Cos'è un elettrolita in chimica. Si riferisce agli elettroliti. Quali particelle trasportano cariche?

Si tratta di sostanze le cui soluzioni o fusioni conducono corrente elettrica. Sono anche una componente indispensabile dei liquidi e dei tessuti densi degli organismi.

Gli elettroliti includono acidi, basi e sali. Le sostanze che non conducono corrente elettrica allo stato disciolto o fuso sono chiamate non elettroliti. Questi includono molte sostanze organiche, come zuccheri, alcoli, ecc. La capacità delle soluzioni elettrolitiche di condurre corrente elettrica è spiegata dal fatto che quando disciolte, le molecole di elettroliti si disintegrano in particelle - ioni caricate elettricamente positivamente e negativamente. La quantità di carica su uno ione è numericamente uguale alla valenza dell'atomo o del gruppo di atomi che formano lo ione. Gli ioni differiscono dagli atomi e dalle molecole non solo per la presenza di cariche elettriche, ma anche per altre proprietà, ad esempio gli ioni di cloro non hanno odore, colore o altre proprietà delle molecole di cloro.

Gli ioni con carica positiva sono chiamati cationi, gli ioni con carica negativa sono chiamati anioni. I cationi formano atomi di idrogeno H+, metalli: K+, Na+, Ca 2+, Fe 3+ e alcuni gruppi di atomi, ad esempio il gruppo ammonio NH+ 4; Gli anioni formano atomi e gruppi di atomi che sono residui acidi, ad esempio Cl -, NO - 3, SO 2- 4, CO 2- 3.

Il termine E. è stato introdotto nella scienza da Faraday. Fino a tempi molto recenti, K.E. includeva sali, acidi e alcali tipici, nonché acqua. Gli studi su soluzioni non acquose, così come gli studi a temperature molto elevate, hanno notevolmente ampliato questo campo. I. A. Kablukov, Kadi, Karara, P. I. Walden e altri hanno dimostrato che non solo le soluzioni acquose e alcoliche conducono corrente in modo evidente, ma anche soluzioni in una serie di altre sostanze, come, ad esempio, ammoniaca liquida, anidride solforosa liquida, ecc. si è inoltre scoperto che molte sostanze e miscele sono ottimi isolanti a temperature ordinarie, come gli ossidi metallici anidri (ossido di calcio, ossido di magnesio, ecc.), e diventano conduttori elettrolitici quando la temperatura aumenta. La famosa lampada a incandescenza Nernst, il cui principio fu scoperto dal geniale Yablochkov, fornisce un eccellente esempio di questi fatti. Una miscela di ossidi - un “corpo incandescente” in una lampada Nernst, che non è conduttivo alle temperature ordinarie, diventa ottimo a 700° e inoltre mantiene lo stato solido elettrolitico conduttore. Si può presumere che la maggior parte delle sostanze complesse studiate in chimica inorganica, con solventi appropriati o a temperatura sufficientemente elevata, possano acquisire le proprietà degli elettroni, ad eccezione, ovviamente, dei metalli e delle loro leghe e di quelle sostanze complesse per le quali la conduttività metallica è stato dimostrato. Al momento, le indicazioni sulla conduttività metallica dello ioduro d'argento fuso, ecc. sono da considerarsi non ancora sufficientemente comprovate. Un'altra cosa va detta per la maggior parte delle sostanze contenenti carbonio, cioè quelle studiate in chimica organica. È improbabile che esistano solventi che rendano gli idrocarburi o le loro miscele (paraffina, cherosene, benzina, ecc.) conduttori di corrente. Tuttavia, in chimica organica abbiamo una transizione graduale dai tipici elettroliti ai tipici non elettroliti: partendo dagli acidi organici ai fenoli contenenti un gruppo nitro, ai fenoli non contenenti tale gruppo, agli alcoli, le cui soluzioni acquose appartengono ad isolanti con basso forze elettriche eccitanti e, infine, agli idrocarburi, tipici isolanti. Per molti composti organici, e in parte anche per alcuni inorganici, è difficile aspettarsi che un aumento della temperatura li trasformi in E., poiché queste sostanze si decompongono prima per l'azione del calore.

La questione su cosa fosse l'elettrolita era in uno stato così incerto finché non fu introdotta la teoria della dissociazione elettrolitica per risolverla.

Dissociazione elettrolitica.

La disintegrazione delle molecole di elettrolita in ioni è chiamata dissociazione elettrolitica, o ionizzazione, ed è un processo reversibile, cioè in una soluzione può verificarsi uno stato di equilibrio in cui tante molecole di elettrolita si disintegrano in ioni, tante di esse si formano nuovamente da ioni .

La dissociazione degli elettroliti in ioni può essere rappresentata dall'equazione generale: , dove KmAn è una molecola non dissociata, K z+ 1 è un catione che trasporta z 1 cariche positive, E z- 2 è un anione con z 2 cariche negative, m e n sono il numero di cationi e anioni, formati durante la dissociazione di una molecola di elettrolita. Per esempio, .
Il numero di ioni positivi e negativi in ​​una soluzione può essere diverso, ma la carica totale dei cationi è sempre uguale alla carica totale degli anioni, quindi la soluzione nel suo insieme è elettricamente neutra.
Gli elettroliti forti si dissociano quasi completamente in ioni a qualsiasi concentrazione in soluzione. Questi includono acidi forti (vedi), basi forti e quasi tutti i sali (vedi). Gli elettroliti deboli, che includono acidi e basi deboli e alcuni sali, come il sublimato HgCl 2, si dissociano solo parzialmente; il grado della loro dissociazione, cioè la proporzione di molecole disintegrate in ioni, aumenta con la diminuzione della concentrazione della soluzione.
Una misura della capacità degli elettroliti di disintegrarsi in ioni nelle soluzioni può essere la costante di dissociazione elettrolitica (costante di ionizzazione), pari a
dove tra parentesi quadre sono indicate le concentrazioni delle particelle corrispondenti nella soluzione.

1. ELETTROLITI

1.1. Dissociazione elettrolitica. Grado di dissociazione. Potenza dell'elettrolita

Secondo la teoria della dissociazione elettrolitica, sali, acidi, idrossidi, dissolvendosi in acqua, si disintegrano completamente o parzialmente in particelle indipendenti - ioni.

Il processo di decomposizione delle molecole della sostanza in ioni sotto l'influenza di molecole di solvente polare è chiamato dissociazione elettrolitica. Vengono chiamate sostanze che si dissociano in ioni in soluzioni elettroliti. Di conseguenza, la soluzione acquisisce la capacità di condurre corrente elettrica, perché in esso compaiono portatori di carica elettrica mobile. Secondo questa teoria, quando disciolti in acqua, gli elettroliti si dividono (si dissociano) in ioni con carica positiva e negativa. Vengono chiamati ioni caricati positivamente cationi; questi includono, ad esempio, idrogeno e ioni metallici. Vengono chiamati ioni con carica negativa anioni; Questi includono ioni di residui acidi e ioni idrossido.

Per caratterizzare quantitativamente il processo di dissociazione è stato introdotto il concetto di grado di dissociazione. Il grado di dissociazione di un elettrolita (α) è il rapporto tra il numero delle sue molecole disintegrate in ioni in una data soluzione ( N ), al numero totale delle sue molecole in soluzione ( Né

α = .

Il grado di dissociazione elettrolitica è solitamente espresso in frazioni di unità o in percentuale.

Gli elettroliti con un grado di dissociazione maggiore di 0,3 (30%) sono solitamente chiamati forti, con un grado di dissociazione da 0,03 (3%) a 0,3 (30%) - medio, inferiore a 0,03 (3%) - elettroliti deboli. Quindi, per una soluzione da 0,1 M CH3COOH α = 0,013 (o 1,3%). Pertanto, l'acido acetico è un elettrolita debole. Il grado di dissociazione mostra quale parte delle molecole disciolte di una sostanza si è scomposta in ioni. Il grado di dissociazione elettrolitica di un elettrolita in soluzioni acquose dipende dalla natura dell'elettrolita, dalla sua concentrazione e temperatura.

Per la loro natura, gli elettroliti possono essere suddivisi in due grandi gruppi: forte e debole. Elettroliti forti si dissociano quasi completamente (α = 1).

Gli elettroliti forti includono:

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

2) basi – idrossidi metallici del primo gruppo del sottogruppo principale (alcali) – LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH , così come gli idrossidi di metalli alcalino terrosi – Ba (OH) 2, Ca (OH) 2, Sr (OH) 2;.

3) sali solubili in acqua (vedi tabella solubilità).

Elettroliti deboli si dissociano in ioni in misura molto piccola; nelle soluzioni si trovano principalmente allo stato indissociato (in forma molecolare). Per gli elettroliti deboli, viene stabilito un equilibrio tra molecole e ioni non dissociati.

Gli elettroliti deboli includono:

1) acidi inorganici ( H 2 CO 3, H 2 S, HNO 2, H 2 SO 3, HCN, H 3 PO 4, H 2 SiO 3, HCNS, HClO, ecc.);

2) acqua (H2O);

3) idrossido di ammonio ( NH4OH);

4) la maggior parte degli acidi organici

(ad esempio CH 3 COOH acetico, HCOOH formico);

5) sali e idrossidi insolubili e poco solubili di alcuni metalli (vedi tabella di solubilità).

Processo dissociazione elettrolitica rappresentato utilizzando equazioni chimiche. Ad esempio, la dissociazione dell'acido cloridrico (HC l ) è scritto così:

HCl → H + + Cl – .

Le basi si dissociano per formare cationi metallici e ioni idrossido. Ad esempio, la dissociazione di KOH

KOH → K + + OH – .

Gli acidi polibasici, così come le basi di metalli polivalenti, si dissociano gradualmente. Per esempio,

H2CO3 H + + HCO3 – ,

HCO3 – H + + CO3 2– .

Il primo equilibrio - la dissociazione secondo il primo passo - è caratterizzato dalla costante

.

Per la dissociazione del secondo stadio:

.

Nel caso dell'acido carbonico le costanti di dissociazione hanno i seguenti valori: K io = 4,3× 10 –7, K II = 5,6 × 10-11. Per una dissociazione graduale sempre K Io> K II> K III >... , Perché l'energia che deve essere spesa per separare uno ione è minima quando è separato da una molecola neutra.

I sali medi (normali), solubili in acqua, si dissociano per formare ioni metallici caricati positivamente e ioni metallici caricati negativamente del residuo acido

Ca(NO3)2 → Ca2+ + 2NO3 –

Al2(SO4)3 → 2Al3+ +3SO4 2–.

I sali acidi (idrosali) sono elettroliti contenenti idrogeno nell'anione, che può essere scisso sotto forma di ione idrogeno H +. I sali acidi sono considerati un prodotto ottenuto da acidi polibasici in cui non tutti gli atomi di idrogeno sono sostituiti da un metallo. La dissociazione dei sali acidi avviene in più fasi, ad esempio:

KHCO3 → K + + H CO 3 – (prima fase)

Gli elettroliti sono sostanze le cui fusioni o soluzioni conducono corrente elettrica. Gli elettroliti comprendono acidi, basi e la maggior parte dei sali.

Dissociazione degli elettroliti

Gli elettroliti includono sostanze con legami covalenti ionici o altamente polari. I primi esistono sotto forma di ioni ancor prima di essere trasferiti allo stato disciolto o fuso. Gli elettroliti includono sali, basi e acidi.

Riso. 1. Tabella la differenza tra elettroliti e non elettroliti.

Esistono elettroliti forti e deboli. Gli elettroliti forti, quando sciolti in acqua, si dissociano completamente in ioni. Questi includono: quasi tutti i sali solubili, molti acidi inorganici (ad esempio H 2 SO 4, HNO 3, HCl), idrossidi di metalli alcalini e alcalino terrosi. Gli elettroliti deboli, quando disciolti in acqua, si dissociano leggermente in ioni. Questi includono quasi tutti gli acidi organici, alcuni acidi inorganici (ad esempio H 2 CO 3), molti idrossidi (ad eccezione degli idrossidi di metalli alcalini e alcalino terrosi).

Riso. 2. Tabella degli elettroliti forti e deboli.

Anche l’acqua è un elettrolita debole.

Come altre reazioni chimiche, la dissociazione elettrolitica nelle soluzioni è scritta sotto forma di equazioni di dissociazione. Allo stesso tempo, per gli elettroliti forti il ​​processo è considerato irreversibile, mentre per gli elettroliti di media forza e deboli – come un processo reversibile.

Acidi– si tratta di elettroliti, la cui dissociazione in soluzioni acquose avviene con la formazione di ioni idrogeno come cationi. Gli acidi polibasici si dissociano gradualmente. Ogni passaggio successivo procede con sempre maggiore difficoltà, poiché gli ioni risultanti dai residui acidi sono elettroliti più deboli.

Motivi– elettroliti che si dissociano in una soluzione acquosa per formare lo ione idrossido OH- come anione. La formazione dello ione idrossido è una caratteristica comune delle basi e determina le proprietà generali delle basi forti: carattere alcalino, sapore amaro, saponosità al tatto, reazione ad un indicatore, neutralizzazione degli acidi, ecc.

Gli alcali, anche quelli poco solubili (ad esempio l'idrossido di bario Ba(OH) 2) si dissociano completamente, esempio:

Ba(OH)2 =Ba2+2OH-

Sali sono elettroliti che in soluzione acquosa si dissociano per formare un catione metallico e un residuo acido. I sali non si dissociano gradualmente, ma completamente:

Сa(NO 3) 2 =Ca 2 + +2NO 3 –

Teoria della dissociazione elettrolitica

Elettroliti– sostanze che subiscono la dissociazione elettrolitica in soluzioni o si fondono e conducono corrente elettrica a causa del movimento degli ioni.

La dissociazione elettrolitica è la scomposizione degli elettroliti in ioni quando disciolti in acqua.

La teoria della dissociazione elettrolitica (S. Arrhenius, 1887) nella comprensione moderna comprende le seguenti disposizioni:

• Quando disciolti in acqua, gli elettroliti si scompongono (si dissociano) in ioni: positivi (cationi) e negativi (anioni). La ionizzazione avviene più facilmente per i composti con legami ionici (sali, alcali) che, una volta disciolti (processo endotermico di distruzione del reticolo cristallino), formano ioni idrati.

Riso. 3. Schema di dissociazione elettrolitica del sale.

L'idratazione ionica è un processo esotermico. Il rapporto tra costi e guadagni energetici determina la possibilità di ionizzazione in una soluzione. Quando una sostanza con un legame covalente polare (ad esempio, acido cloridrico HCl) viene sciolta, i dipoli dell'acqua si orientano sui poli corrispondenti della molecola disciolta, polarizzando il legame e trasformandolo in uno ionico, seguito dall'idratazione degli ioni . Questo processo è reversibile e può verificarsi completamente o parzialmente.

• gli ioni idratati sono stabili e si muovono casualmente nella soluzione. Sotto l'influenza della corrente elettrica, il movimento diventa direzionale: i cationi si muovono verso la cintura negativa (catodo) e gli anioni si muovono verso la cintura positiva (anodo).
• la dissociazione (ionizzazione) è un processo reversibile. La completezza della ionizzazione dipende dalla natura dell'elettrolita (i sali alcalini si dissociano quasi completamente), dalla sua concentrazione (con l'aumento della concentrazione, la ionizzazione diventa più difficile), dalla temperatura (l'aumento della temperatura favorisce la dissociazione) e dalla natura del solvente (la ionizzazione avviene solo in un solvente polare, in particolare acqua).

Gli elettroliti sono soluzioni contenenti un'alta concentrazione di ioni che consentono il passaggio della corrente elettrica. Di norma, si tratta di soluzioni acquose di sali, acidi e alcali.

Nel corpo umano e animale gli elettroliti svolgono un ruolo importante: ad esempio, gli elettroliti del sangue con ioni di ferro trasportano l'ossigeno ai tessuti; gli elettroliti con ioni potassio e sodio regolano l’equilibrio salino dell’organismo, la funzione intestinale e cardiaca.

Proprietà

L'acqua pura, i sali anidri, gli acidi e gli alcali non conducono corrente. Nelle soluzioni, le sostanze si disintegrano in ioni e conducono corrente. Questo è il motivo per cui gli elettroliti sono chiamati conduttori del secondo ordine (al contrario dei metalli). Gli elettroliti possono anche essere fusi e alcuni cristalli, in particolare biossido di zirconio e ioduro d'argento.

La proprietà principale degli elettroliti è la capacità di dissociazione elettrolitica, cioè la disintegrazione delle molecole quando interagiscono con molecole di acqua (o altri solventi) in ioni carichi.

In base al tipo di ioni formati nella soluzione, l'elettrolita si distingue in alcalino (la conduttività elettrica è dovuta a ioni metallici e OH-), salino e acido (con ioni H+ e residui acido-base).

Per caratterizzare quantitativamente la capacità di un elettrolita di dissociarsi è stato introdotto il parametro “grado di dissociazione”. Questo valore riflette la percentuale di molecole che hanno subito decadimento. Dipende da:
la sostanza stessa;
solvente;
concentrazione della sostanza;
temperatura.

Gli elettroliti si dividono in forti e deboli. Quanto meglio il reagente si dissolve (si scompone in ioni), tanto più forte è l'elettrolita, tanto meglio conduce la corrente. Gli elettroliti forti includono alcali, acidi forti e sali solubili.

Per gli elettroliti utilizzati nelle batterie, un parametro come la densità è molto importante. Le condizioni operative della batteria, la sua capacità e durata dipendono da questo. La densità viene determinata utilizzando idrometri.

Precauzioni quando si lavora con elettroliti

Gli elettroliti più popolari sono una soluzione di acido solforico concentrato e alcali, molto spesso idrossidi di potassio, sodio e litio. Tutti causano ustioni chimiche alla pelle e alle mucose e ustioni molto pericolose agli occhi. Ecco perché tutti i lavori con tali elettroliti devono essere eseguiti in una stanza separata e ben ventilata, utilizzando dispositivi di protezione: indumenti, maschere, occhiali, guanti di gomma.
Un kit di pronto soccorso con una serie di agenti neutralizzanti e un rubinetto dell'acqua deve essere tenuto vicino alla stanza in cui viene eseguito il lavoro con gli elettroliti.
Le ustioni da acido vengono neutralizzate con una soluzione di soda (1 cucchiaino per 1 tazza d'acqua).
Le ustioni alcaline vengono neutralizzate con una soluzione di acido borico (1 cucchiaino per 1 tazza d'acqua).
Per lavare gli occhi, le soluzioni neutralizzanti dovrebbero essere due volte più deboli.
Le aree cutanee danneggiate vengono prima lavate con un neutralizzante e poi con acqua e sapone.
Se l'elettrolito viene versato, viene raccolto con segatura, quindi lavato con un neutralizzante e asciugato.

Quando lavori con l'elettrolito, dovresti tutti i requisiti di sicurezza. Ad esempio, l'acido viene versato nell'acqua (e non viceversa!) non manualmente, ma con l'aiuto di dispositivi. Pezzi di alcali solidi vengono immersi nell'acqua non con le mani, ma con pinze o cucchiai. Non è possibile lavorare nella stessa stanza con batterie con tipi diversi di elettroliti ed è inoltre vietato conservarle insieme.

Alcuni lavori richiedono la “bollitura” dell’elettrolito. Questo rilascia idrogeno, un gas infiammabile ed esplosivo. In tali locali devono essere utilizzati cavi elettrici ed apparecchi elettrici antideflagranti, è vietato fumare e qualsiasi lavoro con fiamme libere.

Conservare gli elettroliti in contenitori di plastica. Piatti e strumenti in vetro, ceramica, porcellana sono adatti al lavoro.

Nel prossimo articolo vi diremo di più sui tipi e sugli usi dell'elettrolita.

Gli elettroliti come sostanze chimiche sono conosciuti fin dall'antichità. Tuttavia, hanno conquistato la maggior parte dei settori della loro applicazione in tempi relativamente recenti. Discuteremo le aree di massima priorità del settore per l'utilizzo di queste sostanze e scopriremo cosa sono queste ultime e in che modo differiscono l'una dall'altra. Ma cominciamo con un'escursione nella storia.

Storia

I più antichi elettroliti conosciuti sono sali e acidi, scoperti nel mondo antico. Tuttavia, le idee sulla struttura e sulle proprietà degli elettroliti si sono evolute nel tempo. Le teorie su questi processi si sono evolute a partire dal 1880, quando furono fatte numerose scoperte relative alle teorie sulle proprietà degli elettroliti. Sono stati osservati numerosi salti qualitativi nelle teorie che descrivono i meccanismi di interazione degli elettroliti con l'acqua (dopo tutto, solo in soluzione acquisiscono le proprietà grazie alle quali vengono utilizzati nell'industria).

Ora esamineremo in dettaglio diverse teorie che hanno avuto la maggiore influenza sullo sviluppo di idee sugli elettroliti e sulle loro proprietà. E cominciamo con la teoria più comune e semplice, che ognuno di noi ha seguito a scuola.

Teoria di Arrhenius della dissociazione elettrolitica

Nel 1887, il chimico svedese e Wilhelm Ostwald crearono la teoria della dissociazione elettrolitica. Tuttavia, anche qui le cose non sono così semplici. Lo stesso Arrhenius era un sostenitore della cosiddetta teoria fisica delle soluzioni, che non teneva conto dell'interazione dei costituenti di una sostanza con l'acqua e sosteneva che nella soluzione esistono particelle cariche libere (ioni). A proposito, è da questa posizione che oggi a scuola viene considerata la dissociazione elettrolitica.

Parliamo di cosa prevede questa teoria e di come ci spiega il meccanismo di interazione delle sostanze con l'acqua. Come ogni altro, ha diversi postulati che usa:

1. Quando interagisce con l'acqua, la sostanza si scompone in ioni (positivo - catione e negativo - anione). Queste particelle subiscono idratazione: attraggono molecole d'acqua, che, tra l'altro, si caricano positivamente da un lato e negativamente dall'altro (formando un dipolo), di conseguenza si formano in acquacomplessi (solvati).

2. Il processo di dissociazione è reversibile, ovvero se una sostanza si è divisa in ioni, sotto l'influenza di qualsiasi fattore può tornare alla sua forma originale.

3. Se colleghi gli elettrodi alla soluzione e accendi la corrente, i cationi inizieranno a spostarsi verso l'elettrodo negativo - il catodo, e gli anioni verso quello caricato positivamente - l'anodo. Ecco perché le sostanze altamente solubili nell'acqua conducono la corrente elettrica meglio dell'acqua stessa. Per lo stesso motivo venivano chiamati elettroliti.

4. l'elettrolita caratterizza la percentuale di una sostanza che ha subito dissoluzione. Questo indicatore dipende dalle proprietà del solvente e della sostanza disciolta stessa, dalla concentrazione di quest'ultima e dalla temperatura esterna.

Ecco, infatti, tutti i principali postulati di questa semplice teoria. Li useremo in questo articolo per descrivere cosa succede in una soluzione elettrolitica. Considereremo esempi di queste connessioni un po’ più tardi, ma ora esaminiamo un’altra teoria.

Teoria di Lewis degli acidi e delle basi

Secondo la teoria della dissociazione elettrolitica, un acido è una sostanza nella cui soluzione è presente un catione idrogeno e una base è un composto che si disintegra in soluzione in un anione idrossido. Esiste un'altra teoria, che prende il nome dal famoso chimico Gilbert Lewis. Ci permette di espandere un po’ il concetto di acido e base. Secondo la teoria di Lewis, gli acidi sono molecole di una sostanza che hanno orbitali elettronici liberi e sono in grado di accettare un elettrone da un'altra molecola. È facile intuire che le basi saranno particelle capaci di donare uno o più dei loro elettroni all'“uso” dell'acido. Ciò che è molto interessante qui è che non solo un elettrolita, ma anche qualsiasi sostanza, anche insolubile in acqua, può essere un acido o una base.

Teoria protolitica di Brendsted-Lowry

Nel 1923, indipendentemente l'uno dall'altro, due scienziati - J. Brønsted e T. Lowry - proposero una teoria che ora viene utilizzata attivamente dagli scienziati per descrivere i processi chimici. L'essenza di questa teoria è che il significato della dissociazione si riduce al trasferimento di un protone da un acido a una base. Pertanto, quest'ultimo è qui inteso come un accettore di protoni. Quindi l'acido è il loro donatore. La teoria spiega anche bene l'esistenza di sostanze che presentano le proprietà sia degli acidi che delle basi. Tali composti sono chiamati anfoteri. Nella teoria di Bronsted-Lowry, per loro viene utilizzato anche il termine anfoliti, mentre gli acidi o le basi sono solitamente chiamati protoliti.

Veniamo alla parte successiva dell'articolo. Qui ti diremo quanto differiscono gli elettroliti forti e deboli e discuteremo l'influenza di fattori esterni sulle loro proprietà. E poi inizieremo a descrivere la loro applicazione pratica.

Elettroliti forti e deboli

Ogni sostanza interagisce con l'acqua individualmente. Alcuni si dissolvono bene (ad esempio il sale da cucina), mentre altri non si dissolvono affatto (ad esempio il gesso). Pertanto, tutte le sostanze sono divise in elettroliti forti e deboli. Queste ultime sono sostanze che interagiscono male con l'acqua e si depositano sul fondo della soluzione. Ciò significa che hanno un grado di dissociazione molto basso e un'elevata energia di legame, che non consente alla molecola di disintegrarsi nei suoi ioni costituenti in condizioni normali. La dissociazione degli elettroliti deboli avviene molto lentamente o con l'aumento della temperatura e della concentrazione di questa sostanza in soluzione.

Parliamo di elettroliti forti. Questi includono tutti i sali solubili, nonché gli acidi e gli alcali forti. Si disintegrano facilmente in ioni e sono molto difficili da raccogliere nelle precipitazioni. La corrente negli elettroliti, tra l'altro, viene effettuata proprio grazie agli ioni contenuti nella soluzione. Pertanto, gli elettroliti forti conducono meglio la corrente. Esempi di questi ultimi: acidi forti, alcali, sali solubili.

Fattori che influenzano il comportamento degli elettroliti

Ora scopriamo come influiscono i cambiamenti nell'ambiente esterno. La concentrazione influisce direttamente sul grado di dissociazione dell'elettrolita. Inoltre, questa relazione può essere espressa matematicamente. La legge che descrive questa relazione è chiamata legge di diluizione di Ostwald ed è scritta come segue: a = (K / c) 1/2. Qui a è il grado di dissociazione (preso in frazioni), K è la costante di dissociazione, diversa per ciascuna sostanza, e c è la concentrazione dell'elettrolita nella soluzione. Usando questa formula, puoi imparare molto su una sostanza e sul suo comportamento in soluzione.

Ma abbiamo deviato dall'argomento. Oltre alla concentrazione, il grado di dissociazione è influenzato anche dalla temperatura dell'elettrolita. Per la maggior parte delle sostanze, aumentandolo si aumenta la solubilità e l'attività chimica. Questo è esattamente ciò che può spiegare il verificarsi di alcune reazioni solo a temperature elevate. In condizioni normali, procedono molto lentamente o in entrambe le direzioni (questo processo è chiamato reversibile).

Abbiamo analizzato i fattori che determinano il comportamento di un sistema come una soluzione elettrolitica. Passiamo ora all'applicazione pratica di queste sostanze chimiche, senza dubbio, molto importanti.

Uso industriale

Naturalmente tutti hanno sentito la parola “elettrolita” in relazione alle batterie. L'auto utilizza batterie al piombo, il cui elettrolita è costituito per il 40% da acido solforico. Per capire perché questa sostanza è necessaria lì, vale la pena comprendere le caratteristiche operative delle batterie.

Allora qual è il principio di funzionamento di qualsiasi batteria? Subiscono una reazione reversibile di conversione di una sostanza in un'altra, a seguito della quale vengono rilasciati elettroni. Quando si carica una batteria si verifica un'interazione di sostanze che non si verifica in condizioni normali. Questo può essere pensato come l'accumulo di elettricità in una sostanza a seguito di una reazione chimica. Durante la scarica inizia la trasformazione inversa che porta il sistema allo stato iniziale. Questi due processi insieme costituiscono un ciclo di carica-scarica.

Diamo un'occhiata al processo sopra descritto utilizzando un esempio specifico: una batteria al piombo. Come puoi immaginare, questa fonte attuale è costituita da un elemento contenente piombo (oltre al biossido di piombo PbO 2) e acido. Qualsiasi batteria è costituita da elettrodi e lo spazio tra loro riempito con elettrolita. Come quest'ultimo, come abbiamo già scoperto, nel nostro esempio utilizziamo acido solforico con una concentrazione del 40%. Il catodo di tale batteria è costituito da biossido di piombo e l'anodo è costituito da piombo puro. Tutto ciò perché su questi due elettrodi avvengono diverse reazioni reversibili con la partecipazione di ioni in cui si è dissociato l'acido:

1. PbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e - = PbSO 4 + 2H 2 O (reazione che avviene sull'elettrodo negativo - catodo).
2. Pb + SO 4 2- - 2e - = PbSO 4 (Reazione che avviene sull'elettrodo positivo - anodo).

Se leggiamo le reazioni da sinistra a destra, otteniamo processi che si verificano quando la batteria è scarica, mentre se leggiamo da destra a sinistra, otteniamo processi che si verificano quando la batteria è carica. In ciascuna di queste reazioni, queste reazioni sono diverse, ma il meccanismo del loro verificarsi è generalmente descritto allo stesso modo: si verificano due processi, in uno dei quali gli elettroni vengono “assorbiti”, e nell'altro, al contrario, “ lasciare fuori”. La cosa più importante è che il numero di elettroni assorbiti sia uguale al numero di elettroni rilasciati.

In realtà, oltre alle batterie, le applicazioni di queste sostanze sono molteplici. In generale, gli elettroliti, di cui abbiamo fornito gli esempi, sono solo un granello della varietà di sostanze riunite sotto questo termine. Ci circondano ovunque, ovunque. Qui, ad esempio, c'è il corpo umano. Pensi che queste sostanze non ci siano? Ti sbagli di grosso. Si trovano ovunque in noi e la maggior parte è costituita dagli elettroliti del sangue. Tra questi ci sono, ad esempio, gli ioni ferro, che fanno parte dell'emoglobina e aiutano a trasportare l'ossigeno ai tessuti del nostro corpo. Gli elettroliti del sangue svolgono anche un ruolo chiave nella regolazione dell’equilibrio salino e della funzione cardiaca. Questa funzione è svolta dagli ioni potassio e sodio (esiste anche un processo che avviene nelle cellule chiamato pompa potassio-sodio).

Tutte le sostanze che puoi sciogliere anche solo leggermente sono elettroliti. E non c'è ramo dell'industria o della nostra vita in cui non vengano utilizzati. Non si tratta solo di batterie e batterie per auto. Si tratta di qualsiasi produzione chimica e alimentare, fabbriche militari, fabbriche di abbigliamento e così via.

La composizione dell'elettrolita, tra l'altro, varia. Pertanto, è possibile distinguere gli elettroliti acidi da quelli alcalini. Sono fondamentalmente diversi nelle loro proprietà: come abbiamo già detto, gli acidi sono donatori di protoni e gli alcali sono accettori. Ma nel tempo la composizione dell'elettrolita cambia a causa della perdita di parte della sostanza; la concentrazione diminuisce o aumenta (tutto dipende da cosa si perde, acqua o elettrolita);

Li incontriamo ogni giorno, ma poche persone conoscono esattamente la definizione di un termine come elettroliti. Abbiamo esaminato esempi di sostanze specifiche, quindi passiamo a concetti leggermente più complessi.

Proprietà fisiche degli elettroliti

Ora parliamo di fisica. La cosa più importante da capire quando si studia questo argomento è come viene trasmessa la corrente negli elettroliti. In questo gli ioni svolgono un ruolo decisivo. Queste particelle cariche possono trasferire la carica da una parte all'altra della soluzione. Pertanto, gli anioni tendono sempre all'elettrodo positivo e i cationi a quello negativo. Pertanto, agendo sulla soluzione con corrente elettrica, separiamo le cariche sui diversi lati del sistema.

Una caratteristica fisica molto interessante è la densità. Molte proprietà dei composti di cui stiamo discutendo dipendono da questo. E spesso sorge la domanda: "Come aumentare la densità dell'elettrolito?" In realtà la risposta è semplice: è necessario ridurre il contenuto di acqua nella soluzione. Poiché la densità dell'elettrolita è in gran parte determinata, dipende in gran parte dalla concentrazione di quest'ultimo. Esistono due modi per realizzare il tuo piano. Il primo è abbastanza semplice: far bollire l'elettrolito contenuto nella batteria. Per fare ciò, è necessario caricarlo in modo che la temperatura all'interno salga appena sopra i cento gradi Celsius. Se questo metodo non aiuta, non preoccuparti, ce n'è un altro: basta semplicemente sostituire il vecchio elettrolita con uno nuovo. Per fare ciò, scaricare la vecchia soluzione, pulire l'interno dall'acido solforico residuo con acqua distillata, quindi riempire una nuova porzione. Di norma, le soluzioni elettrolitiche di alta qualità hanno immediatamente la concentrazione desiderata. Dopo la sostituzione, puoi dimenticare per molto tempo come aumentare la densità dell'elettrolito.

La composizione dell'elettrolita determina in gran parte le sue proprietà. Caratteristiche come la conduttività elettrica e la densità, ad esempio, dipendono fortemente dalla natura del soluto e dalla sua concentrazione. C'è una domanda separata sulla quantità di elettrolito che può contenere una batteria. Il suo volume, infatti, è direttamente correlato alla potenza dichiarata del prodotto. Quanto più acido solforico si trova nella batteria, tanto più potente è, cioè maggiore è la tensione che può produrre.

Dove sarà utile?

Se sei un appassionato di auto o sei semplicemente interessato alle auto, allora capisci tutto da solo. Sicuramente ora sai anche come determinare la quantità di elettrolito presente nella batteria. E se sei lontano dalle auto, la conoscenza delle proprietà di queste sostanze, del loro utilizzo e del modo in cui interagiscono tra loro non sarà superflua. Sapendo questo, non rimarrai confuso se ti viene chiesto di dire quale elettrolito c'è nella batteria. Tuttavia, anche se non sei un appassionato di auto, ma hai un'auto, la conoscenza della struttura della batteria non sarà superflua e ti aiuterà con le riparazioni. Sarà molto più semplice ed economico fare tutto da solo che andare in un centro automobilistico.

E per studiare meglio questo argomento, ti consigliamo di leggere un libro di testo di chimica per la scuola e l'università. Se conosci bene questa scienza e hai letto abbastanza libri di testo, l'opzione migliore sarebbe "Fonti di corrente chimica" di Varypaev. Qui viene descritta in dettaglio l'intera teoria del funzionamento delle batterie, delle varie batterie e delle celle a idrogeno.

Conclusione

Siamo arrivati ​​alla fine. Riassumiamo. Sopra abbiamo discusso tutto ciò che riguarda un concetto come gli elettroliti: esempi, teoria della struttura e delle proprietà, funzioni e applicazioni. Ancora una volta vale la pena dire che questi composti fanno parte della nostra vita, senza la quale il nostro corpo e tutti i settori industriali non potrebbero esistere. Ti ricordi degli elettroliti nel sangue? Grazie a loro viviamo. E le nostre auto? Con questa conoscenza possiamo risolvere qualsiasi problema relativo alla batteria, poiché ora sappiamo come aumentare la densità dell'elettrolito al suo interno.

È impossibile raccontare tutto e non ci siamo prefissati un obiettivo del genere. Dopotutto, questo non è tutto ciò che si può dire su queste straordinarie sostanze.