אלקטרוליטים: דוגמאות. הרכב ומאפיינים של אלקטרוליטים. אלקטרוליטים חזקים וחלשים

אלקטרוליטים הם החומרים הכימיים הידועים מאז ימי קדם. עם זאת, ברוב האזורים של היישום שלהם, הם זכו לאחרונה. אנו נדון בראש סדר העדיפויות לתעשיית השימוש בחומרים אלה נבין שהעבר הוא ההווה, ונבדלים זה מזה. אבל נתחיל עם סטייה לתוך ההיסטוריה.

סיפור

אלקטרוליטים הידוע העתיק - מלחים וחומצות פתוח גם בעולם העתיק. עם זאת, ההבנה של המבנה ותכונות של אלקטרוליטים התפתחה לאורך זמן. תהליכים אלה התורה התפתחו מאז 1880, כאשר הוא נעשה מספר תגליות, התיאוריות קשורות המאפיינים של האלקטרוליט. היו כמה קפיצות קוואנטיות בתיאוריות המתארות את מנגנוני אינטראקציה של אלקטרוליטים עם מים (למעשה רק בתמיסה הם רוכשים את המאפיינים שהופכים את השימוש בם בתעשייה).

עכשיו נוכל לראות בדיוק כמה תאוריות כי יש לו את ההשפעה הגדולה ביותר על התפתחות המושגים של אלקטרוליטים ותכונותיהם. בואו נתחיל עם התיאוריה הנפוצה והפשוטה ביותר, שכל אחד מאיתנו לקח בבית הספר.

התיאוריה ארהניוס של ניתוק אלקטרוליטי

בשנת 1887 הכימאי השבדי סוונטה ארהניוס ו רוסים-גרמני כימאים וילהלם אוסטוולד פתח את התאוריה של ניתוק אלקטרוליטי. עם זאת, גם כאן, זה לא כל כך פשוט. ארהניוס עצמו היה תומך שנקרא תיאוריית פיזית של פתרונות אשר אינם לוקחים בחשבון את האינטראקציה של רכיבים של החומר עם מים וטען כי ישנם חלקיקים טעונים חופשיים (יונים) בתמיסה. אגב, מעמדות כאלה היום שוקלים ניתוק אלקטרוליטי של בית הספר.

אנחנו מדברים בכל זאת שעושה את התאוריה ואיך זה מסביר את המנגנון של אינטראקציה של חומרים עם מים. כמו בכל עבודה אחרת, יש לו כמה מניח כי היא משתמשת:

1. התגובה של מים עם החומר מתפרק יונים (חיובי - קטיון ושלילי - אניון). חלקיקים אלה חשופים הידרציה הוא למשוך מולקולות מים אשר, אגב, טעונה מחד חיובית ומצד שני - השלילי (דיפול יצר) להיוצר מתחמים ייקוו (solvates).

2. תהליך הניתוק הוא הפיך - כלומר, אם החומר מחולק יונים, תחת השפעת כל גורם, הוא עשוי שוב להיות מקור.

3. אם אלקטרודות Connect לפתרון ולתת הנוכחי, הקטיונים יתחילו לנוע אל האלקטרודה השלילית - הקתודה ואניונים אל בעלי מטען חשמלי חיובי - האנודה. זו הסיבה החומרים הם מסיסים בקלות במים, להוליך חשמל טוב יותר מאשר במים עצמם. מאותה הסיבה שהם נקראים אלקטרוליטים.

4. מידת הניתוק של אלקטרוליט שמאפיין חומר אחוז נתון פירוק. שיעור זה תלוי הממס ואת המאפיינים של המומס, הריכוז של האחרון ואת הטמפרטורה החיצונית.

כאן, למעשה, וכל העקרונות הבסיסיים של התיאוריה הפשוטה הזאת. אותם נשתמש במאמר זה תיאור של מה שקורה הפתרון אלקטרוליט. דוגמאות של תרכובות אלה נבחנו קצת מאוחר, ועכשיו הבה נבחנו תאוריה אחרת.

חומצות תורה ובסיסי לואיס

על פי התיאוריה של ניתוק אלקטרוליטי, חומצה - חומר נוכח פתרון אשר קטיון ובסיס מימן - מתחם מתפרק פתרון אניון הידרוקסידי. יש תאוריה אחרת, על שמו של הכימאי המפורסם גילברט לואיס. זה מאפשר לך להרחיב את המושג כמה חומצות ובסיסים. על פי התיאוריה לואיס, החומצה - הוא יונים או מולקולות של חומרים שיש אורביטלים אלקטרונים חופשיים מסוגלים לקבל אלקטרון למולקולה אחרת. קל לנחש כי הבסיסים יהיו אלה חלקיקים המסוגלים לתת אחד או יותר של האלקטרונים שלה "להשתמש" חומצה. המעניין כאן הוא כי חומצה או בסיס עשויה להיות לא רק את האלקטרוליט אלא גם כל חומר שאפילו לא מסיס במים.

Protolytic התיאוריה Brendsteda לורי

בשנת 1923, באופן בלתי תלוי זה בזה, שני מדענים - J. ו -predlozhili התיאוריה ט לורי Bronsted, אשר משמש כיום באופן פעיל על ידי מדענים כדי לתאר את התהליכים הכימיים. הנקודה של תאוריה זו היא כי הניתוק של המשמעות מסתכם העברת פרוטון מבסיס החומצה. לפיכך, שהאחרון מתפרש כאן כמו acceptor פרוטון. ואז החומצה הוא התורם שלהם. התיאוריה מסבירה גם את קיומם של חומרים טובים כי התערוכה נכסים חומצות ובסיסים. תרכובות אלו נקראות amphoteric. בתיאוריה Bronsted-לורי עבור הטווח שלהם חל גם ampholytes, בעוד בסיס או חומצה protoliths נקרא בדרך.

באנו לסעיף הבא. במאמר זה נדגים לך מה אלקטרוליטים חזקים וחלשים שונים, וכן לדון את ההשפעה של גורמים חיצוניים על הנכסים שלהם. ואז להמשיך בתיאור היישום המעשי שלהם.

אלקטרוליטים חזקים וחלשים

חומר כל מגיב עם מים בלבד. חלק לפזר אותו היטב (למשל, נתרן כלורי), וחלקם אינו נמס (למשל, גיר). לפיכך, כל החומרים מחולקים אלקטרוליטים חזקים וחלשים. האחרונים הם חומרים שיוצרים אינטראקציה גרועה עם מים שהופקדו על הקרקעית של הפתרון. משמעות הדבר היא כי יש להם תואר נמוך מאוד של דיסוציאציה לבין אג"ח אנרגיה גבוהה, המאפשרת המולקולה להתפורר ליונים המרכיבים אותו בתנאים נורמליים. דיסוציאציה אלקטרוליטים חלשים מתרחשת גם לאט או על ידי הגדלת הטמפרטורה ואת הריכוז של החומר בתמיסה.

מדברים על אלקטרוליט חזק. אלה כוללים את כל מלחים מסיסים, כמו גם חומצות ובסיסים חזקים. הם קלים לשבור ליונים ו קשה מאוד לאסוף אותם הגשמים. הזרם של אלקטרוליט, אגב, מתבצע בזכות היונים כלולים הפתרון. לכן, אלקטרוליטים החזקים המוליכים הטוב ביותר. דוגמאות של האחרון: חומצות חזקות, אלקליות, מלח מסיס.

גורמים המשפיעים על ההתנהגות של אלקטרוליטים

עכשיו נראה כיצד השינוי משפיע על הסביבה החיצונית על תכונות חומרים. הריכוז משפיע ישירות על מידת הניתוק של האלקטרוליט. יתר על כן, מערכת יחסים זו יכולה לבוא לידי ביטוי באופן מתמטי. החוק המתאר את הקשר הזה, שנקרא חוק דילול של אוסטוולד ו כתוב כמו: a = (K / C) 1/2. כאן, - היא מידת הניתוק (נלקחה כשבר), K - ניתוק קבוע, שונה עבור כל חומר, ועם - ריכוז האלקטרוליטים הפתרון. על פי נוסחא זו, אתה יכול ללמוד הרבה על עניין וההתנהגות שלה בתמיסה.

אבל יש לנו סטיתי מן הנושא. ריכוז יתר על מידת הניתוק של אלקטרוליט גם משפיע על הטמפרטורה. עבור רוב החומרים להגדילו מגביר את מסיסות תגובתיות. זה עשוי להסביר את התרחשותם של תגובות מסוימות בלבד בטמפרטורה גבוהה. בתנאים רגילים, הם גם לאט מאוד, או בשני הכיוונים (תהליך זה נקרא הפיך).

בוחנים את הגורמים הקובעים את התנהגות מערכת כגון אלקטרוליט פתרון. עכשיו אנחנו עוברים את היישום המעשי של אלה, ללא ספק, חומרים כימיים חשובים מאוד.

יישומים תעשייתיים

כמובן, כולם שמעו את המילה "אלקטרוליט" כפי להחיל את הסוללות. ברכב באמצעות סוללות עופרת חומצה, האלקטרוליט בו מבצע את התפקיד של חומצה גופרתית 40 אחוזים. כדי להבין מדוע יש כל מה שאתה צריך הוא חומר הכרחי כדי להבין את התכונות של הסוללה.

אז מהו עקרון הפעולה של כל סוללה? בשנת התגובה ההפיכה מתקיים המרה של חומר אחד אחר, כתוצאה שבו האלקטרונים משתחררים. כאשר האינטראקציה טעינת הסוללה מתרחשת חומרים, וזה בלתי אפשרי בתנאים נורמליים. זה יכול להיות מיוצג כפי הצטברות של כוח בחומר כתוצאה מריאקציה כימית. כאשר ופריקה הטרנספורמציה ההפוכה מתחיל, צמצום המערכת למצבה הראשוני שלה. שני תהליכים אלו יחד מהווים מחזור שחרור תשלום אחד.

קחו למשל את התהליך הנ"ל הוא דוגמה ספציפית - הסוללה עופרת-חומצה. כמו כן, הוא קל לנחש, המקור הנוכחי מורכב מרכיב, הכוללת (עופרת diokisd ו PbO ₂₎ עופרת חומצה. כל סוללה מורכבת האלקטרודות ואת החלל שביניהם מלא רק עם האלקטרוליט. כפי שהאחרון, כפי שראינו, בדוגמה זו משתמשת ריכוז חומצה גופרתית של 40 אחוזים. הקתודה של הסוללה עשויה פחמן דו עופרת, האנודה עשויה להוביל טהור. כל זה בגלל שתי אלקטרודות שונות אלה מתרחשות ריאקציות הפיכות מעורבות יונים כי הם חומצה ניתקת:

1. PbO ₂ + SO ₄ ^{2- + 4H + + 2e - =} PbSO ₄ + 2H ₂ O (התגובה המתרחשת על האלקטרודה השלילית - הקתודה).
2. Pb + SO ₄ ^{2- -} 2e - = PbSO ₄ (התגובה המתרחשים בבית אלקטרודה חיובית - האנודה).

אם אתה קורא את התגובה משמאל לימין - לקבל את התהליכים המתרחשים במהלך פריקת הסוללה, ואם תקין - בתוספת תשלום. כל מקור נוכחי הכימי של התגובות הללו הוא שונה, אבל המנגנון של המופע שלהם בכלל מתאר אותו: ישנם שני תהליכים, אשר אחד מהם האלקטרונים "נספגו" ושני, לעומת זאת, "ללכת." הדבר החשוב ביותר הוא שמספר האלקטרונים נספגו שווה למספר שפורסם.

למעשה, מלבד סוללות, ישנם יישומים רבים של חומרים אלה. באופן כללי, אלקטרוליטים, דוגמאות אשר נתנו, - זה רק גרגר של מגוון חומרים מאוחדים תחת המונח הזה. הם מקיפים אותנו בכל מקום, בכל מקום. לדוגמה, גוף האדם. האם אתה חושב שאין חומרים כאלה? מאוד לא בסדר. הם נמצאים בכל מקום אותנו ומהווים את המספר הגדול ביותר של אלקטרוליטים בדם. אלה כוללים, למשל, יוני ברזל, שהם חלק ההמוגלובין ומסייעים חמצן תחבורת אל הרקמות של הגוף שלנו. אלקטרוליטים דם גם לשחק תפקיד מפתח בוויסות מאזן המים-מלח ואת עבודת הלב. פונקציה זו מתבצעת על ידי יוני אשלגן ונתרן (יש אפילו תהליך המתרחש בתאים ששמם משאבת אשלגן-נתרן).

כל חומר שאתה מסוגל לפזר לפחות קצת - אלקטרוליטים. ואין תעשייה חיה, בכל המקום בו הם מיושמים. זה לא רק את הסוללות במכוניות וסוללות. האם כל עיבוד כימי מזון, מפעלים צבאיים, מפעלי בגד וכן הלאה.

רכב אלקטרוליט, אגב, שונה. לפיכך, אפשר להקצות את האלקטרוליט אלקליין וחומצה. הם נבדלים באופן מהותי בנכסים שלהם: כפי שאמרנו, חומצות הם תורמים פרוטונים, אלקלי - acceptors. אבל לאורך זמן, השינויים בהרכב אלקטרוליט עקב אובדן חלק ריכוז החומר או מקטין או מגדיל (הכל תלוי מה הולך לאיבוד, מים או אלקטרוליט).

בכל יום אנו מתמודדים עם אותם, אבל מעט מאוד אנשים יודעים בדיוק להגדרה של מונח כגון אלקטרוליטים. דוגמאות לחומרים ספציפיים שעליהם דיברנו, אז בואו לעבור מושגים מורכבים מעט יותר.

בין התכונות הפיסיקליות של אלקטרוליטים

עכשיו לגבי הפיזיקה. הדבר החשוב ביותר להבין בחקר הנושא הזה - הזרם מועבר אלקטרוליטים. תפקיד מכריע זה שחק ידי היונים. חלקיקים טעונים אלה עשויים עוברים מחלק אחד של פתרון תשלום נוסף. לפיכך, אניוני נוטה תמיד אל האלקטרודה ו קטיונים החיובי - אל השלילי. לפיכך, על ידי פועלים על פתרון זרם חשמלי, אנו מחלקים את ההאשמות משני צדי המתרס של המערכת.

מאפיינים פיסיים מעניינים מאוד כגון צפיפות. זה משפיע נכסים רבים של תרכובות שלנו הנדונה. ולעתים קרובות יעלה את השאלה: "כיצד להגדיל את הצפיפות של אלקטרוליט" למעשה, התשובה היא פשוטה: יש צורך להקטין את תכולת המים של הפתרון. מאז הצפיפות של האלקטרוליט בעיקר נקבע הצפיפות של החומצה הגופרתית, זה תלוי במידה רבה על הריכוז הסופי. ישנן שתי דרכים ליישם את התוכנית. הראשון הוא די פשוט: להרתיח האלקטרוליט כלול הסוללה. כדי לעשות זאת, אתה צריך לחייב אותו כך שהטמפרטורה בתוך עלתה מעט מעל מאה מעלות. אם שיטה זו אינה עובדת, אין לך מה לדאוג, יש עוד: פשוט להחליף את האלקטרוליט החדש הישן. כדי לעשות זאת, לנקז את הפתרון הישן לנקות את הקרביים של חומצה גופרתית שיורית במים מזוקקים, ולאחר מכן שופכים חלק חדש. בדרך כלל, את האיכות של הפתרונים אלקטרוליט מייד יש ערך ריכוז רצוי. לאחר ההחלפה יכולה לשכוח איך להעלות את הצפיפות של האלקטרוליט.

הרכב אלקטרוליט קובע את תכונותיו ברובו. מאפיינים כגון מוליכות וצפיפות חשמליות, למשל, מאוד תלויים באופי של המומס ואת ריכוזו. יש שאלה נפרדת של כמה האלקטרוליט בסוללה יכול להיות. למעשה, נפח קשור ישירות ליכולת המוצהרת של המוצר. החומצה גופרתית יותר בתוך הסוללה, כך הוא חזק יותר, לא. א המתח יותר הוא מסוגל לייצר.

איפה זה שימושי?

אם אתם חובבי מכוניות או סתם מתעניינים במכוניות, תבינו הכל בעצמך. הרי אתה בכלל יודע איך לקבוע כמה האלקטרוליט בסוללה הוא עכשיו. ואם אתה רחוק מן המכונית, אז ידיעת תכונות החומרים האלה, השימוש שלהם וכיצד הם מתקשרים אחד עם השני לא תהיה מיותרת. הידיעה הזאת, אתה לא מבולבל, אתה מתבקש לומר מה האלקטרוליט בסוללה. למרות שגם אם אתה לא חובב רכב, אבל יש לך מכונית, אז את הידע של המכשיר הסוללה יהיה שום נזק ו יעזור לך לתקן. זה יהיה הרבה יותר קל וזול יותר לעשות הכל בעצמך, מאשר ללכת למרכז המכונית.

וכדי ללמוד עוד על נושא זה, אנו ממליצים לבדוק את לימוד בכימיה עבור בתי ספר ואוניברסיטאות. אם אתה יודע המדע הזה היטב ולקרוא מספיק ספרים, האפשרות הטובה ביותר תהיה "מקורות נוכחיים כימיים" Varypaeva. יש מפורטים בפירוט את כל התאוריה של חיי סוללה, מגוון של סוללות ואלמנטי מימן.

מסקנה

באנו אל קיצו. בואו לסכם. מעל דיברנו על כל דבר, כמו שאין דבר כזה כמו אלקטרוליטים: דוגמאות, תורת המבנה ואת המאפיינים, פונקציות ויישומים. שוב, יש לומר כי תרכובות אלו הן חלק מהחיים שלנו, שבלעדיו לא יכול להתקיים, הגוף שלנו בכל תחומי התעשייה. אתה זוכר את אלקטרוליטים בדם? הודות להם אנו חיים. ומה עם המכוניות שלנו? עם הידע הזה אנו יכולים לתקן כל בעיה עם הסוללה, כמו עכשיו להבין איך להעלות את הצפיפות של האלקטרוליט בו.

כל אי אפשר לדעת, אבל אנחנו לא שם לו למטרה כזו. אחרי הכל, זה לא כל כך יכול להיות מסופר על חומרים מדהימים אלה.