NaCl电离所需能量谁提供？

本文发表于《高中数理化》，也是即将由山东科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界》的一篇。

1．同样是电解质，为什么熔融状态下离子化合物电离而共价化合物不易电离？

这缘于离子化合物跟共价化合物结构的差异。

离子化合物由阴阳离子按照一定的规律堆积形成，离子间的作用力是离子键。

晶体状态下，离子在晶格结点上振动，不会离开晶格。

随着温度的升高，阴阳离子振动幅度不断加大，待离子振动幅度极大，以至于可离开晶格位置自由移动时，晶体状态就不复存在，它熔化为液态。

这就是离子晶体的电解质受热熔化电离的微观过程。

显然，离子化合物熔化的过程，就是其电离的过程。

共价化合物在晶体状态下，分子间通过范德华力结合在一起，这些分子也是在晶格结点上振动，随着温度升高振动幅度也是不断加大的，待到分子获得足够能量可以离开晶格结点自由移动时，该共价化合物处于熔融状态。

在液体状态的共价化合物中，自由移动的微粒是分子而非阴阳离子。

显然，它们没有发生电离。

需要指出的是，液体状态下，共价化合物的电解质并非绝对不能电离，有时它们通过分子间碰撞也可能发生某些带电粒子的传递过程，发生自偶电离。比如：

水：H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH^-（传递质子）

H₂SO₄：H₂SO₄+ H₂SO_4 ⇌ H₃SO₄⁺ + HSO₄^-（传递质子）

液态SO₃：SO₃+ SO_3 ⇌ SO₄^2- + SO₂²⁺（传递O^2-）

液态PCl₅：PCl₅+ PCl_5 ⇌ PCl₆^- + PCl₄⁺（传递Cl^-）

但是这些自耦电离过程都是微弱、可逆的，因为共价键强度大，而分子晶体熔点又较低，该熔点温度下，破坏共价键比较困难。

2. 在电解质水溶液里，水是如何使电解质电离的？

水使离子晶体电离的本质原因在于离子的水合作用。

如下图所示，将NaCl晶体放入水中，具有极性的H₂O分子因静电作用靠近晶体，分别跟正电性的Na⁺与负电性的Cl^-作用，形成水合离子，将它们“拉下水”。

这个过程显示，离子晶体溶解的过程就是其电离的过程。

当然，溶液中游弋的水合钠离子、水合氯离子碰撞到晶体表面，也有可能回到晶体状态（结晶过程），当水合的速率跟结晶的速率相等时，即达到溶解平衡状态（溶液饱和）。

水也可以使共价化合物电解质电离：首先是H₂O的极化作用，也包含水对电离后所得离子的水合作用。如：

HCl在水中的电离情况，可简单图示如下：

        

首先，是H₂O以电性不同的端分别靠近极性分子HCl不同电性的一极，对HCl分子进行极化（拉扯），导致H—Cl极性键的极性进一步加剧，进而键被拉断（HCl分子发生异裂），这个过程就是HCl的电离；然后，电离所得H⁺、Cl^-分别跟H₂O发生水合作用，形成水合离子。

3.电解质在溶液中电离所需要的能量来自何方？

这个问题，在历史上曾经令科学家困惑不解，甚至影响到电离理论的及时问世。

电离现象发现的早期，法拉第等著名科学家就是因为找不到电离所需能量来源，而坚持认为电解质只有在通电后才会发生电离，对于溶解过程即发生电离持怀疑态度。

通过前面的分析我们可以看到，无论哪一类电解质，其电离过程均可认为包含2个步骤：键的断裂（吸收能量）和离子的水合（释放能量）。

电解质电离总过程中吸收能量还是释放能量，取决于这两个过程的相对强弱。

也就是说，电解质电离，未必一定需要从外界吸收能量。

实验事实表明，像H₂SO₄、NaOH、HCl等电解质，其溶解过程是释放能量的。这说明，后期离子的水合作用所释放的能量，要大于断键电离所需要能量。

像KNO₃等电解质电离过程需要吸收能量，该能量可以来自周围环境。其代价就是溶液的温度下降，环境的能量支持了电离。