Μάθημα : Χημεία Προσανατολισμού - Κεφάλαιο 5 (Μέρος Γ')

Ο βαθμός ιοντισμού α ενός ηλεκτρολύτη ορίζεται κατά αντιστοιχία με την απόδοση αντίδρασης. Είναι δηλαδή ο λόγος των mol του ηλεκτρολύτη που ιοντίστηκαν προς την συνολική ποσότητα του ηλεκτρολύτη.  Κατά συνέπεια οι τιμές που μπορεί να πάρει είναι από 0 (η ουσία δεν ιοντίζεται) έως 1 (ο ιοντισμός είναι πλήρης). Οι ηλεκτρολύτες που έχουν βαθμό ιοντισμού κοντά στο 1 θεωρούνται ισχυροί.

Αν και αποτελεί ένδειξη της ισχύος του ηλεκτρολύτη, ο βαθμός ιοντισμού εξαρτάται από πολλούς παράγοντες:

1. Από τη φύση του ηλεκτρολύτη.
2. Από τη φύση του διαλύτη.
3. Από την θερμοκρασία.
4. Από την συγκέντρωση (αύξηση συγκέντρωσης οδηγεί πάντα σε μείωση του βαθμού ιοντισμού)
5. Από την επίδραση κοινού ιόντος (η ύπαρξη κοινού ιόντος πάντα μειώνει τον βαθμό ιοντισμού)

Για την καλύτερη εκτίμηση της ισχύος ενός ηλεκτρολύτη ορίζεται η σταθερά ιοντικής ισορροπίας K_a για τα οξέα και K_b για τις βάσεις, κατά αντιστοιχία με την K_c της χημικής ισορροπίας. Να σημειωθεί ότι ενώ στον ιοντισμό το νερό εκτός από διαλύτης είναι και αντιδρών, παραλείπεται κανονικά από τους τύπους σύμφωνα με τους κανόνες που αναφέρθηκαν στην χημική ισορροπία.

Όπως και η K_c, έτσι και οι σταθερές ιοντισμού εξαρτώνται μόνο από τη θερμοκρασία.

Έτσι για ένα ασθενές οξύ ΗΑ, η αντίδραση ιοντισμού είναι:

ΗΑ_(aq) + Η₂Ο_(l) ⇌ Α^-_(aq) + Η₃Ο⁺_(aq)

   o τύπος της K_a είναι:                            K_α =  [Α^-] [Η₃Ο⁺] / [HΑ]

ενώ για μια ασθενή βάση Β:                Β_(aq) + Η₂Ο_(l) ⇌ ΗΒ⁺_(aq) + ΟΗ^-_(aq)

   o τύπος της K_b είναι:                            K_α =  [ΗΒ⁺] [ΟΗ^-] / [Β]

Οι τιμές που παίρνουν οι σταθερές ιοντικής ισορροπίας είναι θετικοί αριθμοί, με τους ασθενείς ηλεκτρολύτες να έχουν τιμές μικρότερες του 1.

Αποδεικνύεται ότι για οποιοδήποτε συζυγές ζεύγος οξέος – βάσεως ισχύει ότι το γινόμενο της K_a του οξέος με την K_b της συζυγούς  βάσης ισούται με την K_w. Αυτό έχει σαν συνέπεια, όσο πιο ισχυρό είναι ένα οξύ τόσο πιο ασθενής είναι η συζυγής του βάση και το αντίθετο.

Σε μια αντίδραση ιοντισμού, η ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς την πλευρά που βρίσκεται το ασθενέστερο οξύ και η ασθενέστερη βάση, καθώς αυτές είναι οι πιο σταθερές ενώσεις. Αυτό συνεπάγεται ότι μια ουσία μπορεί να δράσει σαν οξύ στο νερό μόνο αν η K_a της είναι μεγαλύτερη από του νερού (η οποία είναι η K_w) ή σαν βάση μόνο αν η K_b της είναι μεγαλύτερη από την K_b του νερού (ομοίως είναι η K_w). Oι συζυγείς βάσεις των ισχυρών οξέων και τα συζυγή οξέα των ισχυρών βάσεων έχουν K_a και K_b αντίστοιχα μικρότερες του νερού , κατά συνέπεια δεν δίνουν αντίδραση ιοντισμού στα υδατικά διαλύματά τους.

ΠΡΟΣΟΧΗ! Οι ιοντικές ενώσεις όπως NaOH, KOH κλπ δεν δίνουν αντιδράσεις ιονισμού, δεν ορίζεται K_b και τα ιόντα που προκύπτουν από την διάστασή τους προφανώς δεν είναι συζυγή τους.

Οι ισχυροί μη ιοντικοί ηλεκτρολύτες αν και δεν αντιδρούν 100% η ισορροπία είναι μετατοπισμένη σε τέτοιο βαθμό προς τα προϊόντα που θεωρούμε και γράφουμε τον ιοντισμό τους ως μονόδρομη αντίδραση. Εξάλλου σε μια ισορροπία δεν μπορεί να εξαντληθεί καμία από τις ουσίες που συμμετέχουν σε αυτή.

Τα ισχυρά οξέα έχουν K_a αλλά δεν αναφέρεται καθώς ο ιοντισμός  τους θεωρείται μονόδρομη αντίδραση. Ισχυρά είναι τα οξέα ΗCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄, Η₂SO₄ (μόνο στον 1^ο ιοντισμό).

Ισχυρές βάσεις είναι τα υδροξείδια των μετάλλων καθώς διήστανται 100% πάντα δίνοντας ΟΗ^-, και ορισμένα ιόντα που είναι συζυγείς βάσεις οξέων που είναι τόσο ασθενή ώστε δεν ιοντίζονται στο νερό (π.χ. CH₃O^-).

Η ισχύς των οξέων και των βάσεων εξαρτάται από τη δομή τους. Η παρουσία ηλεκτραρνητικών ατόμων (π.χ. αλογόνων, Οξυγόνου και Αζώτου) σε ένα οξύ προκαλεί μετατόπιση των ηλεκτρονίων του μορίου προς το μέρος τους (αρνητικό επαγωγικό φαινόμενο), αποδυναμώνοντας τον δεσμό του όξινου Υδρογόνου (ή Υδρογόνων). Έτσι το Υδρογόνο μπορεί να αποσταστεί ευκολότερα και έτσι το οξύ γίνεται ισχυρότερο.

Αντίθετα η παρουσία ατόμων ή ομάδων χαμηλής ηλεκτραρνητικότητας (άτομα Η, -CH₃, -CH₂-CH₃ κλπ) σε μια ουσία που δρα σαν βάση, δημιουργούν θετικό επαγωγικό φαινόμενο με αποτέλεσμα να έλκει ισχυρότερα τα γειτονικά της Υδρογόνα και να τα αποσπά ευκολότερα ως πρωτόνια (Η⁺) κάνοντας την έτσι ισχυρότερη βάση.

Σημείωση: τα ηλεκτρόνια δεν έχουν συγκεκριμένες θέσεις ή τροχιές γύρω από το άτομο αλλά είναι απλωμένα στο χώρο σαν ένα σύννεφο. Η παρουσία πυρήνων που τα έλκουν ισχυρότερα τα ωθούν να βρίσκονται τον περισσότερο κοντά τους οπότε η πυκνότητα του νέφους διαφοροποιείται, είναι πυκνότερο κοντά στα πιο ηλεκτραρνητικά άτομα. Υπενθυμίζεται ότι η πυκνότητα του νέφους σε ένα σημείο αντιπροσωπεύει την πιθανότητα να βρούμε το ηλεκτρόνιο στο σημείο αυτό.