Диссоциация (химия)

Диссоциация в химии и биохимии - это общий процесс, в котором молекулы ( или ионные соединения, такие как как соли или комплексы ) разделяются или разделяются на более мелкие частицы, такие как атомы, ионы или радикалы, обычно обратимым образом. Например, когда кислота растворяется в воде, ковалентная связь между электроотрицательным атомом и атомом водорода разрывается в результате гетеролитического деления, что дает протон (H) и отрицательный ион . Диссоциация противоположна ассоциации или рекомбинации .

Содержание

• 1 Константа диссоциации
• 2 Степень диссоциации
• 3 Соли
• 4 Газы
• 5 Кислоты в водной среде раствор
• 6 Фрагментация
• 7 Рецепторы
• 8 См. также
• 9 Ссылки

Константа диссоциации

Для обратимых диссоциаций в химическом равновесии

AB ⇌ A + B

константа диссоциации Kd- это соотношение диссоциированного и недиссоциированного соединения

$K\; d\; =\; [A]\; [B]\; [AB]\; \{\backslash \; displaystyle\; K\_\; \{d\}\; =\; \backslash \; mathrm\; \{\backslash \; frac\; \{\; [A]\; [B]\}\; \{[AB]\}\}\}$

где скобки обозначают равновесные концентрации веществ.

Степень диссоциации

Степень диссоциации - это доля исходной молекулы растворенного вещества, которые диссоциировали. Обычно обозначается греческим символом α. Точнее, степень диссоциации относится к количеству растворенного вещества, диссоциированного на ионы или радикалы, на моль. В случае очень сильных кислот и оснований степень диссоциации будет близка к 1. Менее сильные кислоты и основания будут иметь меньшую степень диссоциации. Между этим параметром и коэффициентом Ван 'т Хоффа $i\; \{\backslash \; displaystyle\; i\}$существует простая связь. Если растворенное вещество распадается на ионы $n\; \{\backslash \; displaystyle\; n\}$, то

$i\; =\; 1\; +\; \alpha \; (n\; -\; 1)\; \{\backslash \; displaystyle\; i\; =\; 1\; +\; \backslash \; alpha\; (n-1)\}$

Например, для следующей диссоциации

KCl ⇌ K + Cl

As $n\; =\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; n\; =\; 2\}$, у нас будет $i\; =\; 1\; +\; \alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; i\; =\; 1\; +\; \backslash \; alpha\}$.

Соли

См. также: Равновесие растворимости

Диссоциация солей путем сольватации в раствор, подобный воде, означает разделение анионов и катионов. Соль может быть выделена путем выпаривания растворителя.

Электролит относится к веществу, которое содержит свободные ионы и может использоваться в качестве электропроводящей среды. Большая часть растворенного вещества не диссоциирует в слабом электролите, тогда как в сильном электролите более высокое соотношение растворенного вещества диссоциирует с образованием свободных ионов.

Слабый электролит - это вещество, растворенное вещество которого существует в растворе в основном в форме молекул (которые, как говорят, «недиссоциированы»), и лишь небольшая часть находится в форме ионов. То, что вещество плохо растворяется, не делает его слабым электролитом. Уксусная кислота (CH 3 COOH) и аммоний (NH 4) являются хорошими примерами. Уксусная кислота чрезвычайно растворима в воде, но большая часть соединения растворяется в молекулах, что делает ее слабым электролитом. Слабые основания и слабые кислоты обычно являются слабыми электролитами. В водном растворе будет некоторое количество CH 3 COOH и немного CH 3 COO и H.

Сильный электролит - это растворенное вещество, которое полностью или почти полностью находится в растворе. полностью в виде ионов. Опять же, сила электролита определяется как процент растворенного вещества, состоящего из ионов, а не молекул. Чем выше процент, тем сильнее электролит. Таким образом, даже если вещество не очень растворимо, но полностью диссоциирует на ионы, это вещество определяется как сильный электролит. Аналогичная логика применима и к слабому электролиту. Хорошими примерами являются сильные кислоты и основания, такие как HCl и H 2SO4. Все они будут существовать в виде ионов в водной среде.

Газы

Степень диссоциации в газах обозначается символом α, где α обозначает процент молекул газа, которые диссоциируют. Различные соотношения между K p и α существуют в зависимости от стехиометрии уравнения. Будет взят пример диссоциации тетроксида азота (N2O4) до диоксида азота (NO 2).

N2O4⇌ 2NO 2

Если начальная концентрация тетроксида диазота составляет 1 моль на литр, она будет уменьшаться на α при равновесии, давая, по стехиометрии, 2α моля NO 2. Константа равновесия (в единицах давления) задается уравнением;

$К\; п\; знак\; равно\; п\; (НЕТ\; 2)\; 2\; п\; (N\; 2\; О\; 4)\; \{\backslash \; displaystyle\; K\_\; \{p\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{p\; (NO2)\; ^\; 2\}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{p\; (N2O4)\}\}\}\}\}$

Где p представляет парциальное давление. Следовательно, посредством определения парциального давления и использования p T для представления общего давления и x для представления мольной доли;

$К\; п\; знак\; равно\; п\; T\; 2\; (x\; (NO\; 2))\; 2\; p\; T\; \cdot \; x\; (N\; 2\; O\; 4)\; =\; p\; T\; (x\; (NO\; 2))\; 2\; x\; (N\; 2\; O\; 4)\; \{\backslash \; displaystyle\; K\_\; \{\; p\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; ce\; \{\{p\_\; \{T\}\}\; ^\; \{2\}\; (x\; (NO2))\; ^\; \{2\}\}\}\; \{\backslash \; ce\; \{p\_\; \{T\}\; \backslash \; cdot\; x\; (N2O4)\}\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; ce\; \{p\_\; \{T\}\; (x\; (NO2))\; ^\; \{2\}\}\}\; \{\backslash \; ce\; \{x\; (N2O4)\}\}\}\}$

Общее количество молей в состоянии равновесия (1-α) + (2α), что эквивалентно 1 + α. Таким образом, заменяя мольные доли фактическими значениями через альфа и упрощая;

$К\; п\; знак\; равно\; п\; T\; (4\; \alpha \; 2)\; (1\; +\; \alpha )\; (1\; -\; \alpha )\; знак\; равно\; п\; T\; (4\; \alpha \; 2)\; 1\; -\; \alpha \; 2\; \{\backslash \; Displaystyle\; K\_\; \{p\}\; =\; \{\backslash \; гидроразрыва\; \{\{\backslash \; ce\; \{p\_T\; (4\; \backslash \; alpha\; ^\; 2)\}\}\}\; \{(1+\; \backslash \; alpha)\; (1-\; \backslash \; alpha)\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{p\_T\; (4\; \backslash \; alpha\; ^\; 2)\}\}\}\; \{1-\; \backslash \; alpha\; ^\; \{2\}\}\}\}$

Это уравнение соответствует принципу Ле Шателье. K p будет оставаться постоянным при изменении температуры. Добавление давления в систему увеличит значение p T, поэтому α должно уменьшаться, чтобы поддерживать K p постоянным. Фактически, увеличение давления равновесия способствует сдвигу влево, способствующему образованию тетроксида диазота (так как на этой стороне равновесия давление меньше, поскольку давление пропорционально количеству молей), следовательно, уменьшается степень диссоциации α.

Кислоты в водном растворе

Реакция кислоты в водном растворителе часто описывается как диссоциация

где HA представляет собой протонную кислоту, такую ​​как уксусная кислота, CH 3 COOH. Двойная стрелка означает, что это равновесный процесс, при котором диссоциация и рекомбинация происходят одновременно. Это означает, что константа диссоциации кислоты

$K\; a\; =\; [H\; +]\; [A\; -]\; [HA]\; \{\backslash \; displaystyle\; K\; \_\; \{\backslash \; ce\; \{a\}\}\; =\; \{\backslash \; ce\; \{\backslash \; frac\; \{[H\; ^\; \{+\}]\; [A\; ^\; \{-\}]\}\; \{[HA]\}\}\}\}$

Однако приводится более точное описание согласно кислотно-основной теории Бренстеда – Лоури, которая определяет, что протон H + не существует как таковой в растворе, а вместо этого принимается (связывается с) молекулой воды с образованием гидрокония ион H 3 O.

Реакция i s поэтому правильнее записывать как

и лучше описывается как ионизация или образование ионов (для случая, когда ГА не имеет чистого заряда). Тогда константа равновесия

$K\; a\; =\; [H\; 3\; O\; +]\; [A\; -]\; [HA]\; \{\backslash \; displaystyle\; K\; \_\; \{\backslash \; ce\; \{a\}\}\; =\; \{\backslash \; ce\; \{\backslash \; frac\; \{[H\_\; \{3\}\; O\; ^\; \{+\}]\; [A\; ^\; \{-\}]\}\; \{[HA]\}\}\}\}$

где $[H\; 2\; O]\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{[H\_2O]\}\}\}$не включается, потому что в разбавленном растворе растворитель по существу представляет собой чистую жидкость с термодинамической активностью, равной единице.

Kaпо-разному называется константой диссоциации, константой кислотной ионизации, константой кислотности или константой ионизации. Он служит индикатором силы кислоты: более сильные кислоты имеют более высокое значение K a (и более низкое значение pK a).

Фрагментация

Фрагментация молекулы может происходить в процессе гетеролиза или гомолиза.

Рецепторы

Рецепторы белки, которые связывают небольшие лиганды. Константа диссоциации K d используется как индикатор сродства лиганда к рецептору. Чем выше сродство лиганда к рецептору, тем ниже значение K d (и выше значение pK d).

См. Также

• Энергия диссоциации связи
• Фотодиссоциация, диссоциация молекул фотонами (свет, гамма-лучи, рентгеновские лучи)
• Радиолиз, диссоциация молекул ионизирующее излучение
• Термическое разложение

Ссылки