическую активность. Основаниями являются
соединения, при диссоциации которых образуются ионы гидроксила. Было
установлено, что электропроводность и каталитическая активность раствора
зависит от степени диссоциации молекул кислоты или основания. Вместе с тем,
оставалось неясным - что же порождает ионы в растворе - действие электрического
тока или действие растворителя. Инструментом, который определяет и действие
тока, и действие растворителя на вещество остается одним и тем же - это метод
измерения электропроводности - кондуктометрия.
Надо отметить, что Д.И.Менделеев отрицал теорию электролитической
ионизации и утверждал, что растворяемое вещество и растворитель обязательно
вступают в химическое взаимодействие.
Возникает вопрос – как же растворитель, в данном случае – вода
взаимодействует с растворяемым веществом, каков механизм этого взаимодействия
и механизм растворения?
Со временем появилась «электро-ионная» теория объясняющая гипотезу
Аррениуса. Стали считать, что происходит взаимодействие электрических зарядов
растворяемого вещества и электрических зарядов растворителя. Было принято, что
например, соль NaCl состоит из ионов Na
+
и Cl
-
, а молекула растворителя НОН
является электрическим диполем с положительными зарядами на атомах водорода
и отрицательными зарядами на атоме кислорода. Электростатическое поле,
создаваемое ионами хлорида натрия, ориентирует полярные молекулы воды
соответствующим образом и между ионами соли Na
+
и Cl
-
и диполями молекулы
воды
действуют кулоновские силы притяжения. В результате ион-дипольного
взаимодействия выделяется энергия, которая способствует разрыву ионных связей
в кристалле NaCl и переходу иона из кристалла в раствор. Свободные ионы сразу