Kimyada elektrolit nədir. Elektrolitlərə aiddir. Hansı hissəciklər yük daşıyır?

Bunlar məhlulları və ya ərimələri elektrik cərəyanını keçirən maddələrdir. Onlar həmçinin mayelərin və orqanizmlərin sıx toxumalarının əvəzsiz komponentidir.

Elektrolitlərə turşular, əsaslar və duzlar daxildir. Həll edilmiş və ya ərimiş vəziyyətdə elektrik cərəyanını keçirməyən maddələr qeyri-elektrolitlər adlanır. Bunlara bir çox üzvi maddələr, məsələn, şəkərlər, spirtlər və s. daxildir. Elektrolit məhlullarının elektrik cərəyanını keçirmə qabiliyyəti onunla izah olunur ki, həll olunan zaman elektrolit molekulları elektrik müsbət və mənfi yüklü hissəciklərə - ionlara parçalanır. İonun yükünün miqdarı ədədi olaraq ionu əmələ gətirən atomun və ya atomlar qrupunun valentliyinə bərabərdir. İonlar atom və molekullardan təkcə elektrik yüklərinin olması ilə deyil, həm də başqa xassələri ilə fərqlənir, məsələn, xlor ionlarının xlor molekullarının qoxusu, rəngi və digər xüsusiyyətləri yoxdur.

Müsbət yüklü ionlara kationlar, mənfi yüklü ionlara isə anion deyilir. Kationlar hidrogen atomları H +, metallar əmələ gətirir: K +, Na +, Ca 2+, Fe 3+ və bəzi atom qrupları, məsələn, ammonium qrupu NH + 4; Anionlar turşu qalıqları olan atomları və atom qruplarını əmələ gətirir, məsələn, Cl -, NO - 3, SO 2- 4, CO 2- 3.

E. termini elmə Faraday tərəfindən daxil edilmişdir. Çox yaxın vaxtlara qədər K. E. tipik duzları, turşuları və qələviləri, həmçinin suyu ehtiva edirdi. Susuz məhlulların tədqiqi, eləcə də çox yüksək temperaturda aparılan tədqiqatlar bu sahəni xeyli genişləndirmişdir. I. A. Kablukov, Kadi, Karara, P. I. Walden və başqaları göstərdilər ki, təkcə sulu və spirt məhlulları deyil, həm də bir sıra digər maddələrin tərkibindəki məhlullar, məsələn, maye ammonyak, maye kükürd dioksid anhidrid və s. bir çox maddələrin və qarışıqların susuz metal oksidləri (kalsium oksidi, maqnezium oksidi və s.) kimi adi temperaturlarda əla izolyator olduğu və temperatur artdıqda elektrolitik keçiricilərə çevrildiyi də müəyyən edilmişdir. Prinsipini parlaq Yablochkov tərəfindən kəşf edilmiş məşhur Nernst közərmə lampası bu faktların əla təsvirini təqdim edir. Oksidlərin qarışığı - Nernst lampasında adi temperaturda keçirici olmayan "közərmə cisim" 700°-də əla olur və üstəlik bərk vəziyyətini saxlayır. elektrolitik dirijor. Güman etmək olar ki, qeyri-üzvi kimyada öyrənilən mürəkkəb maddələrin əksəriyyəti müvafiq həlledicilərlə və ya kifayət qədər yüksək temperaturda, əlbəttə ki, metallar və onların ərintiləri və metal keçiriciliyi olan mürəkkəb maddələr istisna olmaqla, elektronların xüsusiyyətlərini əldə edə bilər. sübut edilmişdir. Hal-hazırda ərimiş gümüş yodidin metal keçiriciliyinin göstəriciləri və s. hələ kifayət qədər əsaslandırılmamış hesab edilməlidir. Tərkibində karbon olan əksər maddələr, yəni üzvi kimyada öyrənilənlər haqqında başqa bir şey söyləmək lazımdır. Karbohidrogenləri və ya onların qarışıqlarını (parafin, kerosin, benzin və s.) cərəyanın keçiricisi edəcək həlledicilərin olması ehtimalı azdır. Bununla belə, üzvi kimyada tipik elektrolitlərdən tipik qeyri-elektrolitlərə tədricən keçid edirik: üzvi turşulardan başlayaraq nitro qrupu olan fenollara, belə bir qrupu olmayan fenollara, sulu məhlulları aşağı izolyatorlara aid olan spirtlərə. elektrik həyəcanverici qüvvələr və nəhayət, karbohidrogenlərə - tipik izolyatorlar. Bir çox üzvi, həm də qismən bəzi qeyri-üzvi birləşmələr üçün temperaturun artmasının onları E. halına gətirəcəyini gözləmək çətindir, çünki bu maddələr istilik təsirindən daha əvvəl parçalanır.

Elektrolitin nə olduğu sualı, onu həll etmək üçün elektrolitik dissosiasiya nəzəriyyəsi gətirilənə qədər belə qeyri-müəyyən bir vəziyyətdə idi.

Elektrolitik dissosiasiya.

Elektrolit molekullarının ionlara parçalanması elektrolitik dissosiasiya və ya ionlaşma adlanır və geri dönən bir prosesdir, yəni bir çox elektrolit molekulunun ionlara parçalandığı məhlulda tarazlıq vəziyyəti baş verə bilər, buna görə də onların çoxu yenidən ionlardan əmələ gəlir. .

Elektrolitlərin ionlara dissosiasiyasını ümumi tənliklə ifadə etmək olar: burada KmAn dissosiasiya olunmamış molekul, K z+ 1 z 1 müsbət yük daşıyan kation, z- 2 isə z 2 mənfi yükə malik anion, m və n bir elektrolit molekulunun dissosiasiyası zamanı əmələ gələn kation və anionların sayıdır. Məsələn, .
Məhluldakı müsbət və mənfi ionların sayı fərqli ola bilər, lakin kationların ümumi yükü həmişə anionların ümumi yükünə bərabərdir, buna görə də məhlul bütövlükdə elektrik neytraldır.
Güclü elektrolitlər məhlulda istənilən konsentrasiyada demək olar ki, tamamilə ionlara ayrılır. Bunlara güclü turşular (bax), güclü əsaslar və demək olar ki, bütün duzlar (bax) daxildir. Zəif turşuları və əsasları və bəzi duzları, məsələn, sublimat HgCl 2 kimi zəif elektrolitlər yalnız qismən dissosiasiya olunur; onların dissosiasiya dərəcəsi, yəni ionlara parçalanan molekulların nisbəti məhlulun konsentrasiyası azaldıqca artır.
Elektrolitlərin məhlullarda ionlara parçalanma qabiliyyətinin ölçüsünə bərabər olan elektrolitik dissosiasiya sabiti (ionlaşma sabiti) ola bilər.
burada məhluldakı müvafiq hissəciklərin konsentrasiyası kvadrat mötərizədə göstərilmişdir.

1. ELEKTROLITLAR

1.1. Elektrolitik dissosiasiya. Dissosiasiya dərəcəsi. Elektrolit Gücü

Elektrolitik dissosiasiya nəzəriyyəsinə görə, suda həll olunan duzlar, turşular, hidroksidlər tamamilə və ya qismən müstəqil hissəciklərə - ionlara parçalanır.

Qütb həlledici molekulların təsiri altında maddə molekullarının ionlara parçalanması prosesi elektrolitik dissosiasiya adlanır. Məhlullarda ionlara ayrılan maddələr deyilir elektrolitlər. Nəticədə, məhlul elektrik cərəyanını keçirmə qabiliyyətini əldə edir, çünki içərisində mobil elektrik yük daşıyıcıları görünür. Bu nəzəriyyəyə görə, suda həll olunduqda elektrolitlər müsbət və mənfi yüklü ionlara parçalanır (dissosiasiya olunur). Müsbət yüklü ionlar deyilir kationlar; bunlara, məsələn, hidrogen və metal ionları daxildir. Mənfi yüklü ionlar deyilir anionlar; Bunlara turşu qalıqlarının ionları və hidroksid ionları daxildir.

Dissosiasiya prosesini kəmiyyətcə xarakterizə etmək üçün dissosiasiya dərəcəsi anlayışı təqdim edilmişdir. Elektrolitin dissosiasiya dərəcəsi (α) müəyyən bir məhlulda ionlara parçalanan molekullarının sayının nisbətidir ( n ), məhluldakı molekullarının ümumi sayına ( N), və ya

α = .

Elektrolitik dissosiasiya dərəcəsi adətən vahidin fraksiyaları və ya faizlə ifadə edilir.

Dissosiasiya dərəcəsi 0,3-dən (30%) çox olan elektrolitlər adətən güclü adlanır, dissosiasiya dərəcəsi 0,03-dən (3%) 0,3-ə (30%) - orta, 0,03-dən az (3%) - zəif elektrolitlər. Beləliklə, 0,1 M həll üçün CH3COOH α = 0,013 (və ya 1,3%). Buna görə sirkə turşusu zəif elektrolitdir. Dissosiasiya dərəcəsi maddənin həll olunmuş molekullarının hansı hissəsinin ionlara parçalandığını göstərir. Sulu məhlullarda elektrolitin elektrolitik dissosiasiya dərəcəsi elektrolitin təbiətindən, konsentrasiyasından və temperaturundan asılıdır.

Təbiətinə görə elektrolitləri iki böyük qrupa bölmək olar: güclü və zəif. Güclü elektrolitlər demək olar ki, tamamilə dissosiasiya olunur (α = 1).

Güclü elektrolitlərə aşağıdakılar daxildir:

1) turşular (H 2 SO 4, HCl, HNO 3, HBr, HI, HClO 4, H M nO 4);

2) əsaslar – əsas yarımqrupun birinci qrupunun metal hidroksidləri (qələvi) – LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH , habelə qələvi torpaq metallarının hidroksidləri - Ba (OH) 2, Ca (OH) 2, Sr (OH) 2;.

3) suda həll olunan duzlar (həlllik cədvəlinə bax).

Zəif elektrolitlər çox az dərəcədə ionlara ayrılır; məhlullarda onlar əsasən dissosiasiya olunmamış vəziyyətdə olurlar (molekulyar formada). Zəif elektrolitlər üçün dissosiasiya olunmamış molekullar və ionlar arasında tarazlıq yaranır.

Zəif elektrolitlərə aşağıdakılar daxildir:

1) qeyri-üzvi turşular ( H 2 CO 3, H 2 S, HNO 2, H 2 SO 3, HCN, H 3 PO 4, H 2 SiO 3, HCNS, HClO və s.);

2) su (H 2 O);

3) ammonium hidroksid ( NH 4 OH);

4) əksər üzvi turşular

(məsələn, sirkə CH 3 COOH, formik HCOOH);

5) bəzi metalların həll olunmayan və az həll olunan duzları və hidroksidləri (həlllik cədvəlinə bax).

Proses elektrolitik dissosiasiya kimyəvi tənliklərdən istifadə etməklə təsvir edilmişdir. Məsələn, xlorid turşusunun dissosiasiyası (HC l ) aşağıdakı kimi yazılır:

HCl → H + + Cl – .

Əsaslar metal kationları və hidroksid ionları yaratmaq üçün dissosiasiya olunur. Məsələn, KOH-nin dissosiasiyası

KOH → K + + OH – .

Çoxəsaslı turşular, eləcə də çoxvalentli metalların əsasları pilləli dissosiasiya olunur. Məsələn,

H 2 CO 3 H + + HCO 3 – ,

HCO 3 – H + + CO 3 2– .

Birinci tarazlıq - birinci pilləyə görə dissosiasiya - sabit ilə xarakterizə olunur

.

İkinci mərhələ dissosiasiya üçün:

.

Karbon turşusu vəziyyətində dissosiasiya sabitləri aşağıdakı dəyərlərə malikdir: K I = 4.3× 10 – 7, K II = 5,6 × 10-11. Həmişə addım-addım dissosiasiya üçün K I> K II > K III >... , çünki ion neytral molekuldan ayrıldıqda onu ayırmaq üçün sərf edilməli olan enerji minimal olur.

Suda həll olan orta (normal) duzlar, turşu qalığının müsbət yüklü metal ionlarını və mənfi yüklü ionlarını yaratmaq üçün dissosiasiya olunur.

Ca(NO 3) 2 → Ca 2+ + 2NO 3 –

Al 2 (SO 4) 3 → 2Al 3+ +3SO 4 2–.

Turşu duzları (hidrostuzlar) hidrogen ionu H + şəklində parçalana bilən anionda hidrogen olan elektrolitlərdir. Turşu duzları, bütün hidrogen atomlarının bir metal ilə əvəz olunmadığı çox əsaslı turşulardan əldə edilən bir məhsul hesab olunur. Turşu duzlarının dissosiasiyası mərhələlərlə baş verir, məsələn:

KHCO 3 → K + + HCO 3 - (birinci mərhələ)

Elektrolitlər ərimələri və ya məhlulları elektrik cərəyanını keçirən maddələrdir. Elektrolitlərə turşular, əsaslar və əksər duzlar daxildir.

Elektrolit dissosiasiyası

Elektrolitlərə ion və ya yüksək qütblü kovalent bağları olan maddələr daxildir. Birincilər, hətta həll edilmiş və ya ərimiş vəziyyətə keçməzdən əvvəl ionlar şəklində mövcuddur. Elektrolitlərə duzlar, əsaslar və turşular daxildir.

düyü. 1. Elektrolitlər və qeyri-elektrolitlər arasındakı fərqi cədvələ salın.

Güclü və zəif elektrolitlər var. Güclü elektrolitlər suda həll olunduqda tamamilə ionlara ayrılır. Bunlara: demək olar ki, bütün həll olunan duzlar, bir çox qeyri-üzvi turşular (məsələn, H 2 SO 4, HNO 3, HCl), qələvi və qələvi torpaq metallarının hidroksidləri daxildir. Zəif elektrolitlər suda həll olunduqda bir qədər ionlara ayrılır. Bunlara demək olar ki, bütün üzvi turşular, bəzi qeyri-üzvi turşular (məsələn, H 2 CO 3), bir çox hidroksidlər (qələvi və qələvi torpaq metallarının hidroksidləri istisna olmaqla) daxildir.

düyü. 2. Güclü və zəif elektrolitlər cədvəli.

Su da zəif elektrolitdir.

Digər kimyəvi reaksiyalar kimi məhlullarda elektrolitik dissosiasiya dissosiasiya tənlikləri şəklində yazılır. Eyni zamanda, güclü elektrolitlər üçün proses geri dönməz, orta güclü və zəif elektrolitlər üçün isə geri dönən proses hesab olunur.

Turşular- bunlar sulu məhlullarda hidrogen ionlarının kation kimi əmələ gəlməsi ilə baş verən elektrolitlərdir. Çoxəsaslı turşular mərhələli şəkildə dissosiasiya olunur. Turşu qalıqlarının yaranan ionları daha zəif elektrolitlər olduğu üçün hər bir sonrakı addım getdikcə daha çox çətinliklə davam edir.

Əsaslar– anion kimi hidroksid ion OH- əmələ gətirmək üçün sulu məhlulda dissosiasiya olunan elektrolitlər. Hidroksid ionunun əmələ gəlməsi əsasların ümumi xüsusiyyətidir və güclü əsasların ümumi xassələrini müəyyən edir: qələvi xarakter, acı dad, toxunuşda sabunluq, göstəriciyə reaksiya, turşuların neytrallaşdırılması və s.

Qələvilər, hətta az həll olanlar (məsələn, barium hidroksid Ba(OH) 2) tamamilə dissosiasiya olunur, məsələn:

Ba(OH) 2 =Ba 2 +2OH-

duzlar metal kation və turşu qalığı əmələ gətirmək üçün sulu məhlulda dissosiasiya olunan elektrolitlərdir. Duzlar pilləli deyil, tamamilə ayrılır:

Сa(NO 3) 2 =Ca 2 + +2NO 3 –

Elektrolitik dissosiasiya nəzəriyyəsi

Elektrolitlər– məhlullarda və ya ərimələrdə elektrolitik dissosiasiyaya uğrayan və ionların hərəkəti nəticəsində elektrik cərəyanı keçirən maddələr.

Elektrolitik dissosiasiya suda həll edildikdə elektrolitlərin ionlara parçalanmasıdır.

Müasir anlayışda elektrolitik dissosiasiya nəzəriyyəsi (S. Arrhenius, 1887) aşağıdakı müddəaları ehtiva edir:

• Suda həll edildikdə, elektrolitlər ionlara parçalanır (dissosiasiya olunur) - müsbət (kationlar) və mənfi (anionlar). İonlaşma, həll olunduqda (kristal qəfəsin endotermik məhv edilməsi prosesi) hidratlanmış ionlar əmələ gətirən ion bağları (duzlar, qələvilər) olan birləşmələr üçün ən asan baş verir.

düyü. 3. Duzun elektrolitik dissosiasiyasının sxemi.

İon hidratasiyası ekzotermik bir prosesdir. Enerji xərclərinin və qazancın nisbəti məhlulda ionlaşmanın mümkünlüyünü müəyyən edir. Qütb kovalent bağı olan bir maddə (məsələn, hidrogen xlorid HCl) həll edildikdə, su dipolları həll edilmiş molekulun müvafiq qütblərinə yönəldilir, bağı qütbləşdirir və iona çevirir, ardınca ionların hidratasiyası baş verir. . Bu proses geri çevrilə bilər və tamamilə və ya qismən baş verə bilər.

• hidratlanmış ionlar sabitdir və məhlulda təsadüfi hərəkət edir. Elektrik cərəyanının təsiri altında hərəkət istiqamətli olur: kationlar mənfi kəmərə (katod), anionlar isə müsbət kəmərə (anoda) doğru hərəkət edir.
• dissosiasiya (ionlaşma) geri dönən bir prosesdir. İonlaşmanın tamlığı elektrolitin təbiətindən (qələvi duzları demək olar ki, tamamilə dissosiasiya olunur), onun konsentrasiyasından (konsentrasiya artdıqca ionlaşma çətinləşir), temperaturdan (temperaturun artması dissosiasiyaya kömək edir) və həlledicinin təbiətindən (ionlaşma yalnız baş verir) asılıdır. qütb həlledicidə, xüsusən suda).

Elektrolitlər elektrik cərəyanının keçməsinə imkan verən yüksək konsentrasiyalı ionları ehtiva edən məhlullardır. Bir qayda olaraq, bunlar duzların, turşuların və qələvilərin sulu məhlullarıdır.

İnsan və heyvan orqanizmində elektrolitlər mühüm rol oynayır: məsələn, dəmir ionları olan qan elektrolitləri oksigeni toxumalara nəql edir; kalium və natrium ionları olan elektrolitlər bədənin su-duz balansını, bağırsaq və ürəyin işini tənzimləyir.

Xüsusiyyətlər

Təmiz su, susuz duzlar, turşular və qələvilər cərəyan keçirmir. Məhlullarda maddələr ionlara parçalanır və cərəyan keçirir. Buna görə elektrolitlər ikinci dərəcəli keçiricilər adlanır (metallardan fərqli olaraq). Elektrolitlər həmçinin ərimələr və bəzi kristallar, xüsusən sirkonium dioksid və gümüş yodid ola bilər.

Elektrolitlərin əsas xüsusiyyəti elektrolitik dissosiasiya qabiliyyətidir, yəni su molekulları (və ya digər həlledicilər) ilə yüklü ionlara qarşılıqlı təsir göstərərkən molekulların parçalanması.

Məhlulda əmələ gələn ionların növünə görə elektrolit qələvi (elektrik keçiriciliyi metal ionları və OH- ilə bağlıdır), duzlu və turşu (H+ ionları və turşu əsası qalıqları ilə) kimi fərqlənir.

Elektrolitin dissosiasiya qabiliyyətini kəmiyyətcə xarakterizə etmək üçün "dissosiasiya dərəcəsi" parametri tətbiq edilmişdir. Bu dəyər çürüməyə məruz qalmış molekulların faizini əks etdirir. Bu asılıdır:
maddənin özü;
həlledici;
maddə konsentrasiyası;
temperatur.

Elektrolitlər güclü və zəif bölünür. Reagent nə qədər yaxşı həll olunur (ionlara parçalanır), elektrolit nə qədər güclüdürsə, cərəyanı bir o qədər yaxşı keçirir. Güclü elektrolitlərə qələvilər, güclü turşular və həll olunan duzlar daxildir.

Batareyalarda istifadə olunan elektrolitlər üçün sıxlıq kimi bir parametr çox vacibdir. Batareyanın işləmə şərtləri, tutumu və xidmət müddəti ondan asılıdır. Sıxlıq hidrometrlərdən istifadə etməklə müəyyən edilir.

Elektrolitlərlə işləyərkən ehtiyat tədbirləri

Ən populyar elektrolitlər konsentratlaşdırılmış kükürd turşusu və qələvi məhluludur - ən çox kalium, natrium və litium hidroksidləri. Onların hamısı dəri və selikli qişalarda kimyəvi yanıqlara, gözlər üçün isə çox təhlükəli yanıqlara səbəb olur. Buna görə də bu cür elektrolitlərlə bütün işlər qoruyucu vasitələrdən istifadə edərək ayrı, yaxşı havalandırılan bir otaqda aparılmalıdır: geyim, maskalar, gözlüklər, rezin əlcəklər.
Elektrolitlərlə iş aparılan otağın yaxınlığında zərərsizləşdirici maddələr dəsti və su kranı olan ilk yardım dəsti saxlanmalıdır.
Turşu yanıqları soda məhlulu (1 stəkan suya 1 tsp) ilə zərərsizləşdirilir.
Alkali yanıqları borik turşusu (1 stəkan suya 1 tsp) məhlulu ilə zərərsizləşdirilir.
Gözləri yumaq üçün neytrallaşdırıcı həllər iki dəfə zəif olmalıdır.
Zədələnmiş dəri sahələri əvvəlcə neytrallaşdırıcı, sonra isə sabun və su ilə yuyulur.
Elektrolit tökülərsə, yonqar ilə yığılır, sonra neytrallaşdırıcı ilə yuyulur və qurudulur.

Elektrolit ilə işləyərkən, etməlisiniz bütün təhlükəsizlik tələbləri. Məsələn, turşu suya dökülür (və əksinə deyil!) Əl ilə deyil, cihazların köməyi ilə. Bərk qələvi parçaları suya əllərinizlə deyil, maşa və ya qaşıqlarla endirilir. Siz eyni otaqda müxtəlif növ elektrolitləri olan batareyalarla işləyə bilməzsiniz və onları bir yerdə saxlamaq da qadağandır.

Bəzi işlərdə elektrolitin “qaynadılması” tələb olunur. Bu, yanan və partlayıcı bir qaz olan hidrogen buraxır. Belə binalarda partlayışa davamlı elektrik naqillərindən və elektrik cihazlarından istifadə edilməli, siqaret çəkmək və açıq alovla hər hansı bir iş görmək qadağandır.

Elektrolitləri plastik qablarda saxlayın. Şüşə, keramika, çini qablar və alətlər iş üçün uyğundur.

Növbəti məqalədə elektrolitin növləri və istifadəsi haqqında sizə ətraflı məlumat verəcəyik.

Kimyəvi maddələr kimi elektrolitlər qədim zamanlardan məlumdur. Bununla belə, onlar nisbətən yaxınlarda tətbiqlərinin əksər sahələrini fəth etdilər. Biz bu maddələrin istifadəsi üçün sənayenin ən yüksək prioritet sahələrini müzakirə edəcəyik və sonuncuların nə olduğunu və onların bir-birindən nə ilə fərqləndiyini anlayacağıq. Ancaq tarixə ekskursiya ilə başlayaq.

Hekayə

Ən qədim məlum elektrolitlər Qədim dünyada kəşf edilmiş duzlar və turşulardır. Bununla belə, elektrolitlərin quruluşu və xassələri haqqında fikirlər zamanla inkişaf etmişdir. Bu proseslərin nəzəriyyələri 1880-ci illərdən, elektrolitlərin xassələri nəzəriyyələri ilə bağlı bir sıra kəşflərin edildiyi vaxtdan inkişaf etmişdir. Elektrolitlərin su ilə qarşılıqlı təsir mexanizmlərini təsvir edən nəzəriyyələrdə bir neçə keyfiyyət sıçrayışı müşahidə edildi (axı, onlar yalnız məhlulda sənayedə istifadə olunduğu xassələri əldə edirlər).

İndi elektrolitlər və onların xassələri haqqında fikirlərin inkişafına ən çox təsir edən bir neçə nəzəriyyəni ətraflı araşdıracağıq. Və hər birimizin məktəbdə keçdiyi ən ümumi və sadə nəzəriyyədən başlayaq.

Arrheniusun elektrolitik dissosiasiya nəzəriyyəsi

1887-ci ildə İsveç kimyaçısı və Vilhelm Ostvald elektrolitik dissosiasiya nəzəriyyəsini yaratdılar. Ancaq burada da o qədər də sadə deyil. Arrhenius özü məhlulların fiziki nəzəriyyəsinin tərəfdarı idi, maddənin tərkib hissələrinin su ilə qarşılıqlı təsirini nəzərə almadı və məhlulda sərbəst yüklü hissəciklərin (ionların) mövcud olduğunu müdafiə etdi. Yeri gəlmişkən, bu gün məktəbdə elektrolitik dissosiasiyaya məhz bu mövqedən baxılır.

Gəlin bu nəzəriyyənin nəyi təmin etdiyi və maddələrin su ilə qarşılıqlı təsir mexanizmini bizə necə izah etdiyi barədə danışaq. Hər hansı digər kimi, onun istifadə etdiyi bir neçə postulat var:

1. Su ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, maddə ionlara (müsbət - kation və mənfi - anion) parçalanır. Bu hissəciklər nəmlənməyə məruz qalır: onlar su molekullarını cəlb edirlər, yeri gəlmişkən, bir tərəfdən müsbət, digər tərəfdən mənfi yüklü (dipol əmələ gətirir), nəticədə onlar su komplekslərinə (solvatlara) çevrilirlər.

2. Dissosiasiya prosesi geri çevrilir - yəni maddə ionlara parçalanıbsa, o zaman bəzi amillərin təsiri altında yenidən ilkin formasına keçə bilər.

3. Əgər məhlula elektrodları birləşdirib cərəyanı açsanız, kationlar mənfi elektroda - katoda, anionlar isə müsbət yüklüyə - anoda doğru hərəkət etməyə başlayacaq. Buna görə də suda çox həll olan maddələr elektrik cərəyanını suyun özündən daha yaxşı keçirir. Eyni səbəbdən onları elektrolitlər adlandırdılar.

4. elektrolit həll olunan maddənin faizini xarakterizə edir. Bu göstərici həlledicinin və həll olunmuş maddənin özündən, sonuncunun konsentrasiyasından və xarici temperaturdan asılıdır.

Budur, əslində, bu sadə nəzəriyyənin bütün əsas postulatları. Elektrolit məhlulunda baş verənləri təsvir etmək üçün bu məqalədə onlardan istifadə edəcəyik. Bu əlaqələrin nümunələrinə bir az sonra baxacağıq, amma indi başqa bir nəzəriyyəyə baxaq.

Lyuisin turşular və əsaslar nəzəriyyəsi

Elektrolitik dissosiasiya nəzəriyyəsinə görə, turşu məhlulunda hidrogen kationunun mövcud olduğu maddə, əsas isə məhlulda hidroksid anionuna parçalanan birləşmədir. Məşhur kimyaçı Gilbert Lewisin adını daşıyan başqa bir nəzəriyyə də var. Bu, turşu və əsas anlayışını bir qədər genişləndirməyə imkan verir. Lyuisin nəzəriyyəsinə görə turşular sərbəst elektron orbitallarına malik olan və başqa molekuldan elektron qəbul edə bilən maddənin molekullarıdır. Təxmin etmək asandır ki, əsaslar bir və ya bir neçə elektronunu turşunun "istifadəsi" üçün bağışlaya bilən hissəciklərdir. Burada çox maraqlı olan odur ki, təkcə elektrolit deyil, hər hansı bir maddə, hətta suda həll olunmayan da turşu və ya əsas ola bilər.

Brendsted-Lowry protolitik nəzəriyyəsi

1923-cü ildə bir-birindən asılı olmayaraq iki alim - J. Brønsted və T. Lowry - indi kimyəvi prosesləri təsvir etmək üçün alimlər tərəfindən fəal şəkildə istifadə olunan bir nəzəriyyə təklif etdilər. Bu nəzəriyyənin mahiyyəti ondan ibarətdir ki, dissosiasiyanın mənası protonun turşudan əsasa keçməsi ilə əlaqədardır. Beləliklə, sonuncu burada proton qəbuledicisi kimi başa düşülür. Sonra turşu onların donorudur. Nəzəriyyə həm turşuların, həm də əsasların xüsusiyyətlərini nümayiş etdirən maddələrin mövcudluğunu yaxşı izah edir. Belə birləşmələr amfoter adlanır. Bronsted-Lowry nəzəriyyəsində onlar üçün amfolitlər termini də istifadə olunur, turşular və ya əsaslar isə adətən protolitlər adlanır.

Məqalənin növbəti hissəsinə keçirik. Burada güclü və zəif elektrolitlərin bir-birindən necə fərqləndiyini söyləyəcəyik və xarici amillərin onların xassələrinə təsirini müzakirə edəcəyik. Və sonra onların praktik tətbiqini təsvir etməyə başlayacağıq.

Güclü və zəif elektrolitlər

Hər bir maddə ayrı-ayrılıqda su ilə qarşılıqlı təsir göstərir. Bəziləri onda yaxşı həll olunur (məsələn, süfrə duzu), digərləri isə ümumiyyətlə həll olunmur (məsələn, təbaşir). Beləliklə, bütün maddələr güclü və zəif elektrolitlərə bölünür. Sonuncular su ilə zəif qarşılıqlı əlaqədə olan və məhlulun dibində çökən maddələrdir. Bu o deməkdir ki, onlar çox aşağı dissosiasiya dərəcəsinə və yüksək rabitə enerjisinə malikdirlər ki, bu da molekulun normal şəraitdə onu təşkil edən ionlarına parçalanmasına imkan vermir. Zəif elektrolitlərin dissosiasiyası ya çox yavaş, ya da artan temperatur və məhlulda bu maddənin konsentrasiyası ilə baş verir.

Güclü elektrolitlər haqqında danışaq. Bunlara bütün həll olunan duzlar, həmçinin güclü turşular və qələvilər daxildir. Onlar asanlıqla ionlara parçalanır və yağıntıya yığılmaq çox çətindir. Yeri gəlmişkən, elektrolitlərdə cərəyan, məhluldakı ionlar sayəsində dəqiq həyata keçirilir. Buna görə də güclü elektrolitlər cərəyanı ən yaxşı şəkildə keçirir. Sonuncuların nümunələri: güclü turşular, qələvilər, həll olunan duzlar.

Elektrolitlərin davranışına təsir edən amillər

İndi xarici mühitdəki dəyişikliklərin necə təsir etdiyini anlayaq Konsentrasiya elektrolitin dissosiasiya dərəcəsinə birbaşa təsir göstərir. Üstəlik, bu əlaqəni riyazi şəkildə ifadə etmək olar. Bu əlaqəni təsvir edən qanun Ostvaldın seyreltmə qanunu adlanır və aşağıdakı kimi yazılır: a = (K / c) 1/2. Burada a dissosiasiya dərəcəsidir (kəsrlərlə alınır), K hər bir maddə üçün fərqli olan dissosiasiya sabitidir, c isə məhluldakı elektrolitin konsentrasiyasıdır. Bu düsturdan istifadə edərək, bir maddə və onun məhluldakı davranışı haqqında çox şey öyrənə bilərsiniz.

Amma biz mövzudan kənara çıxmışıq. Konsentrasiyadan əlavə, dissosiasiya dərəcəsi elektrolitin temperaturundan da təsirlənir. Əksər maddələr üçün onun artırılması həllolma qabiliyyətini və kimyəvi aktivliyi artırır. Bəzi reaksiyaların yalnız yüksək temperaturda baş verməsini izah edə bilən budur. Normal şəraitdə onlar ya çox yavaş, ya da hər iki istiqamətdə gedirlər (bu proses geri çevrilən adlanır).

Elektrolit məhlulu kimi sistemin davranışını təyin edən amilləri təhlil etdik. İndi keçək bunların praktiki tətbiqinə, şübhəsiz ki, çox vacib kimyəvi maddələr.

Sənaye istifadəsi

Əlbəttə ki, hər kəs batareyalara münasibətdə "elektrolit" sözünü eşitmişdir. Avtomobildə elektrolit 40% sulfat turşusu olan qurğuşun-turşu akkumulyatorlarından istifadə edilir. Bu maddənin ümumiyyətlə orada niyə lazım olduğunu başa düşmək üçün batareyaların işləmə xüsusiyyətlərini başa düşməyə dəyər.

Beləliklə, hər hansı bir batareyanın işləmə prinsipi nədir? Onlar bir maddənin digərinə çevrilməsinin əks reaksiyasına məruz qalırlar, bunun nəticəsində elektronlar buraxılır. Batareyanı doldurarkən, normal şəraitdə baş verməyən maddələrin qarşılıqlı təsiri baş verir. Bunu kimyəvi reaksiya nəticəsində maddədə elektrik cərəyanının yığılması kimi də düşünmək olar. Boşaltma zamanı sistemi ilkin vəziyyətə aparan tərs çevrilmə başlayır. Bu iki proses birlikdə bir yük-boşaltma dövrünü təşkil edir.

Xüsusi bir nümunə - qurğuşun-turşu akkumulyatorundan istifadə edərək yuxarıdakı prosesə baxaq. Təxmin etdiyiniz kimi, bu cərəyan mənbəyi qurğuşun (həmçinin qurğuşun dioksidi PbO 2) və turşu olan elementdən ibarətdir. Hər hansı bir akkumulyator elektrolitlə doldurulmuş elektrodlardan və onların arasındakı boşluqdan ibarətdir. Sonuncu kimi, artıq aşkar etdiyimiz kimi, nümunəmizdə 40 faiz konsentrasiyası olan sulfat turşusundan istifadə edirik. Belə akkumulyatorun katodu qurğuşun dioksiddən, anod isə təmiz qurğuşundan ibarətdir. Bütün bunlar, turşunun ayrıldığı ionların iştirakı ilə bu iki elektrodda müxtəlif geri çevrilən reaksiyaların baş verməsidir:

1. PbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e - = PbSO 4 + 2H 2 O (mənfi elektrodda baş verən reaksiya - katod).
2. Pb + SO 4 2- - 2e - = PbSO 4 (Müsbət elektrodda baş verən reaksiya - anod).

Reaksiyaları soldan sağa oxusaq, batareya boşaldıqda baş verən prosesləri, sağdan sola isə batareyanın doldurulması zamanı baş verən prosesləri alırıq. Bu reaksiyaların hər birində bu reaksiyalar fərqlidir, lakin onların baş vermə mexanizmi ümumiyyətlə eyni şəkildə təsvir olunur: iki proses baş verir, onlardan birində elektronlar "udulur", digərində isə əksinə, " buraxın”. Ən əsası odur ki, udulan elektronların sayı buraxılan elektronların sayına bərabər olsun.

Əslində, batareyalardan başqa, bu maddələr üçün bir çox tətbiq var. Ümumiyyətlə, nümunələr verdiyimiz elektrolitlər bu termin altında birləşən müxtəlif maddələrin yalnız bir dənəsidir. Bizi hər yerdə, hər yerdə əhatə edirlər. Burada, məsələn, insan bədəni var. Sizcə, bu maddələr orada yoxdur? Çox yanılırsan. Onlar bizim hər yerdə tapılır və ən böyük miqdarı qan elektrolitlərindən ibarətdir. Bunlara, məsələn, hemoglobinin bir hissəsi olan və oksigeni bədənimizin toxumalarına nəql etməyə kömək edən dəmir ionları daxildir. Qan elektrolitləri də su-duz balansının və ürəyin işinin tənzimlənməsində əsas rol oynayır. Bu funksiya kalium və natrium ionları tərəfindən yerinə yetirilir (hətta hüceyrələrdə kalium-natrium pompası adlanan bir proses baş verir).

Bir az da olsa həll edə biləcəyiniz hər hansı maddələr elektrolitlərdir. Elə bir sənaye sahəsi və ya həyatımız yoxdur ki, orada onlardan istifadə olunmasın. Bu təkcə avtomobil akkumulyatorları və akkumulyatorları deyil. Bunlar istənilən kimya və qida istehsalı, hərbi fabriklər, geyim fabrikləri və s.

Yeri gəlmişkən, elektrolitin tərkibi dəyişir. Beləliklə, turşu və qələvi elektrolitləri ayırd etmək olar. Onlar xassələrinə görə əsaslı şəkildə fərqlənirlər: artıq dediyimiz kimi, turşular proton donorları, qələvilər isə qəbuledicilərdir. Lakin zaman keçdikcə maddənin bir hissəsinin itirilməsi səbəbindən elektrolitin tərkibi dəyişir, konsentrasiyası ya azalır, ya da artır (hər şey itiriləndən, sudan və ya elektrolitdən asılıdır);

Onlarla hər gün qarşılaşırıq, lakin elektrolitlər kimi bir terminin tərifini tam olaraq az adam bilir. Biz konkret maddələrin nümunələrini nəzərdən keçirdik, ona görə də bir qədər mürəkkəb anlayışlara keçək.

Elektrolitlərin fiziki xassələri

İndi fizika haqqında. Bu mövzunu öyrənərkən başa düşmək üçün ən vacib şey, elektrolitlərdə cərəyanın necə ötürülməsidir. Bunda ionlar həlledici rol oynayır. Bu yüklü hissəciklər məhlulun bir hissəsindən digərinə yük ötürə bilir. Beləliklə, anionlar həmişə müsbət elektroda, kationlar isə mənfiyə meyllidirlər. Beləliklə, elektrik cərəyanı ilə məhlulda hərəkət edərək, sistemin müxtəlif tərəflərindəki yükləri ayırırıq.

Çox maraqlı bir fiziki xüsusiyyət sıxlıqdır. Müzakirə etdiyimiz birləşmələrin bir çox xassələri ondan asılıdır. Və tez-tez sual yaranır: "Elektrolitin sıxlığını necə artırmaq olar?" Əslində cavab sadədir: məhluldakı suyun miqdarını azaltmaq lazımdır. Elektrolitin sıxlığı böyük ölçüdə müəyyən olunduğundan, bu, əsasən sonuncunun konsentrasiyasından asılıdır. Planınıza çatmağın iki yolu var. Birincisi olduqca sadədir: batareyada olan elektroliti qaynadın. Bunu etmək üçün onu doldurmaq lazımdır ki, içəridəki temperatur yüz dərəcə Selsidən bir qədər yuxarı qalxsın. Bu üsul kömək etmirsə, narahat olmayın, başqa biri var: sadəcə köhnə elektroliti yenisi ilə əvəz edin. Bunu etmək üçün köhnə məhlulu boşaltmaq, distillə edilmiş su ilə qalıq sulfat turşusundan içəriləri təmizləmək və sonra yeni bir hissə doldurmaq lazımdır. Bir qayda olaraq, yüksək keyfiyyətli elektrolit məhlulları dərhal istənilən konsentrasiyaya malikdir. Dəyişdirildikdən sonra elektrolitin sıxlığını necə artırmaq barədə uzun müddət unuda bilərsiniz.

Elektrolitin tərkibi əsasən onun xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirir. Elektrik keçiriciliyi və sıxlıq kimi xüsusiyyətlər, məsələn, həll olunan maddənin təbiətindən və konsentrasiyasından çox asılıdır. Batareyada nə qədər elektrolit ola biləcəyi ilə bağlı ayrı bir sual var. Əslində, onun həcmi məhsulun elan edilmiş gücü ilə birbaşa bağlıdır. Batareyanın içərisində nə qədər çox sulfat turşusu varsa, o, daha güclüdür, yəni daha çox gərginlik yarada bilər.

Bu harada faydalı olacaq?

Əgər siz avtomobil həvəskarısınızsa və ya sadəcə avtomobillərlə maraqlanırsınızsa, o zaman özünüz hər şeyi başa düşürsünüz. Şübhəsiz ki, indi batareyada nə qədər elektrolitin olduğunu necə təyin edəcəyinizi bilirsiniz. Əgər avtomobillərdən uzaqsınızsa, bu maddələrin xüsusiyyətləri, istifadəsi və bir-biri ilə necə qarşılıqlı əlaqəsi haqqında biliklər artıq olmaz. Bunu bilərək, sizdən akkumulyatorda hansı elektrolitin olduğunu söyləmək istənilsə, çaşqın olmayacaqsınız. Baxmayaraq ki, bir avtomobil həvəskarı olmasanız da, ancaq bir avtomobiliniz varsa, akkumulyatorun strukturu haqqında biliklər artıq olmayacaq və təmirdə sizə kömək edəcəkdir. Avtomatik mərkəzə getməkdənsə, hər şeyi özünüz etmək daha asan və daha ucuz olacaq.

Və bu mövzunu daha yaxşı öyrənmək üçün məktəb və universitetlər üçün kimya dərsliyini oxumağı tövsiyə edirik. Bu elmi yaxşı bilirsinizsə və kifayət qədər dərslik oxumusunuzsa, ən yaxşı seçim Varypaevin "Kimyəvi cərəyan mənbələri" olacaq. Batareyaların, müxtəlif akkumulyatorların və hidrogen elementlərinin işinin bütün nəzəriyyəsi orada ətraflı təsvir edilmişdir.

Nəticə

Sona gəldik. Gəlin ümumiləşdirək. Yuxarıda elektrolitlər kimi bir anlayışla əlaqəli hər şeyi müzakirə etdik: nümunələr, quruluş və xüsusiyyətlər nəzəriyyəsi, funksiyalar və tətbiqlər. Bir daha qeyd etmək lazımdır ki, bu birləşmələr həyatımızın bir hissəsini təşkil edir, onlar olmadan bədənimiz və sənayenin bütün sahələri mövcud ola bilməzdi. Qan elektrolitlərini xatırlayırsınız? Onların sayəsində yaşayırıq. Bəs bizim maşınlarımız? Bu biliklə batareya ilə bağlı hər hansı bir problemi həll edə bilərik, çünki indi içindəki elektrolitin sıxlığını necə artıracağımızı başa düşürük.

Hər şeyi demək mümkün deyil və biz belə bir məqsəd qoymamışıq. Axı, bu heyrətamiz maddələr haqqında deyilə biləcək bütün bunlar deyil.