Ni nini elektroliti katika kemia. Inahusu elektroliti. Ni chembe gani hubeba malipo?

Hizi ni dutu ambazo suluhisho au kuyeyuka hufanya mkondo wa umeme. Pia ni sehemu ya lazima ya vinywaji na tishu mnene za viumbe.

Electrolytes ni pamoja na asidi, besi na chumvi. Dutu ambazo hazifanyi sasa umeme katika hali iliyoyeyuka au kuyeyuka huitwa nonelectrolytes. Hizi ni pamoja na vitu vingi vya kikaboni, kama vile sukari, alkoholi, nk. Uwezo wa ufumbuzi wa electrolyte kufanya sasa ya umeme unaelezewa na ukweli kwamba wakati kufutwa, molekuli za electrolyte hutengana katika chembe za umeme na chaji hasi - ions. Kiasi cha malipo kwenye ioni ni sawa kiidadi na valence ya atomi au kikundi cha atomi zinazounda ioni. Ions hutofautiana na atomi na molekuli si tu mbele ya mashtaka ya umeme, lakini pia katika mali nyingine, kwa mfano, ioni za klorini hazina harufu, rangi, au mali nyingine za molekuli za klorini.

Ioni zenye chaji chanya huitwa cations, ions zilizoshtakiwa vibaya huitwa anions. Cations huunda atomi za hidrojeni H +, metali: K +, Na +, Ca 2+, Fe 3+ na baadhi ya vikundi vya atomi, kwa mfano kundi la amonia NH + 4; Anioni huunda atomi na vikundi vya atomi ambavyo ni mabaki ya asidi, kwa mfano Cl -, NO - 3, SO 2- 4, CO 2- 3.

Neno E. lilianzishwa katika sayansi na Faraday. Hadi hivi karibuni, K. E. ilijumuisha chumvi za kawaida, asidi na alkali, pamoja na maji. Uchunguzi wa ufumbuzi usio na maji, pamoja na tafiti kwa joto la juu sana, umepanua sana uwanja huu. I. A. Kablukov, Kadi, Karara, P. I. Walden na wengine walionyesha kuwa si tu ufumbuzi wa maji na pombe hufanya sasa kwa kiasi kikubwa, lakini pia ufumbuzi katika idadi ya vitu vingine, kama vile, kwa mfano, amonia ya kioevu, anhidridi ya dioksidi ya sulfuri, nk. pia imegundulika kuwa vitu na michanganyiko mingi ni vihami bora kwa joto la kawaida, kama vile oksidi za metali zisizo na maji (oksidi ya kalsiamu, oksidi ya magnesiamu, n.k.), na kuwa vikondakta vya elektroliti joto linapoongezeka. Taa maarufu ya Nernst incandescent, kanuni ambayo iligunduliwa na Yablochkov ya kipaji, inatoa kielelezo bora cha ukweli huu. Mchanganyiko wa oksidi - "mwili wa incandescent" kwenye taa ya Nernst, ambayo haifanyiki kwa joto la kawaida, inakuwa bora kwa 700 ° na, zaidi ya hayo, huhifadhi hali imara. electrolytic kondakta. Inaweza kuzingatiwa kuwa vitu vingi ngumu vilivyosomwa katika kemia ya isokaboni, na vimumunyisho vinavyofaa au kwa joto la juu vya kutosha, vinaweza kupata mali ya elektroni, isipokuwa, bila shaka, ya metali na aloi zao na vitu hivyo ngumu ambavyo conductivity ya metali. imethibitishwa. Kwa sasa, dalili za conductivity ya metali ya iodidi ya fedha iliyoyeyuka, nk inapaswa kuzingatiwa bado haijathibitishwa vya kutosha. Kitu kingine lazima kisemwe kuhusu vitu vingi vyenye kaboni, yaani, wale waliojifunza katika kemia ya kikaboni. Haiwezekani kwamba kutakuwa na vimumunyisho ambavyo vitatengeneza hidrokaboni au mchanganyiko wao (parafini, mafuta ya taa, petroli, nk) waendeshaji wa sasa. Walakini, katika kemia ya kikaboni tuna mabadiliko ya taratibu kutoka kwa elektroliti za kawaida hadi zisizo za elektroliti za kawaida: kuanzia asidi za kikaboni hadi fenoli zilizo na kikundi cha nitro, hadi fenoli zisizo na kikundi kama hicho, hadi alkoholi, miyeyusho ya maji ambayo ni ya vihami vyenye chini. nguvu za kusisimua za umeme na, hatimaye, kwa hidrokaboni - vihami vya kawaida. Kwa viumbe vingi vya kikaboni, na pia kwa sehemu baadhi ya misombo ya isokaboni, ni vigumu kutarajia kwamba ongezeko la joto litawafanya E., kwa kuwa vitu hivi hutengana mapema kutokana na hatua ya joto.

Swali la nini elektroliti ilikuwa katika hali isiyo na uhakika hadi nadharia ya kutengana kwa elektroliti ilipoletwa ili kulitatua.

Kutengana kwa umeme.

Mgawanyiko wa molekuli za elektroliti kuwa ioni huitwa kutengana kwa elektroliti, au ionization, na ni mchakato unaoweza kubadilishwa, yaani, hali ya usawa inaweza kutokea katika suluhisho ambalo molekuli nyingi za elektroliti hutengana na ioni, kwa hivyo nyingi zao huundwa tena kutoka kwa ioni. .

Mgawanyiko wa elektroliti katika ioni unaweza kuwakilishwa na mlinganyo wa jumla: , ambapo KmAn ni molekuli isiyohusishwa, K z+ 1 ni muunganisho unaobeba z 1 chaji chanya, Na z- 2 ni anion yenye z 2 chaji hasi, m na n. ni idadi ya cations na anions, iliyoundwa wakati wa kutengana kwa molekuli moja ya elektroliti. Kwa mfano,.
Idadi ya ions chanya na hasi katika suluhisho inaweza kuwa tofauti, lakini jumla ya malipo ya cations daima ni sawa na malipo ya jumla ya anions, hivyo ufumbuzi kwa ujumla ni umeme neutral.
Elektroliti zenye nguvu karibu hutengana kabisa katika ioni katika mkusanyiko wowote katika suluhisho. Hizi ni pamoja na asidi kali (tazama), besi kali na karibu chumvi zote (tazama). Elektroliti dhaifu, ambazo ni pamoja na asidi dhaifu na besi na baadhi ya chumvi, kama vile sublimate HgCl 2, hutengana kwa kiasi kidogo; kiwango cha kujitenga kwao, yaani, uwiano wa molekuli hutengana katika ions, huongezeka kwa kupungua kwa mkusanyiko wa ufumbuzi.
Kipimo cha uwezo wa elektroliti kugawanyika katika ioni katika miyeyusho inaweza kuwa utengano wa kielektroniki (mara kwa mara wa ionization), sawa na
ambapo viwango vya chembe zinazolingana katika suluhisho huonyeshwa kwenye mabano ya mraba.

1. ELECTROLITE

1.1. Kutengana kwa umeme. Kiwango cha kujitenga. Nguvu ya Electrolyte

Kulingana na nadharia ya kutengana kwa elektroni, chumvi, asidi, hidroksidi, kuyeyuka kwa maji, hutengana kabisa au sehemu kuwa chembe huru - ions.

Mchakato wa mtengano wa molekuli za dutu ndani ya ioni chini ya ushawishi wa molekuli za kutengenezea polar huitwa kutengana kwa elektroliti. Vitu ambavyo hujitenga katika ions katika suluhisho huitwa elektroliti. Matokeo yake, suluhisho hupata uwezo wa kufanya sasa umeme, kwa sababu flygbolag za malipo ya umeme ya simu huonekana ndani yake. Kwa mujibu wa nadharia hii, wakati kufutwa katika maji, electrolytes huvunja (kujitenga) katika ions chaji chanya na hasi. Ioni zilizochajiwa vyema huitwa cations; hizi ni pamoja na, kwa mfano, hidrojeni na ioni za chuma. Ioni zenye chaji hasi huitwa anions; Hizi ni pamoja na ioni za mabaki ya tindikali na ioni za hidroksidi.

Ili kubainisha kwa kiasi kikubwa mchakato wa kujitenga, dhana ya kiwango cha kujitenga ilianzishwa. Kiwango cha kutengana kwa elektroliti (α) ni uwiano wa idadi ya molekuli zake zilizogawanywa katika ioni katika suluhisho fulani ( n ), kwa jumla ya idadi ya molekuli zake katika suluhisho ( N), au

α = .

Kiwango cha mtengano wa kielektroniki kawaida huonyeshwa ama katika sehemu za kitengo au kama asilimia.

Electroliti zilizo na kiwango cha kutengana zaidi ya 0.3 (30%) kawaida huitwa nguvu, na kiwango cha kujitenga kutoka 0.03 (3%) hadi 0.3 (30%) - kati, chini ya 0.03 (3%) - elektroliti dhaifu. Kwa hivyo, kwa suluhisho la 0.1 M CH3COOH α = 0.013 (au 1.3%). Kwa hiyo, asidi asetiki ni electrolyte dhaifu. Kiwango cha mtengano kinaonyesha ni sehemu gani ya molekuli iliyoyeyushwa ya dutu imegawanyika katika ioni. Kiwango cha kutengana kwa electrolytic ya electrolyte katika ufumbuzi wa maji inategemea asili ya electrolyte, ukolezi wake na joto.

Kwa asili yao, elektroliti zinaweza kugawanywa katika vikundi viwili vikubwa: nguvu na dhaifu. Elektroliti zenye nguvu tenganisha karibu kabisa (α = 1).

Elektroliti zenye nguvu ni pamoja na:

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

2) besi - hidroksidi za chuma za kikundi cha kwanza cha kikundi kikuu (alkali) - LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH , pamoja na hidroksidi za madini ya alkali duniani - Ba (OH) 2, Ca (OH) 2, Sr (OH) 2;.

3) chumvi mumunyifu katika maji (tazama jedwali la umumunyifu).

Elektroliti dhaifu kujitenga katika ions kwa kiasi kidogo sana; Kwa elektroliti dhaifu, usawa umeanzishwa kati ya molekuli zisizounganishwa na ioni.

Elektroliti dhaifu ni pamoja na:

1) asidi isokaboni ( H 2 CO 3, H 2 S, HNO 2, H 2 SO 3, HCN, H 3 PO 4, H 2 SiO 3, HCNS, HClO, nk);

2) maji (H 2 O);

3) hidroksidi ya amonia ( NH 4 OH);

4) asidi nyingi za kikaboni

(kwa mfano, asetiki CH 3 COOH, fomu ya HCOOH);

5) chumvi na hidroksidi zisizoyeyuka na mumunyifu kidogo za baadhi ya metali (tazama jedwali la umumunyifu).

Mchakato kutengana kwa umeme inavyoonyeshwa kwa kutumia milinganyo ya kemikali. Kwa mfano, kutengana kwa asidi hidrokloriki (HC l ) imeandikwa kama ifuatavyo:

HCl → H + + Cl - .

Misingi hutengana na kuunda cations za chuma na ioni za hidroksidi. Kwa mfano, kujitenga kwa KOH

KOH → K + + OH – .

Asidi za polybasic, pamoja na besi za metali za polyvalent, hutenganisha hatua kwa hatua. Kwa mfano,

H 2 CO 3 H + + HCO 3 – ,

HCO 3 – H + + CO 3 2–.

Msawazo wa kwanza - kujitenga kulingana na hatua ya kwanza - ni sifa ya mara kwa mara

.

Kwa kujitenga kwa hatua ya pili:

.

Katika kesi ya asidi ya kaboni, viwango vya kujitenga vina maadili yafuatayo: K Mimi = 4.3× 10-7, K II = 5.6 × 10–11. Kwa kujitenga kwa hatua kwa hatua kila wakati K Mimi> K II > K III >... , kwa sababu nishati ambayo lazima itumike kutenganisha ayoni ni ndogo inapotenganishwa na molekuli ya upande wowote.

Chumvi za wastani (za kawaida), mumunyifu katika maji, hutengana na kutengeneza ioni za chuma zenye chaji chanya na ioni zenye chaji hasi za mabaki ya asidi.

Ca(NO 3) 2 → Ca 2+ + 2NO 3 -

Al 2 (SO 4) 3 → 2Al 3+ +3SO 4 2–.

Chumvi za asidi (hydrosalts) ni elektroliti zilizo na hidrojeni kwenye anion, ambayo inaweza kugawanywa katika mfumo wa ioni ya hidrojeni H +. Chumvi za asidi huzingatiwa kama bidhaa inayopatikana kutoka kwa asidi ya polybasic ambayo sio atomi zote za hidrojeni hubadilishwa na chuma. Kutengana kwa chumvi ya asidi hufanyika kwa hatua, kwa mfano:

KHCO 3 → K + + HCO 3 - (hatua ya kwanza)

Electrolytes ni dutu ambazo kuyeyuka au suluhisho hufanya mkondo wa umeme. Electrolytes ni pamoja na asidi, besi, na chumvi nyingi.

Kutengana kwa elektroliti

Electroliti ni pamoja na vitu vilivyo na vifungo vya ionic au polar covalent sana. Ya kwanza ipo katika mfumo wa ions hata kabla ya kuhamishiwa kwenye hali iliyoyeyuka au kuyeyuka. Electrolytes ni pamoja na chumvi, besi, na asidi.

Mchele. 1. Jedwali tofauti kati ya elektroliti na zisizo za elektroliti.

Kuna elektroliti zenye nguvu na dhaifu. Electrolytes yenye nguvu, wakati kufutwa katika maji, hutengana kabisa katika ions. Hizi ni pamoja na: karibu chumvi zote za mumunyifu, asidi nyingi za isokaboni (kwa mfano, H 2 SO 4, HNO 3, HCl), hidroksidi za alkali na madini ya alkali duniani. Electrolytes dhaifu, wakati kufutwa katika maji, hutengana kidogo katika ions. Hizi ni pamoja na karibu asidi zote za kikaboni, baadhi ya asidi za isokaboni (kwa mfano, H 2 CO 3), hidroksidi nyingi (isipokuwa hidroksidi za alkali na metali za alkali duniani).

Mchele. 2. Jedwali la electrolytes kali na dhaifu.

Maji pia ni elektroliti dhaifu.

Kama athari zingine za kemikali, utengano wa elektroliti katika suluhisho huandikwa kwa njia ya milinganyo ya kujitenga. Wakati huo huo, kwa elektroliti kali mchakato huo unachukuliwa kuwa hauwezi kurekebishwa, na kwa elektroliti za nguvu za kati na dhaifu - kama mchakato unaoweza kubadilishwa.

Asidi- hizi ni elektroliti, utengano ambao katika suluhisho la maji hufanyika na malezi ya ioni za hidrojeni kama cations. Asidi za polybasic hutengana hatua kwa hatua. Kila hatua inayofuata inaendelea kwa shida zaidi na zaidi, kwani ioni zinazosababisha mabaki ya tindikali ni elektroliti dhaifu.

Viwanja– elektroliti ambazo hujitenga katika mmumunyo wa maji na kutengeneza ioni ya hidroksidi OH- kama anion. Uundaji wa ioni ya hidroksidi ni kipengele cha kawaida cha besi na huamua mali ya jumla ya besi kali: tabia ya alkali, ladha ya uchungu, sabuni kwa kugusa, majibu kwa kiashiria, neutralization ya asidi, nk.

Alkali, hata zile zinazoyeyuka kidogo (kwa mfano, hidroksidi ya bariamu Ba(OH) 2) hutengana kabisa, kwa mfano:

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

Chumvi ni elektroliti ambazo hujitenga katika mmumunyo wa maji ili kuunda cation ya chuma na mabaki ya asidi. Chumvi haitenganishi kwa hatua, lakini kabisa:

Сa(NO 3) 2 =Ca 2 + +2NO 3 -

Nadharia ya kutengana kwa umeme

Electrolytes- vitu ambavyo hupitia mgawanyiko wa elektroliti katika suluhisho au kuyeyuka na kufanya mkondo wa umeme kwa sababu ya harakati za ioni.

Kutengana kwa elektroliti ni mgawanyiko wa elektroliti kuwa ioni inapoyeyuka katika maji.

Nadharia ya kutengana kwa elektroliti (S. Arrhenius, 1887) katika ufahamu wa kisasa inajumuisha masharti yafuatayo:

• Wakati kufutwa katika maji, electrolytes huvunja (dissociate) katika ions - chanya (cations) na hasi (anions). Ionization hutokea kwa urahisi zaidi kwa misombo yenye vifungo vya ionic (chumvi, alkali), ambayo, wakati wa kufutwa (mchakato wa mwisho wa uharibifu wa kimiani ya kioo), huunda ioni za hidrati.

Mchele. 3. Mpango wa kutenganisha electrolytic ya chumvi.

Ion hydration ni mchakato exothermic. Uwiano wa gharama za nishati na faida huamua uwezekano wa ionization katika suluhisho. Wakati dutu iliyo na dhamana ya polar covalent (kwa mfano, kloridi hidrojeni HCl) inapoyeyuka, dipole za maji huelekezwa kwenye nguzo zinazolingana za molekuli iliyoyeyushwa, kuweka mgawanyiko wa dhamana na kuibadilisha kuwa ioni, ikifuatiwa na utiririshaji wa ioni. . Utaratibu huu unaweza kutenduliwa na unaweza kutokea ama kabisa au sehemu.

• ions hidrati ni imara na hoja nasibu katika ufumbuzi. Chini ya ushawishi wa sasa wa umeme, harakati inakuwa mwelekeo: cations huelekea kwenye ukanda mbaya (cathode), na anions huelekea kwenye ukanda mzuri (anode).
• kutengana (ionization) ni mchakato unaoweza kubadilishwa. Ukamilifu wa ionization inategemea asili ya elektroliti (chumvi za alkali hutengana karibu kabisa), mkusanyiko wake (na kuongezeka kwa mkusanyiko, ionization inakuwa ngumu zaidi), joto (kuongezeka kwa joto kunakuza kutengana), na asili ya kutengenezea (ionization hutokea tu. katika kutengenezea polar, hasa, maji).

Electrolytes ni suluhisho zilizo na mkusanyiko mkubwa wa ions ambayo inaruhusu kifungu cha sasa cha umeme. Kama sheria, haya ni suluhisho la maji ya chumvi, asidi na alkali.

Katika mwili wa binadamu na wanyama, electrolytes ina jukumu muhimu: kwa mfano, elektroliti za damu na ioni za chuma husafirisha oksijeni kwa tishu; elektroliti zilizo na ioni za potasiamu na sodiamu hudhibiti usawa wa chumvi-maji ya mwili, kazi ya matumbo na moyo.

Mali

Maji safi, chumvi zisizo na maji, asidi, na alkali hazifanyi sasa. Katika ufumbuzi, dutu hutengana katika ions na kufanya sasa. Ndiyo maana elektroliti huitwa waendeshaji wa mpangilio wa pili (kinyume na metali). Electroliti pia inaweza kuyeyuka na baadhi ya fuwele, hasa zirconium dioxide na iodidi fedha.

Sifa kuu ya elektroliti ni uwezo wa kutengana kwa elektroliti, ambayo ni, mgawanyiko wa molekuli wakati wa kuingiliana na molekuli za maji (au vimumunyisho vingine) kwenye ioni za kushtakiwa.

Kulingana na aina ya ioni zinazoundwa katika suluhisho, elektroliti inajulikana kama alkali (uendeshaji wa umeme unatokana na ioni za chuma na OH-), salini na tindikali (pamoja na ioni za H + na mabaki ya msingi wa asidi).

Ili kuonyesha kwa kiasi kikubwa uwezo wa electrolyte kujitenga, parameter ya "shahada ya kujitenga" ilianzishwa. Thamani hii inaonyesha asilimia ya molekuli ambazo zimeharibika. Inategemea:
dutu yenyewe;
kutengenezea;
mkusanyiko wa dutu;
joto.

Electrolytes imegawanywa katika nguvu na dhaifu. Bora reagent kufuta (huvunjika ndani ya ions), nguvu ya elektroliti, ni bora zaidi kufanya sasa. Elektroliti zenye nguvu ni pamoja na alkali, asidi kali na chumvi mumunyifu.

Kwa elektroliti zinazotumika kwenye betri, kigezo kama vile msongamano ni muhimu sana. Hali ya uendeshaji wa betri, uwezo wake na maisha ya huduma hutegemea. Density imedhamiriwa kwa kutumia hydrometers.

Tahadhari wakati wa kufanya kazi na electrolytes

Elektroliti maarufu zaidi ni suluhisho la asidi ya sulfuriki iliyojilimbikizia na alkali - mara nyingi potasiamu, sodiamu, na hidroksidi za lithiamu. Wote husababisha kuchomwa kwa kemikali kwa ngozi na utando wa mucous, na kuchomwa hatari sana kwa macho. Ndiyo maana kazi zote na electrolytes vile lazima zifanyike katika chumba tofauti, chenye uingizaji hewa mzuri, kwa kutumia vifaa vya kinga: nguo, masks, glasi, glavu za mpira.
Kiti cha misaada ya kwanza na seti ya mawakala wa neutralizing na bomba la maji inapaswa kuwekwa karibu na chumba ambapo kazi na electrolytes hufanyika.
Kuchomwa kwa asidi ni neutralized na suluhisho la soda (1 tsp kwa 1 kikombe cha maji).
Kuchomwa kwa alkali ni neutralized na suluhisho la asidi ya boroni (1 tsp kwa 1 kikombe cha maji).
Kuosha macho, ufumbuzi wa neutralizing unapaswa kuwa mara mbili dhaifu.
Sehemu za ngozi zilizoharibiwa huosha kwanza na neutralizer, na kisha kwa sabuni na maji.
Ikiwa electrolyte imemwagika, inakusanywa na machujo ya mbao, kisha kuosha na neutralizer na kuifuta kavu.

Wakati wa kufanya kazi na electrolyte, unapaswa mahitaji yote ya usalama. Kwa mfano, asidi hutiwa ndani ya maji (na si kinyume chake!) Si kwa manually, lakini kwa msaada wa vifaa. Vipande vya alkali imara hupunguzwa ndani ya maji si kwa mikono yako, lakini kwa vidole au vijiko. Huwezi kufanya kazi katika chumba kimoja na betri zilizo na aina tofauti za electrolytes, na kuzihifadhi pamoja pia ni marufuku.

Baadhi ya kazi zinahitaji "kuchemsha" electrolyte. Hii hutoa hidrojeni, gesi inayoweza kuwaka na inayolipuka. Katika majengo hayo, nyaya za umeme zisizoweza kulipuka na vifaa vya umeme lazima zitumike, kuvuta sigara na kazi yoyote iliyo na moto wazi ni marufuku.

Hifadhi elektroliti kwenye vyombo vya plastiki. Kioo, kauri, sahani za porcelaini na zana zinafaa kwa kazi.

Katika makala inayofuata tutakuambia zaidi kuhusu aina na matumizi ya electrolyte.

Electrolytes kama dutu za kemikali zimejulikana tangu nyakati za zamani. Walakini, wameshinda maeneo mengi ya maombi yao hivi karibuni. Tutajadili maeneo ya kipaumbele ya juu ya tasnia ya kutumia dutu hizi na kubaini mwisho ni nini na jinsi inavyotofautiana kutoka kwa kila mmoja. Lakini wacha tuanze na safari katika historia.

Hadithi

Electrolytes ya kale inayojulikana ni chumvi na asidi, iliyogunduliwa katika ulimwengu wa Kale. Walakini, maoni juu ya muundo na mali ya elektroliti yamebadilika kwa wakati. Nadharia za michakato hii zimeibuka tangu miaka ya 1880, wakati uvumbuzi kadhaa ulifanywa kuhusiana na nadharia za mali ya elektroliti. Kuruka kadhaa za ubora zilizingatiwa katika nadharia zinazoelezea mifumo ya mwingiliano wa elektroliti na maji (baada ya yote, katika suluhisho tu wanapata mali kwa sababu ambayo hutumiwa kwenye tasnia).

Sasa tutachunguza kwa undani nadharia kadhaa ambazo zilikuwa na ushawishi mkubwa juu ya maendeleo ya mawazo kuhusu electrolytes na mali zao. Na hebu tuanze na nadharia ya kawaida na rahisi, ambayo kila mmoja wetu alipitia shuleni.

Nadharia ya Arrhenius ya kutengana kwa elektroliti

Mnamo 1887, mwanakemia wa Uswidi na Wilhelm Ostwald waliunda nadharia ya kutengana kwa umeme. Walakini, sio rahisi sana hapa pia. Arrhenius mwenyewe alikuwa mtetezi wa kinachojulikana nadharia ya kimwili ya ufumbuzi, ambayo haikuzingatia mwingiliano wa vipengele vya dutu na maji na alisema kuwa chembe za malipo ya bure (ions) zipo katika suluhisho. Kwa njia, ni kutokana na nafasi hii kwamba kujitenga kwa electrolytic kunazingatiwa shuleni leo.

Wacha tuzungumze juu ya kile nadharia hii hutoa na jinsi inatuelezea utaratibu wa mwingiliano wa vitu na maji. Kama nyingine yoyote, ana postulates kadhaa anazotumia:

1. Wakati wa kuingiliana na maji, dutu hii huvunjika ndani ya ions (chanya - cation na hasi - anion). Chembe hizi hupitia maji: huvutia molekuli za maji, ambazo, kwa njia, zinashtakiwa vyema kwa upande mmoja na hasi kwa upande mwingine (kutengeneza dipole), kwa sababu hiyo huundwa katika complexes ya aqua (solvates).

2. Mchakato wa kujitenga unaweza kubadilishwa - yaani, ikiwa dutu imevunjika ndani ya ions, basi chini ya ushawishi wa mambo yoyote inaweza tena kugeuka kuwa fomu yake ya awali.

3. Ikiwa unganisha electrodes kwenye suluhisho na kugeuka sasa, cations itaanza kuhamia electrode hasi - cathode, na anions kwa chaji chanya - anode. Ndio maana vitu ambavyo vinayeyuka sana katika maji hufanya mkondo wa umeme bora kuliko maji yenyewe. Kwa sababu hiyo hiyo waliitwa elektroliti.

4. elektroliti inaashiria asilimia ya dutu ambayo imeharibika. Kiashiria hiki kinategemea mali ya kutengenezea na dutu iliyoharibiwa yenyewe, juu ya mkusanyiko wa mwisho na juu ya joto la nje.

Hapa, kwa kweli, ni postulates kuu zote za nadharia hii rahisi. Tutazitumia katika makala hii kuelezea kile kinachotokea katika suluhisho la electrolyte. Tutaangalia mifano ya viunganisho hivi baadaye kidogo, lakini sasa hebu tuangalie nadharia nyingine.

Nadharia ya Lewis ya asidi na besi

Kwa mujibu wa nadharia ya kutengana kwa electrolytic, asidi ni dutu katika suluhisho ambalo cation ya hidrojeni iko, na msingi ni kiwanja ambacho hutengana katika suluhisho ndani ya anion ya hidroksidi. Kuna nadharia nyingine, iliyopewa jina la mwanakemia maarufu Gilbert Lewis. Inaturuhusu kupanua dhana ya asidi na msingi. Kulingana na nadharia ya Lewis, asidi ni molekuli za dutu ambayo ina obiti za elektroni huru na ina uwezo wa kukubali elektroni kutoka kwa molekuli nyingine. Ni rahisi nadhani kwamba besi zitakuwa chembe ambazo zina uwezo wa kutoa moja au zaidi ya elektroni zao kwa "matumizi" ya asidi. Kinachovutia sana hapa ni kwamba si tu electrolyte, lakini pia dutu yoyote, hata isiyo na maji, inaweza kuwa asidi au msingi.

Nadharia ya protolitiki ya Brendsted-Lowry

Mnamo 1923, kwa kujitegemea, wanasayansi wawili - J. Brønsted na T. Lowry - walipendekeza nadharia ambayo sasa inatumiwa kikamilifu na wanasayansi kuelezea michakato ya kemikali. Kiini cha nadharia hii ni kwamba maana ya kutengana inakuja chini ya uhamisho wa protoni kutoka kwa asidi hadi msingi. Kwa hivyo, hii ya mwisho inaeleweka hapa kama kipokezi cha protoni. Kisha asidi ni wafadhili wao. Nadharia pia inaeleza vizuri kuwepo kwa vitu vinavyoonyesha mali ya asidi na besi. Misombo kama hiyo inaitwa amphoteric. Katika nadharia ya Bronsted-Lowry, neno ampholytes pia hutumiwa kwao, wakati asidi au besi kawaida huitwa protolytes.

Tunakuja sehemu inayofuata ya makala. Hapa tutakuambia jinsi electrolytes yenye nguvu na dhaifu hutofautiana kutoka kwa kila mmoja na kujadili ushawishi wa mambo ya nje kwenye mali zao. Na kisha tutaanza kuelezea matumizi yao ya vitendo.

Elektroliti zenye nguvu na dhaifu

Kila dutu huingiliana na maji kibinafsi. Baadhi hupasuka vizuri ndani yake (kwa mfano, chumvi ya meza), wakati wengine hawana kufuta kabisa (kwa mfano, chaki). Kwa hiyo, vitu vyote vinagawanywa katika electrolytes yenye nguvu na dhaifu. Mwisho ni vitu vinavyoingiliana vibaya na maji na kukaa chini ya suluhisho. Hii ina maana kwamba wana kiwango cha chini sana cha kutengana na nishati ya juu ya dhamana, ambayo hairuhusu molekuli kutengana katika ioni zake za kawaida chini ya hali ya kawaida. Kutengana kwa elektroliti dhaifu hutokea polepole sana au kwa kuongezeka kwa joto na mkusanyiko wa dutu hii katika suluhisho.

Wacha tuzungumze juu ya elektroliti zenye nguvu. Hizi ni pamoja na chumvi zote za mumunyifu, pamoja na asidi kali na alkali. Wao hutengana kwa urahisi katika ioni na ni vigumu sana kukusanya kwenye mvua. Sasa katika electrolytes, kwa njia, inafanywa kwa usahihi shukrani kwa ions zilizomo katika suluhisho. Kwa hivyo, elektroliti zenye nguvu hufanya bora zaidi. Mifano ya mwisho: asidi kali, alkali, chumvi mumunyifu.

Mambo yanayoathiri tabia ya elektroliti

Sasa hebu tuone jinsi mabadiliko katika mazingira ya nje yanavyoathiri Mkusanyiko huathiri moja kwa moja kiwango cha kutengana kwa elektroliti. Aidha, uhusiano huu unaweza kuonyeshwa kihisabati. Sheria inayoelezea uhusiano huu inaitwa sheria ya dilution ya Ostwald na imeandikwa kama ifuatavyo: a = (K / c) 1/2. Hapa ni kiwango cha kujitenga (kuchukuliwa kwa sehemu), K ni utengano wa mara kwa mara, tofauti kwa kila dutu, na c ni mkusanyiko wa elektroliti katika suluhisho. Kutumia fomula hii, unaweza kujifunza mengi juu ya dutu na tabia yake katika suluhisho.

Lakini tumejitenga na mada. Mbali na mkusanyiko, kiwango cha kujitenga pia kinaathiriwa na joto la electrolyte. Kwa vitu vingi, kuongeza huongeza umumunyifu na shughuli za kemikali. Hili ndilo hasa linaloweza kueleza kutokea kwa baadhi ya athari katika halijoto ya juu. Chini ya hali ya kawaida, huenda polepole sana au kwa pande zote mbili (mchakato huu unaitwa reversible).

Tumechanganua mambo ambayo huamua tabia ya mfumo kama vile suluhu ya elektroliti. Sasa hebu tuendelee kwenye matumizi ya vitendo ya haya, bila shaka, kemikali muhimu sana.

Matumizi ya viwanda

Bila shaka, kila mtu amesikia neno "electrolyte" kuhusiana na betri. Gari hutumia betri za asidi ya risasi, electrolyte ambayo ni 40% ya asidi ya sulfuriki. Ili kuelewa kwa nini dutu hii inahitajika huko kabisa, inafaa kuelewa sifa za uendeshaji wa betri.

Kwa hiyo ni kanuni gani ya uendeshaji wa betri yoyote? Wanapata athari inayoweza kubadilika ya kubadilisha dutu moja kuwa nyingine, kama matokeo ya ambayo elektroni hutolewa. Wakati wa malipo ya betri, mwingiliano wa vitu hutokea ambayo haitokei chini ya hali ya kawaida. Hii inaweza kuzingatiwa kama mkusanyiko wa umeme katika dutu kama matokeo ya mmenyuko wa kemikali. Wakati wa kutokwa, mabadiliko ya reverse huanza, na kusababisha mfumo kwa hali ya awali. Michakato hii miwili kwa pamoja huunda mzunguko mmoja wa kutoza malipo.

Hebu tuangalie mchakato hapo juu kwa kutumia mfano maalum - betri ya risasi-asidi. Kama unavyoweza kukisia, chanzo hiki cha sasa kinajumuisha kipengele kilicho na risasi (pamoja na dioksidi risasi PbO 2) na asidi. Betri yoyote ina electrodes na nafasi kati yao kujazwa na electrolyte. Kama ya mwisho, kama tumegundua tayari, katika mfano wetu tunatumia asidi ya sulfuriki na mkusanyiko wa asilimia 40. Cathode ya betri kama hiyo imetengenezwa na dioksidi ya risasi, na anode ina risasi safi. Yote hii ni kwa sababu athari tofauti zinazoweza kubadilishwa hufanyika kwenye elektroni hizi mbili kwa ushiriki wa ioni ambazo asidi imejitenga:

1. PbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e - = PbSO 4 + 2H 2 O (majibu yanayotokea kwenye electrode hasi - cathode).
2. Pb + SO 4 2- - 2e - = PbSO 4 (Majibu yanayotokea kwenye electrode nzuri - anode).

Ikiwa tunasoma majibu kutoka kushoto kwenda kulia, tunapata michakato ambayo hutokea wakati betri imetolewa, na ikiwa kutoka kulia kwenda kushoto, tunapata michakato ambayo hutokea wakati betri inashtakiwa. Katika kila moja ya athari hizi, athari hizi ni tofauti, lakini utaratibu wa kutokea kwao kwa ujumla huelezewa kwa njia ile ile: michakato miwili hufanyika, katika moja ambayo elektroni "hufyonzwa", na kwa upande mwingine, kinyume chake, " kuondoka”. Jambo muhimu zaidi ni kwamba idadi ya elektroni kufyonzwa ni sawa na idadi ya elektroni iliyotolewa.

Kwa kweli, kando na betri, kuna programu nyingi za dutu hizi. Kwa ujumla, elektroliti, mifano ambayo tumetoa, ni nafaka tu ya anuwai ya vitu ambavyo vimeunganishwa chini ya neno hili. Wanatuzunguka kila mahali, kila mahali. Hapa, kwa mfano, ni mwili wa mwanadamu. Unafikiri vitu hivi havipo? Umekosea sana. Zinapatikana kila mahali ndani yetu, na kiasi kikubwa kinaundwa na electrolytes ya damu. Hizi ni pamoja na, kwa mfano, ioni za chuma, ambazo ni sehemu ya hemoglobini na kusaidia kusafirisha oksijeni kwa tishu za mwili wetu. Elektroliti za damu pia zina jukumu muhimu katika kudhibiti usawa wa chumvi-maji na kazi ya moyo. Kazi hii inafanywa na ioni za potasiamu na sodiamu (kuna hata mchakato unaotokea katika seli zinazoitwa pampu ya potasiamu-sodiamu).

Dutu yoyote ambayo unaweza kufuta hata kidogo ni elektroliti. Na hakuna tawi la tasnia au maisha yetu ambapo hazitumiwi. Sio tu betri za gari na betri. Hizi ni uzalishaji wowote wa kemikali na chakula, viwanda vya kijeshi, viwanda vya nguo, na kadhalika.

Muundo wa electrolyte, kwa njia, hutofautiana. Kwa hivyo, elektroliti za asidi na alkali zinaweza kutofautishwa. Zinatofautiana kimsingi katika mali zao: kama tulivyokwisha sema, asidi ni wafadhili wa protoni, na alkali ni wapokeaji. Lakini baada ya muda, muundo wa electrolyte hubadilika kutokana na kupoteza sehemu ya dutu hii hupungua au kuongezeka (yote inategemea kile kilichopotea, maji au electrolyte).

Tunakutana nazo kila siku, lakini watu wachache wanajua hasa ufafanuzi wa neno kama vile elektroliti. Tumeangalia mifano ya dutu maalum, kwa hivyo wacha tuendelee kwenye dhana ngumu zaidi.

Mali ya kimwili ya electrolytes

Sasa kuhusu fizikia. Jambo muhimu zaidi kuelewa wakati wa kusoma mada hii ni jinsi sasa inavyopitishwa katika elektroliti. Ions huchukua jukumu muhimu katika hili. Chembe hizi zinazochajiwa zinaweza kuhamisha chaji kutoka sehemu moja ya suluhu hadi nyingine. Kwa hivyo, anions daima huwa na electrode nzuri, na cations - kwa hasi. Kwa hivyo, kwa kutenda juu ya suluhisho na sasa ya umeme, tunatenganisha malipo kwa pande tofauti za mfumo.

Tabia ya kuvutia sana ya kimwili ni wiani. Sifa nyingi za misombo tunayojadili hutegemea. Na mara nyingi swali linakuja: "Jinsi ya kuongeza wiani wa electrolyte?" Kwa kweli, jibu ni rahisi: ni muhimu kupunguza maudhui ya maji katika suluhisho. Kwa kuwa wiani wa electrolyte umeamua kwa kiasi kikubwa, kwa kiasi kikubwa inategemea mkusanyiko wa mwisho. Kuna njia mbili za kufikia mpango wako. Ya kwanza ni rahisi sana: chemsha elektroliti iliyomo kwenye betri. Ili kufanya hivyo, unahitaji kuichaji ili hali ya joto ndani ipande hadi zaidi ya digrii mia moja za Celsius. Ikiwa njia hii haisaidii, usijali, kuna nyingine: badilisha tu elektroliti ya zamani na mpya. Ili kufanya hivyo, unahitaji kukimbia suluhisho la zamani, kusafisha ndani kutoka kwa mabaki ya asidi ya sulfuriki na maji yaliyotengenezwa, na kisha ujaze sehemu mpya. Kama sheria, suluhisho za elektroliti za hali ya juu mara moja huwa na mkusanyiko unaohitajika. Baada ya uingizwaji, unaweza kusahau kwa muda mrefu kuhusu jinsi ya kuongeza wiani wa electrolyte.

Utungaji wa electrolyte kwa kiasi kikubwa huamua mali zake. Tabia kama vile conductivity ya umeme na msongamano, kwa mfano, inategemea sana asili ya solute na mkusanyiko wake. Kuna swali tofauti kuhusu ni kiasi gani cha elektroliti ambacho betri inaweza kuwa nacho. Kwa kweli, kiasi chake kinahusiana moja kwa moja na nguvu iliyotangazwa ya bidhaa. Asidi ya sulfuriki zaidi ndani ya betri, ni nguvu zaidi, yaani, voltage zaidi inaweza kuzalisha.

Hii itakuwa na manufaa wapi?

Ikiwa wewe ni shabiki wa gari au unavutiwa tu na magari, basi wewe mwenyewe unaelewa kila kitu. Hakika unajua hata jinsi ya kuamua ni kiasi gani elektroliti iko kwenye betri sasa. Na ikiwa uko mbali na magari, basi ujuzi wa mali ya vitu hivi, matumizi yao na jinsi wanavyoingiliana na kila mmoja hautakuwa mbaya sana. Kujua hili, hutachanganyikiwa ikiwa utaulizwa kuwaambia nini electrolyte iko kwenye betri. Ingawa, hata kama wewe si shabiki wa gari, lakini una gari, basi ujuzi wa muundo wa betri hautakuwa wa juu na utakusaidia kwa matengenezo. Itakuwa rahisi zaidi na ya bei nafuu kufanya kila kitu mwenyewe kuliko kwenda kwenye kituo cha magari.

Na ili kujifunza vizuri mada hii, tunapendekeza kusoma kitabu cha kemia kwa shule na vyuo vikuu. Ikiwa unajua sayansi hii vizuri na umesoma vitabu vya kutosha, chaguo bora itakuwa "Vyanzo vya Sasa vya Kemikali" na Varypaev. Nadharia nzima ya uendeshaji wa betri, betri mbalimbali na seli za hidrojeni imeelezwa hapo kwa undani.

Hitimisho

Tumefika mwisho. Hebu tufanye muhtasari. Hapo juu tumejadili kila kitu kinachohusiana na dhana kama vile elektroliti: mifano, nadharia ya muundo na mali, kazi na matumizi. Kwa mara nyingine tena, inafaa kusema kwamba misombo hii ni sehemu ya maisha yetu, bila ambayo miili yetu na maeneo yote ya tasnia hayangeweza kuwepo. Je, unakumbuka kuhusu elektroliti za damu? Shukrani kwao tunaishi. Vipi kuhusu magari yetu? Kwa ujuzi huu, tunaweza kurekebisha tatizo lolote linalohusiana na betri, kwa kuwa sasa tunaelewa jinsi ya kuongeza wiani wa electrolyte ndani yake.

Haiwezekani kusema kila kitu, na hatukuweka lengo kama hilo. Baada ya yote, hii sio yote ambayo inaweza kuambiwa juu ya vitu hivi vya kushangaza.