Диссоциация в химии и биохимии - это общий процесс, в котором молекулы (или ионные соединения, такие как соли или комплексы ) разделяются или расщепляются на другие объекты, 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 , которое дает протон (H + ) и отрицательный ион . Диссоциация противоположна ассоциации или рекомбинации .
Константа диссоциации
Для обратимых диссоциаций в химическом равновесии
константа диссоциации K d представляет собой отношение диссоциированных к недиссоциированному соединению
где скобки обозначают равновесные концентрации компонентов. [1]
Степень диссоциации
Степень диссоциации - это доля диссоциировавших исходных молекул растворенного вещества. 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 фактором Ван 'т Гоффа существует простая связь . Если растворенное вещество распадается на ионы, то
Например, при следующей диссоциации
В виде , у нас было бы это .
Соли
Диссоциация солей путем сольватации в таком растворе, как вода, означает разделение анионов и катионов . Соль можно выделить выпариванием 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, являются «недиссоциированными»), и лишь небольшая часть находится в форме ионов. То, что вещество плохо растворяется, не делает его слабым электролитом. Хорошими примерами являются уксусная кислота (CH 3 COOH) и аммоний (NH 4 + ). 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 немного CH 3 COOH и немного CH 3 COO - и H + .
Сильный электролит - это растворенное вещество, которое полностью или почти полностью находится в растворе 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 к слабому электролиту. Хорошими примерами являются сильные кислоты и основания, такие как HCl и H 2 SO 4 . 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. В зависимости от стехиометрии уравнения существуют различные отношения между K p и α. Рассмотрим пример диссоциации тетроксида диазота (N 2 O 4 ) до диоксида азота (NO 2 ).
Если исходная концентрация тетроксида диазота составляет 1 моль на литр, она будет уменьшаться на α при равновесии, давая, по стехиометрии, 2 α моля NO 2 . Константа равновесия (по давлению) задается уравнением;
Где p представляет собой парциальное давление. Следовательно, посредством определения парциального давления и использования p T для представления общего давления и x для представления мольной доли;
Общее количество молей в состоянии равновесия составляет (1-α) + (2α), что эквивалентно 1 + α. Таким образом, заменяя мольные доли фактическими значениями через альфа и упрощая;
Это уравнение соответствует принципу Ле Шателье. K p будет оставаться постоянным с температурой. 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 (поскольку 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
Однако более точное описание дает кислотно-основная теория Бренстеда – Лоури , которая указывает, что протон H + не существует как таковой в растворе, а вместо этого принимается (связывается с) молекулой воды с образованием иона гидроксония H 3 O. + .
Поэтому реакцию более правильно записать как
и лучше описывается как ионизация или образование ионов (для случая, когда НА не имеет чистого заряда). Тогда константа равновесия равна
где не включен, поскольку в разбавленном растворе растворитель по существу представляет собой чистую жидкость с термодинамической активностью, равной единице. [2] : 668
К по - разному названа константа диссоциации , [3] кислота константы ионизации , [2] : 668 константа кислотности [1] или константа ионизации . [2] : 708 Он служит индикатором силы кислоты: более сильные кислоты имеют более высокое значение K a (и более низкое значение p K a ).
Фрагментация
Фрагментация молекулы может происходить в процессе гетеролиза или гомолиза .
Рецепторы
Рецепторы - это белки , связывающие 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 p K d ).
Смотрите также
- Связь-диссоциация энергии
- Фотодиссоциация , диссоциация молекул фотонами (свет, гамма-лучи, рентгеновские лучи)
- Радиолиз , диссоциация молекул ионизирующим излучением
- Термическое разложение
Рекомендации
- ^ a b Аткинс П. и де Паула Дж. Физическая химия (8-е изд. WHFreeman 2006) с.763 ISBN 978-0-7167-8759-4
- ^ а б в Петруччи, Ральф Х .; Харвуд, Уильям S .; Херринг, Ф. Джеффри (2002). Общая химия: принципы и современные приложения (8-е изд.). Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331 . OCLC 46872308 .
- ^ Laidler KJ Физическая химия с биологическими приложениями (Бенджамин / Каммингс) 1978, стр.307 ISBN 978-0-8053-5680-9