一、問題的提出
由于離子化合物如氯化鈉其自身就含有離子,不論在熔融狀态還是在水溶液中都能産生自由移動的離子,這些自由離子在外加電場的作用下能定向移動,因而能導電。液态氯化氫由于自身沒有離子的存在故不能導電,隻有在水溶液中才能産生自由離子而導電。因此人們常誤認為共價化合物其液态一定不能導電。
更有甚者,在化學教學的習題分析時一提到不導電的化合物就立馬指出:液态共價化合物都不能導電,一定要把純硫酸、純硝酸連同液态氯化氫一起排除掉!并反複強調這是“題眼”。然而,所有純液态共價化合物都一定不能導電嗎?或者說能導電的液态化合物一定不是共價化合物嗎?
二、問題分析1.純硫酸導電的原因
大家知道,純H2SO4是無色液體,它是從98%的商品酸首先補加SO3或發煙硫酸,然後用水滴定到正确的比電導或熔點而制得。
盡管H2SO4是共價型分子,在其純晶态中,具有S-O之間的距離為0.142、0.143、0.1 52和0.155nm的 SO4四面體,它們以強的氫鍵相連接。但液态純H2SO4卻表現出強烈的自電離作用,結果産生很高的電導性,即純H2SO4是具有較強導電性能的。原因可用下列平衡式表示:
上式隻是一個因素,由于脫水作用,因而還有幾個附加的平衡存在:
從而能估算出在100%H2SO4中存在的其它組分H3O+、HsO4-、H3SO4+、HS2O7-和H2S2O7的濃度。有報道,在 25℃時,HSO4-為0.023mol·L-1。因此,液态純硫酸能導電,反複實驗中也能明顯觀察到這種實驗現象。
2.純硝酸導電的原因
純硝酸是無色液體或白色晶态固體。在0℃時用100%H2SO4處理KNO3,用真空蒸餾法抽走HNO3能制得純硝酸。
HNO3是共價化合物,但實驗中也能觀察到純硝酸的導電現象。這是什麼原因呢?
事實上,純硝酸是液體純酸中自電離最高的酸,其起始質子遷移作用為:
由于強烈自電離的存在,純硝酸能導電是勿容置疑的。
3.純五鹵化磷導電的原因
PCl5是一種白色固體,加熱到160℃不經過液态階段就變成蒸氣。雖然PCl5也是一種共價化合物,但在加壓下于148℃液化,可形成一種能導電的熔體。那麼如何理解和解釋這種現象呢?
實際上,人們進一步測得這種熔體存在兩種P-Cl鍵長,它們分别為198pm和206pm。于是可推斷該熔體中存在下列平衡:
PBr5氣态分子結構與PCl5相似,它的熔體也能導電,但經測定其中隻存在一種P-Br鍵長。為什麼PBr5熔體也能導電呢?
由實驗事實可推斷PbR5熔體存在的平衡如下:
沒有PBr6-離子的存在,可能是Br-離子半徑太大,P原子周圍容納不了6個Br原子的原因。
4.純鹵氟化物導電的原因
某些鹵氟化物,特别是ClF、BrF3和IF5,具有高的氣化熵,這反映出它們在液态存在某種締合。
BrF3和IF5也呈現有明顯的導電性。其自電離過程為:
盡管純硫酸、純硝酸及五氯化磷等化合物都屬于共價化合物,但由于它們都存在強烈的自電離作用,使其液态都存在較高濃度的自由離子因而具有導電性能。因此,将所有純液态共價化合物一概排除在能導電的化合物之外是欠妥的。
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