Kimyada elektrolit nedir? Elektrolitleri ifade eder. Hangi parçacıklar yük taşır?

Bunlar çözeltileri veya eriyikleri elektrik akımını ileten maddelerdir. Aynı zamanda sıvıların ve organizmaların yoğun dokularının vazgeçilmez bir bileşenidirler.

Elektrolitler asitleri, bazları ve tuzları içerir. Çözünmüş veya erimiş halde elektrik akımını iletmeyen maddelere elektrolit olmayan maddeler denir. Bunlar şekerler, alkoller vb. Gibi birçok organik maddeyi içerir. Elektrolit çözeltilerinin elektrik akımını iletme yeteneği, çözündüğünde elektrolit moleküllerinin elektriksel olarak pozitif ve negatif yüklü parçacıklara - iyonlara parçalanmasıyla açıklanır. Bir iyonun yük miktarı sayısal olarak iyonu oluşturan atomun veya atom grubunun değerliğine eşittir. İyonlar atomlardan ve moleküllerden yalnızca elektrik yüklerinin varlığında değil, aynı zamanda diğer özelliklerde de farklılık gösterir; örneğin, klor iyonlarının kokusu, rengi veya klor moleküllerinin diğer özellikleri yoktur.

Pozitif yüklü iyonlara katyon, negatif yüklü iyonlara ise anyon denir. Katyonlar H+ hidrojen atomlarını, metalleri: K+, Na+, Ca2+, Fe3+ ve bazı atom gruplarını, örneğin amonyum grubu NH+4'ü oluşturur; Anyonlar asidik kalıntılar olan atomları ve atom gruplarını oluşturur, örneğin Cl-, NO-3, SO2-4, CO2-3.

E. terimi bilime Faraday tarafından tanıtıldı. Çok yakın zamana kadar K. E. suyun yanı sıra tipik tuzları, asitleri ve alkalileri de içeriyordu. Sulu olmayan çözeltilerle ilgili çalışmaların yanı sıra çok yüksek sıcaklıklarda yapılan çalışmalar bu alanı büyük ölçüde genişletmiştir. I. A. Kablukov, Kadi, Karara, P. I. Walden ve diğerleri, yalnızca sulu ve alkol çözeltilerinin değil, aynı zamanda örneğin sıvı amonyak, sıvı kükürt dioksit anhidrit vb. gibi bir dizi başka maddedeki çözeltilerin de belirgin şekilde akım ilettiğini gösterdi. ayrıca susuz metal oksitler (kalsiyum oksit, magnezyum oksit vb.) gibi birçok madde ve karışımın normal sıcaklıklarda mükemmel yalıtkanlar olduğu ve sıcaklık arttığında elektrolitik iletkenler haline geldiği bulunmuştur. Prensibi parlak Yablochkov tarafından keşfedilen ünlü Nernst akkor lambası, bu gerçeklerin mükemmel bir örneğini sunuyor. Bir Nernst lambasındaki normal sıcaklıklarda iletken olmayan bir oksit karışımı - "akkor gövde", 700°'de mükemmel hale gelir ve ayrıca katı halini korur elektrolitik iletken. İnorganik kimyada incelenen çoğu karmaşık maddenin, uygun çözücülerle veya yeterince yüksek bir sıcaklıkta, elbette metaller ve alaşımları ve metalik iletkenlik gerektiren karmaşık maddeler hariç olmak üzere elektron özelliklerini kazanabileceği varsayılabilir. kanıtlanmıştır. Şu anda, erimiş gümüş iyodür vb.'nin metalik iletkenliğine ilişkin göstergelerin henüz yeterince kanıtlanmadığı kabul edilmelidir. Karbon içeren maddelerin çoğu, yani organik kimyada incelenenler hakkında başka bir şey söylenmelidir. Hidrokarbonları veya bunların karışımlarını (parafin, gazyağı, benzin vb.) akımı iletken hale getirecek çözücülerin bulunması pek olası değildir. Bununla birlikte, organik kimyada, tipik elektrolitlerden tipik elektrolit olmayanlara doğru kademeli bir geçiş vardır: organik asitlerden nitro grubu içeren fenollere, böyle bir grup içermeyen fenollere, sulu çözeltileri düşük nitro grubu yalıtkanlara ait olan alkollere. elektriksel heyecan verici kuvvetler ve son olarak hidrokarbonlara - tipik yalıtkanlara. Pek çok organik ve kısmen de bazı inorganik bileşikler için, sıcaklıktaki bir artışın onları E. haline getirmesini beklemek zordur, çünkü bu maddeler ısı etkisiyle daha erken ayrışır.

Elektrolitin ne olduğu sorusu, elektrolitik ayrışma teorisi çözülene kadar belirsiz bir durumdaydı.

Elektrolitik ayrışma.

Elektrolit moleküllerinin iyonlara parçalanmasına elektrolitik ayrışma veya iyonlaşma denir ve tersinir bir işlemdir; yani, ne kadar çok elektrolit molekülünün iyonlara parçalandığı ve birçoğunun yeniden iyonlardan oluştuğu bir çözeltide bir denge durumu oluşabilir .

Elektrolitlerin iyonlara ayrışması genel denklemle temsil edilebilir: burada KmAn ayrışmamış bir moleküldür, K z+ 1 z 1 pozitif yük taşıyan bir katyondur ve z- 2, z 2 negatif yüke sahip bir anyondur, m ve n bir elektrolit molekülünün ayrışması sırasında oluşan katyon ve anyonların sayısıdır. Örneğin, .
Bir çözeltideki pozitif ve negatif iyonların sayısı farklı olabilir, ancak katyonların toplam yükü her zaman anyonların toplam yüküne eşittir, dolayısıyla çözelti bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdür.
Güçlü elektrolitler, çözeltideki herhangi bir konsantrasyonda neredeyse tamamen iyonlara ayrışır. Bunlar arasında güçlü asitler (bkz.), güçlü bazlar ve hemen hemen tüm tuzlar (bkz.) bulunur. Zayıf asitler ve bazlar ile süblime HgCl2 gibi bazı tuzları içeren zayıf elektrolitler yalnızca kısmen ayrışır; ayrışma derecesi, yani iyonlara parçalanan moleküllerin oranı, çözelti konsantrasyonunun azalmasıyla artar.
Elektrolitlerin çözeltilerde iyonlara parçalanma yeteneğinin bir ölçüsü, şuna eşit olan elektrolitik ayrışma sabiti (iyonizasyon sabiti) olabilir:
çözeltideki karşılık gelen parçacıkların konsantrasyonları köşeli parantez içinde gösterilmiştir.

1. ELEKTROLİTLER

1.1. Elektrolitik ayrışma. Ayrışma derecesi. Elektrolit Gücü

Elektrolitik ayrışma teorisine göre, suda çözünen tuzlar, asitler, hidroksitler tamamen veya kısmen bağımsız parçacıklara - iyonlara ayrışır.

Polar çözücü moleküllerin etkisi altında madde moleküllerinin iyonlara ayrışması sürecine elektrolitik ayrışma denir. Çözeltilerde iyonlara ayrışan maddelere denir elektrolitler. Sonuç olarak çözüm, elektrik akımını iletme yeteneği kazanır çünkü İçinde mobil elektrik yükü taşıyıcıları belirir. Bu teoriye göre, elektrolitler suda çözündüğünde pozitif ve negatif yüklü iyonlara ayrışır (ayrışır). Pozitif yüklü iyonlara denir katyonlar; bunlara örneğin hidrojen ve metal iyonları dahildir. Negatif yüklü iyonlara denir anyonlar; Bunlar asidik kalıntıların iyonlarını ve hidroksit iyonlarını içerir.

Ayrışma sürecini niceliksel olarak karakterize etmek için ayrışma derecesi kavramı tanıtıldı. Bir elektrolitin (a) ayrışma derecesi, belirli bir çözelti içinde iyonlara parçalanan molekül sayısının oranıdır ( N ), çözeltideki moleküllerinin toplam sayısına ( N) veya

α = .

Elektrolitik ayrışmanın derecesi genellikle bir birimin kesirleri veya yüzde olarak ifade edilir.

Ayrışma derecesi 0,3'ten (%30) fazla olan elektrolitlere genellikle güçlü, ayrışma derecesi 0,03 (%3) ila 0,3 (%30) arasında olan - orta, 0,03'ten (%3) az - zayıf elektrolitler denir. Yani, 0,1 M'lik bir çözüm için CH3COOH α = 0,013 (veya %1,3). Bu nedenle asetik asit zayıf bir elektrolittir. Ayrışma derecesi, bir maddenin çözünmüş moleküllerinin hangi kısmının iyonlara ayrıldığını gösterir. Bir elektrolitin sulu çözeltilerde elektrolitik ayrışma derecesi, elektrolitin doğasına, konsantrasyonuna ve sıcaklığına bağlıdır.

Doğaları gereği elektrolitler iki büyük gruba ayrılabilir: güçlü ve zayıf. Güçlü elektrolitler neredeyse tamamen ayrışır (α = 1).

Güçlü elektrolitler şunları içerir:

1) asitler (H2S04, HC1, HNO3, HBr, HI, HC104, HMn04);

2) bazlar – ana alt grubun (alkali) birinci grubunun metal hidroksitleri – LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH yanı sıra toprak alkali metallerin hidroksitleri – Ba (OH) 2, Ca (OH) 2, Sr (OH) 2;.

3) suda çözünebilen tuzlar (çözünürlük tablosuna bakınız).

Zayıf elektrolitler çok küçük bir ölçüde iyonlara ayrışır; çözeltilerde esas olarak ayrışmamış bir durumda (moleküler formda) bulunurlar. Zayıf elektrolitler için ayrışmamış moleküller ve iyonlar arasında bir denge kurulur.

Zayıf elektrolitler şunları içerir:

1) inorganik asitler ( H2C03, H2S, HN02, H2S03, HCN, H3P04, H2Si03, HCNS, HClO, vb.);

2) su (H20);

3) amonyum hidroksit ( NH4OH);

4) çoğu organik asit

(örneğin asetik CH3COOH, formik HCOOH);

5) bazı metallerin çözünmeyen ve az çözünen tuzları ve hidroksitleri (çözünürlük tablosuna bakınız).

İşlem elektrolitik ayrışma kimyasal denklemler kullanılarak tasvir edilmiştir. Örneğin, hidroklorik asidin (HC) ayrışması ben ) aşağıdaki gibi yazılır:

HCl → H++ Cl – .

Bazlar metal katyonları ve hidroksit iyonları oluşturmak üzere ayrışır. Örneğin KOH'un ayrışması

KOH → K++ OH – .

Polibazik asitlerin yanı sıra çok değerli metallerin bazları da adım adım ayrışır. Örneğin,

H 2 CO 3 H + + HCO 3 – ,

HCO3 – H++ CO3 2– .

İlk denge - ilk adıma göre ayrışma - sabit ile karakterize edilir

.

İkinci aşama ayrışma için:

.

Karbonik asit durumunda ayrışma sabitleri aşağıdaki değerlere sahiptir: k ben = 4.3× 10 –7, k II = 5,6 × 10–11. Adım adım ayrışma için her zaman k ben> k II > k III >... , Çünkü Bir iyonu ayırmak için harcanması gereken enerji, nötr bir molekülden ayrıldığında minimumdur.

Suda çözünen ortalama (normal) tuzlar, pozitif yüklü metal iyonları ve asit kalıntısının negatif yüklü iyonlarını oluşturmak üzere ayrışır

Ca(NO 3) 2 → Ca 2+ + 2NO 3 –

Al 2 (S04) 3 → 2Al 3+ +3S04 2–.

Asit tuzları (hidrotuz), anyonda hidrojen içeren ve hidrojen iyonu H + şeklinde ayrılabilen elektrolitlerdir. Asit tuzları, tüm hidrojen atomlarının bir metalle değiştirilmediği polibazik asitlerden elde edilen bir ürün olarak kabul edilir. Asit tuzlarının ayrışması aşamalar halinde gerçekleşir, örneğin:

KHCO3 → K + + HCO 3 – (ilk aşama)

Elektrolitler, eriyikleri veya çözeltileri elektrik akımını ileten maddelerdir. Elektrolitler asitleri, bazları ve çoğu tuzu içerir.

Elektrolit ayrışması

Elektrolitler, iyonik veya oldukça polar kovalent bağlara sahip maddeleri içerir. İlki, çözünmüş veya erimiş bir duruma aktarılmadan önce bile iyon formunda bulunur. Elektrolitler tuzları, bazları ve asitleri içerir.

Pirinç. 1. Elektrolitler ve elektrolit olmayanlar arasındaki farkı tablolayın.

Güçlü ve zayıf elektrolitler vardır. Güçlü elektrolitler suda çözündüğünde tamamen iyonlara ayrışır. Bunlar şunları içerir: hemen hemen tüm çözünür tuzlar, birçok inorganik asit (örneğin, H2S04, HNO3, HC1), alkali ve alkalin toprak metallerin hidroksitleri. Zayıf elektrolitler suda çözündüğünde hafifçe iyonlara ayrışır. Bunlar hemen hemen tüm organik asitleri, bazı inorganik asitleri (örneğin H2C03), birçok hidroksiti (alkali ve alkalin toprak metallerinin hidroksitleri hariç) içerir.

Pirinç. 2. Güçlü ve zayıf elektrolitler tablosu.

Su aynı zamanda zayıf bir elektrolittir.

Diğer kimyasal reaksiyonlar gibi, çözeltilerdeki elektrolitik ayrışma da ayrışma denklemleri şeklinde yazılır. Aynı zamanda, güçlü elektrolitler için sürecin geri döndürülemez olduğu, orta kuvvette ve zayıf elektrolitler için ise tersinir bir süreç olduğu kabul edilir.

Asitler– bunlar, sulu çözeltilerde ayrışması katyonlar halinde hidrojen iyonlarının oluşmasıyla meydana gelen elektrolitlerdir. Polibazik asitler adım adım ayrışır. Asidik kalıntıların ortaya çıkan iyonları daha zayıf elektrolitler olduğundan, sonraki her adım giderek daha fazla zorlukla ilerler.

Gerekçeler– bir anyon olarak hidroksit iyonu OH-'yi oluşturmak üzere sulu bir çözelti içinde ayrışan elektrolitler. Hidroksit iyonunun oluşumu bazların ortak bir özelliğidir ve güçlü bazların genel özelliklerini belirler: alkali karakter, acı tat, dokunulduğunda sabunluluk, bir göstergeye reaksiyon, asitlerin nötralizasyonu vb.

Alkaliler, hatta az çözünür olanlar bile (örneğin, baryum hidroksit Ba(OH)2) tamamen ayrışır, örneğin:

Ba(OH)2 =Ba2 +2OH-

Tuzlar sulu bir çözelti içinde bir metal katyonu ve bir asit kalıntısı oluşturmak üzere ayrışan elektrolitlerdir. Tuzlar adım adım değil tamamen ayrışır:

Сa(NO 3) 2 =Ca 2 + +2NO 3 –

Elektrolitik ayrışma teorisi

Elektrolitler– çözeltilerde elektrolitik ayrışmaya uğrayan veya eriyen ve iyonların hareketi nedeniyle elektrik akımı ileten maddeler.

Elektrolitik ayrışma, elektrolitlerin suda çözündüğünde iyonlara parçalanmasıdır.

Modern anlayışta elektrolitik ayrışma teorisi (S. Arrhenius, 1887) aşağıdaki hükümleri içerir:

• Suda çözündüğünde, elektrolitler iyonlara (pozitif (katyonlar) ve negatif (anyonlar) ayrışır (ayrışır). İyonlaşma, çözündüğünde (kristal kafesin endotermik yıkım süreci) hidratlanmış iyonlar oluşturan iyonik bağlara (tuzlar, alkaliler) sahip bileşikler için en kolay şekilde meydana gelir.

Pirinç. 3. Tuzun elektrolitik ayrışma şeması.

İyon hidrasyonu ekzotermik bir işlemdir. Enerji maliyetleri ve kazançların oranı, bir çözeltideki iyonlaşma olasılığını belirler. Polar kovalent bağı olan bir madde (örneğin, hidrojen klorür HCl) çözündüğünde, su dipolleri çözünmüş molekülün karşılık gelen kutuplarına yönlendirilir, bağı polarize eder ve onu iyonik bir bağa dönüştürür, ardından iyonların hidrasyonu gelir. . Bu süreç tersine çevrilebilir ve tamamen veya kısmen gerçekleşebilir.

• hidratlı iyonlar stabildir ve çözelti içinde rastgele hareket eder. Bir elektrik akımının etkisi altında hareket yönlü hale gelir: katyonlar negatif kayışa (katot) doğru hareket eder ve anyonlar pozitif kayışa (anot) doğru hareket eder.
• ayrışma (iyonlaşma) geri dönüşümlü bir süreçtir. İyonizasyonun tamlığı, elektrolitin doğasına (alkali tuzları neredeyse tamamen ayrışır), konsantrasyonuna (konsantrasyon arttıkça iyonizasyon zorlaşır), sıcaklığa (sıcaklığın artması ayrışmayı teşvik eder) ve çözücünün doğasına (iyonlaşma yalnızca oluşur) bağlıdır. polar bir solventte, özellikle de suda).

Elektrolitler, elektrik akımının geçişine izin veren yüksek konsantrasyonda iyon içeren çözeltilerdir. Kural olarak bunlar tuzların, asitlerin ve alkalilerin sulu çözeltileridir.

İnsan ve hayvan vücudunda elektrolitler önemli bir rol oynar: örneğin demir iyonlu kan elektrolitleri oksijeni dokulara taşır; potasyum ve sodyum iyonları içeren elektrolitler vücudun su-tuz dengesini, bağırsak ve kalp fonksiyonlarını düzenler.

Özellikler

Saf su, susuz tuzlar, asitler ve alkaliler akımı iletmez. Çözeltilerde maddeler iyonlara ayrışır ve akımı iletir. Bu nedenle elektrolitlere ikinci dereceden iletkenler (metallerin aksine) denir. Elektrolitler ayrıca eriyikler ve bazı kristaller, özellikle zirkonyum dioksit ve gümüş iyodür de olabilir.

Elektrolitlerin temel özelliği, elektrolitik ayrışma yeteneğidir, yani moleküllerin su molekülleri (veya diğer çözücüler) ile etkileşime girdiğinde yüklü iyonlara parçalanmasıdır.

Çözeltide oluşan iyonların türüne bağlı olarak elektrolit, alkalin (elektrik iletkenliği metal iyonları ve OH- nedeniyledir), tuzlu ve asidik (H+ iyonları ve asit baz kalıntılarıyla) olarak ayrılır.

Bir elektrolitin ayrışma yeteneğini niceliksel olarak karakterize etmek için "ayrışma derecesi" parametresi tanıtıldı. Bu değer bozunmaya uğrayan moleküllerin yüzdesini yansıtır. Şunlara bağlıdır:
maddenin kendisi;
çözücü;
madde konsantrasyonu;
sıcaklık.

Elektrolitler güçlü ve zayıf olarak ikiye ayrılır. Reaktif ne kadar iyi çözünürse (iyonlara ayrılır), elektrolit ne kadar güçlü olursa akımı o kadar iyi iletir. Güçlü elektrolitler arasında alkaliler, güçlü asitler ve çözünür tuzlar bulunur.

Pillerde kullanılan elektrolitler için yoğunluk gibi bir parametre çok önemlidir. Pilin çalışma koşulları, kapasitesi ve servis ömrü buna bağlıdır. Yoğunluk hidrometreler kullanılarak belirlenir.

Elektrolitlerle çalışırken alınacak önlemler

En popüler elektrolitler, konsantre sülfürik asit ve alkalilerin (çoğunlukla potasyum, sodyum ve lityum hidroksitlerin) bir çözeltisidir. Hepsi ciltte ve mukozada kimyasal yanıklara, gözlerde ise çok tehlikeli yanıklara neden olur. Bu nedenle bu tür elektrolitlerle yapılan tüm çalışmalar ayrı, iyi havalandırılan bir odada koruyucu ekipman kullanılarak yapılmalıdır: giysiler, maskeler, gözlükler, lastik eldivenler.
Elektrolitlerle çalışmanın yapıldığı odanın yakınında bir dizi nötrleştirici madde ve su musluğu içeren bir ilk yardım çantası bulundurulmalıdır.
Asit yanıkları bir soda çözeltisiyle (1 bardak suya 1 çay kaşığı) nötralize edilir.
Alkali yanıklar bir borik asit çözeltisi (1 bardak suya 1 çay kaşığı) ile nötralize edilir.
Gözleri yıkamak için nötrleştirici solüsyonların iki kat daha zayıf olması gerekir.
Hasarlı cilt bölgeleri önce nötrleştiriciyle, ardından sabun ve suyla yıkanır.
Elektrolit dökülürse talaşla toplanır, ardından nötrleştirici ile yıkanır ve silinerek kurutulur.

Elektrolitle çalışırken şunları yapmalısınız: tüm güvenlik gereksinimleri. Örneğin, asit suya manuel olarak değil, cihazların yardımıyla dökülür (ve tam tersi değil!). Katı alkali parçaları elle değil maşa veya kaşıkla suya indirilir. Farklı elektrolit türlerine sahip pillerle aynı odada çalışamazsınız ve bunların bir arada saklanması da yasaktır.

Bazı işler elektrolitin “kaynatılmasını” gerektirir. Bu, yanıcı ve patlayıcı bir gaz olan hidrojenin açığa çıkmasına neden olur. Bu tür tesislerde patlamaya dayanıklı elektrik kabloları ve elektrikli cihazlar kullanılmalı, sigara içmek ve açık alevle çalışmak yasaktır.

Elektrolitleri plastik kaplarda saklayın. Cam, seramik, porselen tabak ve aletler çalışmaya uygundur.

Bir sonraki yazımızda size elektrolit türleri ve kullanım alanları hakkında daha fazla bilgi vereceğiz.

Kimyasal maddeler olarak elektrolitler eski çağlardan beri bilinmektedir. Ancak nispeten yakın zamanda uygulama alanlarının çoğunu ele geçirdiler. Bu maddelerin kullanımında endüstrinin en yüksek öncelikli alanlarını tartışacağız ve ikincisinin ne olduğunu ve birbirlerinden nasıl farklı olduklarını anlayacağız. Ama tarihe bir gezi ile başlayalım.

Hikaye

Bilinen en eski elektrolitler Antik dünyada keşfedilen tuzlar ve asitlerdir. Ancak elektrolitlerin yapısı ve özelliklerine ilişkin fikirler zamanla gelişmiştir. Bu süreçlerin teorileri, elektrolitlerin özelliklerine ilişkin teorilerle ilgili bir takım keşiflerin yapıldığı 1880'lerden beri gelişmiştir. Elektrolitlerin su ile etkileşim mekanizmalarını açıklayan teorilerde çeşitli niteliksel sıçramalar gözlemlendi (sonuçta, endüstride kullanıldıkları özellikleri yalnızca çözelti halinde kazanırlar).

Şimdi elektrolitler ve özellikleri hakkındaki fikirlerin gelişmesinde en büyük etkiye sahip olan birkaç teoriyi ayrıntılı olarak inceleyeceğiz. Ve her birimizin okulda yaşadığı en yaygın ve basit teoriyle başlayalım.

Elektrolitik ayrışmanın Arrhenius teorisi

1887'de İsveçli kimyager ve Wilhelm Ostwald, elektrolitik ayrışma teorisini yarattı. Ancak burada da durum o kadar basit değil. Arrhenius'un kendisi, bir maddenin bileşenlerinin su ile etkileşimini hesaba katmayan ve çözeltide serbest yüklü parçacıkların (iyonların) bulunduğunu savunan, fiziksel çözüm teorisinin savunucusuydu. Bu arada, elektrolitik ayrışma bugün okulda bu konumdan değerlendiriliyor.

Bu teorinin neler sağladığından ve maddelerin su ile etkileşim mekanizmasını bize nasıl açıkladığından bahsedelim. Diğerleri gibi onun da kullandığı birkaç varsayım var:

1. Su ile etkileşime girdiğinde madde iyonlara (pozitif - katyon ve negatif - anyon) ayrılır. Bu parçacıklar hidrasyona uğrarlar: Bu arada, bir tarafı pozitif yüklü, diğer tarafı negatif yüklü (bir dipol oluşturan) su moleküllerini çekerler, bunun sonucunda su kompleksleri (solvatlar) halinde oluşturulurlar.

2. Ayrışma süreci tersine çevrilebilir - yani, eğer bir madde iyonlara ayrılmışsa, bazı faktörlerin etkisi altında tekrar orijinal formuna dönüşebilir.

3. Çözeltiye elektrotları bağlarsanız ve akımı açarsanız, katyonlar negatif elektroda - katoda ve anyonlar pozitif yüklü olana - anoda doğru hareket etmeye başlayacaktır. Bu nedenle suda yüksek oranda çözünen maddeler elektrik akımını sudan daha iyi iletir. Aynı sebepten dolayı bunlara elektrolitler de denildi.

4. elektrolit, çözünmüş bir maddenin yüzdesini karakterize eder. Bu gösterge, çözücünün ve çözünmüş maddenin özelliklerine, ikincisinin konsantrasyonuna ve dış sıcaklığa bağlıdır.

Aslında bu basit teorinin tüm ana varsayımları buradadır. Bu makalede bunları bir elektrolit çözeltisinde neler olduğunu açıklamak için kullanacağız. Bu bağlantıların örneklerine biraz sonra bakacağız ama şimdi başka bir teoriye bakalım.

Lewis asit ve baz teorisi

Elektrolitik ayrışma teorisine göre asit, çözeltisinde bir hidrojen katyonunun mevcut olduğu bir maddedir ve baz, çözelti içinde bir hidroksit anyonuna parçalanan bir bileşiktir. Adını ünlü kimyager Gilbert Lewis'ten alan başka bir teori daha var. Asit ve baz kavramını biraz genişletmemizi sağlar. Lewis'in teorisine göre asitler, serbest elektron yörüngelerine sahip olan ve başka bir molekülden elektron kabul edebilen bir maddenin molekülleridir. Bazların, bir veya daha fazla elektronunu asidin "kullanımına" bağışlayabilen parçacıklar olacağını tahmin etmek kolaydır. Burada çok ilginç olan şey, sadece elektrolitin değil, suda çözünmeyen herhangi bir maddenin de asit veya baz olabilmesidir.

Brendsted-Lowry protolitik teorisi

1923 yılında, birbirlerinden bağımsız olarak, iki bilim adamı - J. Brønsted ve T. Lowry - şu anda bilim adamları tarafından kimyasal süreçleri tanımlamak için aktif olarak kullanılan bir teori önerdiler. Bu teorinin özü, ayrışmanın anlamının, bir protonun bir asitten bir baza aktarılmasına indirgenmesidir. Dolayısıyla ikincisi burada bir proton alıcısı olarak anlaşılmaktadır. O zaman asit onların donörüdür. Teori aynı zamanda hem asitlerin hem de bazların özelliklerini sergileyen maddelerin varlığını da iyi bir şekilde açıklıyor. Bu tür bileşiklere amfoterik denir. Bronsted-Lowry teorisinde bunlar için amfolit terimi de kullanılırken, asitler veya bazlar genellikle protolit olarak adlandırılır.

Yazının bir sonraki bölümüne geliyoruz. Burada size güçlü ve zayıf elektrolitlerin birbirinden ne kadar farklı olduğunu anlatacağız ve dış faktörlerin özellikleri üzerindeki etkisini tartışacağız. Daha sonra bunların pratik uygulamalarını açıklamaya başlayacağız.

Güçlü ve zayıf elektrolitler

Her madde su ile ayrı ayrı etkileşime girer. Bazıları içinde iyi çözünür (örneğin sofra tuzu), diğerleri ise hiç çözünmez (örneğin tebeşir). Böylece tüm maddeler güçlü ve zayıf elektrolitlere ayrılır. İkincisi, suyla zayıf şekilde etkileşime giren ve çözeltinin dibine yerleşen maddelerdir. Bu, molekülün normal koşullar altında kendisini oluşturan iyonlara parçalanmasına izin vermeyen çok düşük bir ayrışma derecesine ve yüksek bağ enerjisine sahip oldukları anlamına gelir. Zayıf elektrolitlerin ayrışması ya çok yavaş gerçekleşir ya da artan sıcaklık ve bu maddenin çözelti içindeki konsantrasyonu ile gerçekleşir.

Güçlü elektrolitlerden bahsedelim. Bunlar, tüm çözünür tuzların yanı sıra güçlü asitleri ve alkalileri içerir. Kolayca iyonlara ayrışırlar ve çökelti halinde toplanmaları çok zordur. Bu arada elektrolitlerdeki akım, çözeltinin içerdiği iyonlar sayesinde tam olarak gerçekleştirilir. Bu nedenle güçlü elektrolitler akımı en iyi şekilde iletir. İkincisinin örnekleri: güçlü asitler, alkaliler, çözünür tuzlar.

Elektrolitlerin davranışını etkileyen faktörler

Şimdi dış ortamdaki değişikliklerin Konsantrasyonun elektrolitin ayrışma derecesini doğrudan nasıl etkilediğini anlayalım. Üstelik bu ilişki matematiksel olarak da ifade edilebilmektedir. Bu ilişkiyi açıklayan yasaya Ostwald'ın seyreltme yasası denir ve şu şekilde yazılır: a = (K/c) 1/2. Burada a ayrışma derecesidir (kesirler halinde alınır), K her madde için farklı olan ayrışma sabitidir ve c çözeltideki elektrolitin konsantrasyonudur. Bu formülü kullanarak bir madde ve onun çözelti içindeki davranışı hakkında çok şey öğrenebilirsiniz.

Ancak konudan saptık. Konsantrasyonun yanı sıra ayrışma derecesi de elektrolitin sıcaklığından etkilenir. Çoğu madde için bunun arttırılması çözünürlüğü ve kimyasal aktiviteyi artırır. Bazı reaksiyonların yalnızca yüksek sıcaklıklarda ortaya çıkmasını açıklayabilen şey tam olarak budur. Normal şartlarda ya çok yavaş ya da her iki yönde giderler (bu işleme geri dönüşümlü denir).

Elektrolit çözeltisi gibi bir sistemin davranışını belirleyen faktörleri analiz ettik. Şimdi şüphesiz çok önemli olan bu kimyasalların pratik uygulamalarına geçelim.

Endüstriyel kullanım

Elbette herkes pillerle ilgili olarak “elektrolit” kelimesini duymuştur. Araç, elektroliti %40 sülfürik asit olan kurşun asitli aküleri kullanıyor. Bu maddeye neden ihtiyaç duyulduğunu anlamak için pillerin çalışma özelliklerini anlamaya değer.

Peki herhangi bir pilin çalışma prensibi nedir? Elektronların salınmasının bir sonucu olarak, bir maddeyi diğerine dönüştürmek için tersinir bir reaksiyona girerler. Bir pili şarj ederken normal koşullar altında oluşmayan bir madde etkileşimi meydana gelir. Bu, kimyasal reaksiyon sonucu bir maddede elektriğin birikmesi olarak düşünülebilir. Deşarj sırasında ters dönüşüm başlar ve sistemi başlangıç ​​durumuna getirir. Bu iki süreç birlikte bir şarj-deşarj döngüsünü oluşturur.

Yukarıdaki işleme belirli bir örnek kullanarak (kurşun asitli akü) bakalım. Tahmin edebileceğiniz gibi, bu akım kaynağı kurşun (aynı zamanda kurşun dioksit PbO 2) ve asit içeren bir elementten oluşur. Herhangi bir pil elektrotlardan ve aralarındaki elektrolitle doldurulmuş boşluktan oluşur. İkincisi olarak, daha önce de öğrendiğimiz gibi, örneğimizde yüzde 40 konsantrasyonda sülfürik asit kullanıyoruz. Böyle bir pilin katodu kurşun dioksitten, anot ise saf kurşundan oluşur. Bütün bunlar, asidin ayrıştığı iyonların katılımıyla bu iki elektrotta farklı tersinir reaksiyonların meydana gelmesinden kaynaklanmaktadır:

1. PbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e - = PbS04 + 2H 2 O (negatif elektrot - katotta meydana gelen reaksiyon).
2. Pb + SO 4 2- - 2e - = PbS04 (Pozitif elektrotta - anotta meydana gelen reaksiyon).

Reaksiyonları soldan sağa okursak pil boşaldığında gerçekleşen işlemleri, sağdan sola okursak pil şarj olurken gerçekleşen işlemleri elde ederiz. Bu reaksiyonların her birinde, bu reaksiyonlar farklıdır, ancak bunların oluşum mekanizması genel olarak aynı şekilde tanımlanmaktadır: birinde elektronların “emildiği”, diğerinde ise tam tersi iki işlem meydana gelir. dışarıda bırakın”. En önemli şey, emilen elektron sayısının salınan elektron sayısına eşit olmasıdır.

Aslında pillerin yanı sıra bu maddelerin birçok uygulaması var. Genel olarak örneklerini verdiğimiz elektrolitler, bu terim altında birleşen çeşitli maddelerin yalnızca bir tanesidir. Her yerde, her yerde bizi kuşatıyorlar. Mesela burada insan vücudu var. Bu maddelerin orada olmadığını mı düşünüyorsunuz? Çok yanılıyorsun. İçimizin her yerinde bulunurlar ve en büyük miktarı kan elektrolitlerinden oluşur. Bunlar arasında örneğin hemoglobinin bir parçası olan ve oksijenin vücudumuzdaki dokulara taşınmasına yardımcı olan demir iyonları bulunur. Kan elektrolitleri ayrıca su-tuz dengesinin ve kalp fonksiyonunun düzenlenmesinde de önemli bir rol oynar. Bu işlev potasyum ve sodyum iyonları tarafından gerçekleştirilir (hatta hücrelerde potasyum-sodyum pompası adı verilen bir işlem meydana gelir).

Az da olsa çözebildiğiniz her madde elektrolittir. Ve bunların kullanılmadığı hiçbir sanayi dalı ve hayatımız yoktur. Bu sadece araba aküleri ve aküleri değil. Bunlar herhangi bir kimyasal ve gıda üretimi, askeri fabrikalar, giyim fabrikaları vb.

Bu arada elektrolitin bileşimi değişir. Böylece asidik ve alkalin elektrolitler ayırt edilebilir. Özellikleri bakımından temelde farklıdırlar: Daha önce de söylediğimiz gibi, asitler proton vericidir ve alkaliler alıcıdır. Ancak zamanla, maddenin bir kısmının kaybına bağlı olarak elektrolitin bileşimi değişir; konsantrasyon ya azalır ya da artar (hepsi neyin kaybolduğuna, suya veya elektrolite bağlıdır).

Onlarla her gün karşılaşıyoruz, ancak çok az kişi elektrolit gibi bir terimin tanımını tam olarak biliyor. Belirli maddelerin örneklerine baktık, o yüzden biraz daha karmaşık kavramlara geçelim.

Elektrolitlerin fiziksel özellikleri

Şimdi fizik hakkında. Bu konuyu incelerken anlaşılması gereken en önemli şey elektrolitlerde akımın nasıl iletildiğidir. İyonlar bunda belirleyici bir rol oynamaktadır. Bu yüklü parçacıklar, yükü çözeltinin bir kısmından diğerine aktarabilir. Bu nedenle, anyonlar her zaman pozitif elektrota, katyonlar ise negatif elektrota yönelir. Böylece elektrik akımı ile çözüme etki ederek sistemin farklı taraflarındaki yükleri ayırmış oluyoruz.

Çok ilginç bir fiziksel özellik yoğunluktur. Tartıştığımız bileşiklerin birçok özelliği buna bağlıdır. Ve sıklıkla şu soru ortaya çıkıyor: "Elektrolitin yoğunluğu nasıl artırılır?" Aslında cevap basit: Çözeltideki su içeriğini azaltmak gerekiyor. Elektrolitin yoğunluğu büyük ölçüde belirlendiğinden, büyük ölçüde ikincisinin konsantrasyonuna bağlıdır. Planınıza ulaşmanın iki yolu vardır. Birincisi oldukça basit: Aküdeki elektroliti kaynatın. Bunu yapmak için, içerideki sıcaklığın yüz santigrat derecenin biraz üzerine çıkması için şarj etmeniz gerekir. Bu yöntem işe yaramazsa endişelenmeyin, başka bir yöntem daha var: eski elektroliti yenisiyle değiştirin. Bunu yapmak için, eski çözeltiyi boşaltmanız, iç kısımları artık sülfürik asitten damıtılmış suyla temizlemeniz ve ardından yeni bir kısmı doldurmanız gerekir. Kural olarak, yüksek kaliteli elektrolit çözeltileri hemen istenen konsantrasyona ulaşır. Değiştirdikten sonra elektrolitin yoğunluğunun nasıl artırılacağını uzun süre unutabilirsiniz.

Elektrolitin bileşimi büyük ölçüde özelliklerini belirler. Örneğin elektriksel iletkenlik ve yoğunluk gibi özellikler büyük ölçüde çözünen maddenin doğasına ve konsantrasyonuna bağlıdır. Bir pilin ne kadar elektrolit içerebileceği konusunda ayrı bir soru var. Aslında hacmi doğrudan ürünün beyan edilen gücüyle ilgilidir. Pilin içinde ne kadar çok sülfürik asit varsa o kadar güçlüdür, yani o kadar fazla voltaj üretebilir.

Bu nerede faydalı olacak?

Bir araba tutkunuysanız veya sadece arabalarla ilgileniyorsanız, o zaman her şeyi kendiniz anlarsınız. Elbette artık aküde ne kadar elektrolit bulunduğunu nasıl belirleyeceğinizi bile biliyorsunuz. Ve eğer arabalardan uzaksanız, bu maddelerin özellikleri, kullanımları ve birbirleriyle nasıl etkileşime girdikleri hakkında bilgi sahibi olmak gereksiz olmayacaktır. Bunu bilerek, aküde hangi elektrolitin olduğunu söylemeniz istenirse kafanız karışmayacaktır. Her ne kadar bir araba tutkunu olmasanız da bir arabanız olsa bile, akü yapısı bilgisi gereksiz olmayacak ve onarımlarda size yardımcı olacaktır. Her şeyi kendiniz yapmak, bir otomobil merkezine gitmekten çok daha kolay ve daha ucuz olacaktır.

Bu konuyu daha iyi incelemek için okul ve üniversiteler için kimya ders kitabını okumanızı öneririz. Bu bilimi iyi biliyorsanız ve yeterince ders kitabı okuduysanız, en iyi seçenek Varypaev'in "Kimyasal Akım Kaynakları" olacaktır. Pillerin, çeşitli pillerin ve hidrojen hücrelerinin çalışma teorisinin tamamı burada ayrıntılı olarak özetlenmiştir.

Çözüm

Sona geldik. Özetleyelim. Yukarıda elektrolit gibi bir kavramla ilgili her şeyi tartıştık: örnekler, yapı ve özellikler teorisi, işlevler ve uygulamalar. Bir kez daha bu bileşiklerin yaşamımızın bir parçasını oluşturduğunu, onsuz vücudumuzun ve tüm endüstri alanlarının var olamayacağını söylemekte fayda var. Kan elektrolitlerini hatırlıyor musunuz? Onlar sayesinde yaşıyoruz. Peki ya arabalarımız? Bu bilgiyle pille ilgili her türlü sorunu çözebiliriz, çünkü artık içindeki elektrolitin yoğunluğunu nasıl artıracağımızı anlıyoruz.

Her şeyi anlatmak mümkün değil, biz de böyle bir hedef koymadık. Sonuçta bu muhteşem maddeler hakkında söylenebilecek tek şey bu değil.