Chất điện phân trong hóa học là gì. Đề cập đến chất điện giải. Những hạt nào mang điện tích?

Đây là những chất mà dung dịch hoặc chất tan chảy sẽ dẫn dòng điện. Chúng cũng là thành phần không thể thiếu của chất lỏng và mô dày đặc của sinh vật.

Chất điện giải bao gồm axit, bazơ và muối. Những chất không dẫn dòng điện ở trạng thái hòa tan hoặc nóng chảy được gọi là chất không điện phân. Chúng bao gồm nhiều chất hữu cơ, chẳng hạn như đường, rượu, v.v. Khả năng dẫn điện của dung dịch điện giải được giải thích là do khi hòa tan, các phân tử chất điện phân phân hủy thành các hạt mang điện tích dương và âm - các ion. Lượng điện tích trên một ion bằng số với hóa trị của nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử tạo thành ion. Các ion khác với các nguyên tử và phân tử không chỉ ở sự hiện diện của điện tích mà còn ở các tính chất khác, ví dụ, ion clo không có mùi, màu sắc hoặc các tính chất khác của phân tử clo.

Các ion tích điện dương được gọi là cation, các ion tích điện âm được gọi là anion. Các cation tạo thành nguyên tử hydro H+, các kim loại: K+, Na+, Ca 2+, Fe 3+ và một số nhóm nguyên tử như nhóm amoni NH+4; Anion tạo thành các nguyên tử và nhóm nguyên tử là dư lượng axit, ví dụ Cl -, NO - 3, SO 2- 4, CO 2- 3.

Thuật ngữ E. được Faraday đưa vào khoa học. Cho đến gần đây, K. E. đã bao gồm các loại muối, axit và kiềm điển hình cũng như nước. Các nghiên cứu về dung dịch không chứa nước cũng như các nghiên cứu ở nhiệt độ rất cao đã mở rộng đáng kể lĩnh vực này. I. A. Kablukov, Kadi, Karara, P. I. Walden và những người khác đã chỉ ra rằng không chỉ dung dịch nước và dung dịch cồn dẫn dòng điện đáng chú ý mà còn cả dung dịch trong một số chất khác, chẳng hạn như amoniac lỏng, anhydrit sulfur dioxide lỏng, v.v. Người ta cũng phát hiện ra rằng nhiều chất và hỗn hợp là chất cách điện tuyệt vời ở nhiệt độ bình thường, chẳng hạn như oxit kim loại khan (canxi oxit, magiê oxit, v.v.) và trở thành chất dẫn điện khi nhiệt độ tăng. Chiếc đèn sợi đốt Nernst nổi tiếng, nguyên lý của nó được phát hiện bởi Yablochkov tài giỏi, là một minh họa tuyệt vời cho những sự thật này. Hỗn hợp các oxit - "vật thể sợi đốt" trong đèn Nernst, không dẫn điện ở nhiệt độ bình thường, trở nên tuyệt vời ở 700° và hơn nữa, vẫn giữ được trạng thái rắn điện phân nhạc trưởng. Có thể giả định rằng hầu hết các chất phức tạp được nghiên cứu trong hóa học vô cơ, với dung môi thích hợp hoặc ở nhiệt độ đủ cao, có thể thu được các tính chất của electron, tất nhiên, ngoại trừ kim loại và hợp kim của chúng và những chất phức tạp có tính dẫn điện kim loại. đã được chứng minh. Hiện tại, các dấu hiệu về độ dẫn kim loại của iodua bạc nóng chảy, v.v. nên được coi là chưa đủ cơ sở. Cần phải nói thêm điều gì đó về hầu hết các chất có chứa cacbon, tức là những chất được nghiên cứu trong hóa học hữu cơ. Khó có khả năng sẽ có dung môi tạo ra hydrocacbon hoặc hỗn hợp của chúng (parafin, dầu hỏa, xăng, v.v.) dẫn điện. Tuy nhiên, trong hóa học hữu cơ, chúng ta có sự chuyển đổi dần dần từ chất điện ly điển hình sang chất không điện phân điển hình: bắt đầu từ axit hữu cơ đến phenol chứa nhóm nitro, đến phenol không chứa nhóm đó, sang rượu, dung dịch nước thuộc chất cách điện có điện tích thấp. lực kích thích điện và cuối cùng là hydrocacbon - chất cách điện điển hình. Đối với nhiều hợp chất hữu cơ, và một phần là một số hợp chất vô cơ, khó có thể dự đoán rằng việc tăng nhiệt độ sẽ tạo ra chúng E., vì những chất này phân hủy sớm hơn do tác dụng của nhiệt.

Câu hỏi chất điện phân là gì vẫn ở trạng thái không chắc chắn cho đến khi lý thuyết về sự phân ly điện phân được đưa ra để giải quyết nó.

Sự phân ly điện phân.

Sự phân rã của các phân tử chất điện phân thành các ion được gọi là sự phân ly điện phân, hay sự ion hóa, và là một quá trình thuận nghịch, tức là trạng thái cân bằng có thể xảy ra trong một dung dịch trong đó càng nhiều phân tử chất điện phân phân hủy thành các ion thì rất nhiều trong số chúng được hình thành lại từ các ion. .

Sự phân ly của chất điện phân thành các ion có thể được biểu diễn bằng phương trình tổng quát: , trong đó KmAn là phân tử không phân ly, K z+ 1 là cation mang z 1 điện tích dương, Và z- 2 là anion có z 2 điện tích âm, m và n là số lượng cation và anion được hình thành trong quá trình phân ly của một phân tử chất điện phân. Ví dụ, .
Số lượng ion dương và âm trong một dung dịch có thể khác nhau, nhưng tổng điện tích của các cation luôn bằng tổng điện tích của các anion, do đó toàn bộ dung dịch trung hòa về điện.
Chất điện ly mạnh gần như phân ly hoàn toàn thành các ion ở bất kỳ nồng độ nào trong dung dịch. Chúng bao gồm axit mạnh (xem), bazơ mạnh và hầu hết các muối (xem). Các chất điện ly yếu, bao gồm axit và bazơ yếu và một số muối, chẳng hạn như HgCl 2 thăng hoa, chỉ phân ly một phần; mức độ phân ly của chúng, tức là tỷ lệ phân tử phân hủy thành các ion, tăng khi nồng độ dung dịch giảm.
Thước đo khả năng phân hủy của chất điện phân thành ion trong dung dịch có thể là hằng số phân ly điện phân (hằng số ion hóa), bằng
trong đó nồng độ của các hạt tương ứng trong dung dịch được thể hiện trong ngoặc vuông.

1. ĐIỆN GIẢI

1.1. Sự phân ly điện phân. Mức độ phân ly. năng lượng điện giải

Theo lý thuyết phân ly điện phân, muối, axit, hydroxit khi hòa tan trong nước sẽ phân hủy hoàn toàn hoặc một phần thành các hạt độc lập - ion.

Quá trình phân hủy các phân tử chất thành ion dưới tác dụng của các phân tử dung môi phân cực gọi là quá trình phân ly điện phân. Những chất phân ly thành ion trong dung dịch gọi là chất điện giải. Kết quả là dung dịch thu được khả năng dẫn dòng điện, bởi vì Các hạt mang điện di động xuất hiện trong đó. Theo lý thuyết này, khi hòa tan trong nước, các chất điện giải sẽ phân hủy (phân ly) thành các ion tích điện dương và âm. Ion tích điện dương được gọi là cation; chúng bao gồm, ví dụ, các ion hydro và kim loại. Ion mang điện tích âm được gọi là anion; Chúng bao gồm các ion dư lượng axit và các ion hydroxit.

Để mô tả một cách định lượng quá trình phân ly, khái niệm về mức độ phân ly đã được đưa ra. Mức độ phân ly của chất điện phân (α) là tỷ lệ giữa số lượng phân tử của nó bị phân hủy thành các ion trong một dung dịch nhất định ( N ), trên tổng số phân tử của nó trong dung dịch ( N), hoặc

α = .

Mức độ phân ly điện phân thường được biểu thị bằng phân số của đơn vị hoặc phần trăm.

Các chất điện giải có mức độ phân ly lớn hơn 0,3 (30%) thường được gọi là mạnh, với mức độ phân ly từ 0,03 (3%) đến 0,3 (30%) - trung bình, dưới 0,03 (3%) - chất điện giải yếu. Vì vậy, đối với dung dịch 0,1 M CH3COOH α = 0,013 (hoặc 1,3%). Vì vậy, axit axetic là chất điện li yếu. Mức độ phân ly cho biết phần nào của phân tử hòa tan của một chất đã bị phân hủy thành các ion. Mức độ phân ly điện phân của chất điện phân trong dung dịch nước phụ thuộc vào bản chất của chất điện phân, nồng độ và nhiệt độ của nó.

Về bản chất, chất điện giải có thể được chia thành hai nhóm lớn: mạnh và yếu. Chất điện ly mạnh phân ly gần như hoàn toàn (α = 1).

Chất điện ly mạnh bao gồm:

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

2) bazơ – hydroxit kim loại thuộc nhóm đầu tiên của phân nhóm chính (kiềm) – LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH , cũng như hydroxit của kim loại kiềm thổ – Ba(OH)2, Ca(OH)2, Sr(OH)2;.

3) muối hòa tan trong nước (xem bảng độ hòa tan).

Chất điện ly yếu phân ly thành các ion ở mức độ rất nhỏ; trong dung dịch chúng được tìm thấy chủ yếu ở trạng thái không phân ly (ở dạng phân tử). Đối với chất điện ly yếu, trạng thái cân bằng được thiết lập giữa các phân tử và ion không phân ly.

Chất điện li yếu bao gồm:

1) axit vô cơ ( H 2 CO 3, H 2 S, HNO 2, H 2 SO 3, HCN, H 3 PO 4, H 2 SiO 3, HCNS, HClO, v.v...);

2) nước (H 2 O);

3) amoni hydroxit ( NH 4OH);

4) hầu hết các axit hữu cơ

(ví dụ, axetic CH 3 COOH, formic HCOOH);

5) muối và hydroxit không tan và ít tan của một số kim loại (xem bảng độ hòa tan).

Quá trình sự phân ly điện phânđược mô tả bằng các phương trình hóa học. Ví dụ, sự phân ly của axit clohydric (HC tôi ) được viết như sau:

HCl → H + + Cl – .

Các bazơ phân ly tạo thành cation kim loại và ion hydroxit. Ví dụ, sự phân ly của KOH

KOH → K + + OH – .

Axit đa chức, cũng như bazơ của kim loại hóa trị nhiều, phân ly từng bước. Ví dụ,

H 2 CO 3 H + + HCO 3 – ,

HCO 3 – H ++ CO 3 2– .

Trạng thái cân bằng thứ nhất - phân ly theo bước thứ nhất - được đặc trưng bởi hằng số

.

Đối với sự phân ly giai đoạn thứ hai:

.

Trong trường hợp axit cacbonic, hằng số phân ly có các giá trị sau: K Tôi = 4,3× 10–7, K II = 5,6 × 10–11. Đối với sự phân ly từng bước luôn K tôi> K II > K III >... , bởi vì năng lượng cần tiêu hao để tách một ion là tối thiểu khi nó được tách ra khỏi phân tử trung tính.

Muối trung bình (bình thường), tan trong nước, phân ly tạo thành ion kim loại tích điện dương và ion tích điện âm của cặn axit

Ca(NO 3) 2 → Ca 2+ + 2NO 3 –

Al 2 (SO 4) 3 → 2Al 3+ +3SO 4 2–.

Muối axit (hydrosalt) là chất điện giải có chứa hydro ở dạng anion, có thể tách ra dưới dạng ion hydro H+. Muối axit được coi là sản phẩm thu được từ axit đa bazơ trong đó không phải tất cả nguyên tử hydro đều được thay thế bằng kim loại. Sự phân ly của muối axit xảy ra theo từng giai đoạn, ví dụ:

KHCO3 → K + + HCO3 – (giai đoạn đầu tiên)

Chất điện giải là những chất tan chảy hoặc dung dịch dẫn điện. Chất điện giải bao gồm axit, bazơ và hầu hết các muối.

sự phân ly điện giải

Chất điện giải bao gồm các chất có liên kết cộng hóa trị ion hoặc phân cực cao. Cái trước tồn tại ở dạng ion ngay cả trước khi chúng được chuyển sang trạng thái hòa tan hoặc nóng chảy. Chất điện giải bao gồm muối, bazơ và axit.

Cơm. 1. Hãy nêu sự khác biệt giữa chất điện giải và chất không điện giải.

Có chất điện ly mạnh và yếu. Chất điện li mạnh khi tan trong nước phân ly hoàn toàn thành ion. Chúng bao gồm: hầu hết các muối hòa tan, nhiều axit vô cơ (ví dụ H 2 SO 4, HNO 3, HCl), hydroxit của kim loại kiềm và kiềm thổ. Chất điện li yếu khi tan trong nước phân ly nhẹ thành ion. Chúng bao gồm hầu hết tất cả các axit hữu cơ, một số axit vô cơ (ví dụ H 2 CO 3), nhiều hydroxit (trừ hydroxit của kim loại kiềm và kiềm thổ).

Cơm. 2. Bảng chất điện ly mạnh và yếu.

Nước cũng là chất điện li yếu.

Giống như các phản ứng hóa học khác, sự phân ly điện phân trong dung dịch được viết dưới dạng phương trình phân ly. Đồng thời, đối với các chất điện ly mạnh, quá trình này được coi là không thuận nghịch, còn đối với các chất điện phân có độ bền trung bình và yếu - là một quá trình thuận nghịch.

Axit– đây là những chất điện phân, sự phân ly của chúng trong dung dịch nước xảy ra với sự hình thành các ion hydro dưới dạng cation. Axit polybasic phân ly từng bước. Mỗi bước tiếp theo tiến hành với độ khó ngày càng lớn hơn, vì các ion tạo thành dư lượng axit là chất điện ly yếu hơn.

Căn cứ– chất điện phân phân ly trong dung dịch nước tạo thành ion hydroxit OH- dưới dạng anion. Sự hình thành ion hydroxit là đặc điểm chung của bazơ và quyết định tính chất chung của bazơ mạnh: tính kiềm, vị đắng, độ xà phòng khi chạm vào, phản ứng với chất chỉ thị, tính trung hòa axit, v.v.

Các chất kiềm, ngay cả những chất ít tan (ví dụ, bari hydroxit Ba(OH) 2) phân ly hoàn toàn, ví dụ:

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

muối là chất điện li khi tan trong dung dịch nước tạo thành cation kim loại và dư lượng axit. Các muối không phân ly từng bước mà phân ly hoàn toàn:

Сa(NO 3) 2 =Ca 2 + +2NO 3 –

Lý thuyết phân ly điện phân

Chất điện giải– các chất trải qua quá trình phân ly điện phân trong dung dịch hoặc nóng chảy và dẫn dòng điện do sự chuyển động của các ion.

Sự phân ly điện phân là sự phân hủy chất điện giải thành các ion khi hòa tan trong nước.

Lý thuyết về sự phân ly điện phân (S. Arrhenius, 1887) theo cách hiểu hiện đại bao gồm các quy định sau:

• Khi hòa tan trong nước, chất điện phân bị phân hủy (phân ly) thành các ion - dương (cation) và âm (anion). Sự ion hóa xảy ra dễ dàng nhất đối với các hợp chất có liên kết ion (muối, kiềm), khi hòa tan (quá trình phá hủy mạng tinh thể thu nhiệt), tạo thành các ion hydrat hóa.

Cơm. 3. Sơ đồ điện phân muối.

Hydrat hóa ion là một quá trình tỏa nhiệt. Tỷ lệ chi phí năng lượng và lợi nhuận quyết định khả năng ion hóa trong dung dịch. Khi một chất có liên kết cộng hóa trị có cực (ví dụ hydro clorua HCl) bị hòa tan, các lưỡng cực nước sẽ định hướng tại các cực tương ứng của phân tử hòa tan, phân cực liên kết và biến nó thành ion, sau đó là quá trình hydrat hóa các ion. . Quá trình này có thể đảo ngược và có thể xảy ra hoàn toàn hoặc một phần.

• Các ion ngậm nước ổn định và di chuyển ngẫu nhiên trong dung dịch. Dưới tác dụng của dòng điện, chuyển động trở nên có hướng: các cation di chuyển về phía vành đai âm (cực âm) và các anion di chuyển về phía vành đai dương (cực dương).
• phân ly (ion hóa) là một quá trình thuận nghịch. Sự hoàn toàn của quá trình ion hóa phụ thuộc vào bản chất của chất điện phân (muối kiềm phân ly gần như hoàn toàn), nồng độ của nó (khi nồng độ càng tăng, quá trình ion hóa trở nên khó khăn hơn), nhiệt độ (nhiệt độ tăng sẽ thúc đẩy sự phân ly) và bản chất của dung môi (sự ion hóa chỉ xảy ra). trong dung môi phân cực, đặc biệt là nước).

Chất điện giải là dung dịch chứa nồng độ ion cao cho phép dòng điện đi qua. Theo quy định, đây là dung dịch nước của muối, axit và kiềm.

Trong cơ thể người và động vật, chất điện giải đóng vai trò quan trọng: ví dụ chất điện giải trong máu có chứa ion sắt vận chuyển oxy đến các mô; chất điện giải có ion kali và natri điều chỉnh cân bằng nước-muối, chức năng đường ruột và tim của cơ thể.

Của cải

Nước tinh khiết, muối khan, axit và kiềm không dẫn điện. Trong dung dịch, các chất phân hủy thành ion và dẫn dòng điện. Đây là lý do tại sao chất điện phân được gọi là chất dẫn điện bậc hai (trái ngược với kim loại). Chất điện giải cũng có thể tan chảy và một số tinh thể, đặc biệt là zirconium dioxide và bạc iodua.

Đặc tính chính của chất điện phân là khả năng phân ly điện phân, tức là sự phân hủy các phân tử khi tương tác với các phân tử nước (hoặc dung môi khác) thành các ion tích điện.

Dựa vào loại ion hình thành trong dung dịch, chất điện phân được phân biệt là chất kiềm (độ dẫn điện là do các ion kim loại và OH-), nước muối và axit (có ion H+ và dư lượng bazơ axit).

Để mô tả một cách định lượng khả năng phân ly của chất điện phân, thông số “mức độ phân ly” đã được đưa ra. Giá trị này phản ánh tỷ lệ phần trăm các phân tử đã trải qua quá trình phân rã. Nó phụ thuộc vào:
bản thân chất đó;
dung môi;
nồng độ chất;
nhiệt độ.

Chất điện giải được chia thành mạnh và yếu. Thuốc thử hòa tan càng tốt (phân hủy thành các ion), chất điện phân càng mạnh thì dẫn điện càng tốt. Chất điện ly mạnh bao gồm kiềm, axit mạnh và muối hòa tan.

Đối với chất điện phân được sử dụng trong pin, một thông số như mật độ rất quan trọng. Điều kiện hoạt động của pin, dung lượng và tuổi thọ của pin phụ thuộc vào nó. Mật độ được xác định bằng tỷ trọng kế.

Những lưu ý khi làm việc với chất điện giải

Các chất điện phân phổ biến nhất là dung dịch axit sulfuric đậm đặc và kiềm - thường là kali, natri và lithium hydroxit. Tất cả đều gây bỏng hóa chất ở da và niêm mạc, bỏng mắt rất nguy hiểm. Đó là lý do tại sao mọi công việc với chất điện giải như vậy phải được thực hiện trong phòng riêng biệt, thông thoáng, sử dụng các thiết bị bảo hộ: quần áo, khẩu trang, kính bảo hộ, găng tay cao su.
Nên để một bộ sơ cứu với một bộ chất trung hòa và một vòi nước gần phòng nơi thực hiện công việc với chất điện giải.
Vết bỏng axit được trung hòa bằng dung dịch soda (1 muỗng cà phê cho mỗi 1 cốc nước).
Vết bỏng kiềm được trung hòa bằng dung dịch axit boric (1 muỗng cà phê cho mỗi 1 cốc nước).
Để rửa mắt, dung dịch trung hòa phải yếu gấp đôi.
Những vùng da bị tổn thương trước tiên được rửa sạch bằng chất trung hòa, sau đó bằng xà phòng và nước.
Nếu chất điện phân bị đổ ra ngoài thì thu gom bằng mùn cưa, sau đó rửa sạch bằng chất trung hòa và lau khô.

Khi làm việc với chất điện phân, bạn nên mọi yêu cầu về an toàn. Ví dụ, axit được đổ vào nước (và không phải ngược lại!) không phải bằng tay mà với sự trợ giúp của các thiết bị. Những miếng kiềm rắn được hạ xuống nước không phải bằng tay mà bằng kẹp hoặc thìa. Bạn không thể làm việc trong cùng một phòng với pin có các loại chất điện giải khác nhau và việc cất giữ chúng cùng nhau cũng bị cấm.

Một số công việc đòi hỏi phải “đun sôi” chất điện phân. Điều này giải phóng hydro, một loại khí dễ cháy và nổ. Trong những cơ sở như vậy, phải sử dụng hệ thống dây điện và thiết bị điện chống cháy nổ, hút thuốc và mọi công việc có ngọn lửa trần đều bị cấm.

Bảo quản chất điện giải trong hộp nhựa. Các món ăn và dụng cụ bằng thủy tinh, gốm, sứ đều phù hợp cho công việc.

Trong bài viết tiếp theo chúng tôi sẽ cho bạn biết thêm về các loại và công dụng của chất điện phân.

Chất điện giải là chất hóa học đã được biết đến từ thời cổ đại. Tuy nhiên, họ đã chinh phục hầu hết các lĩnh vực ứng dụng của mình trong thời gian gần đây. Chúng ta sẽ thảo luận về các lĩnh vực ưu tiên cao nhất của ngành trong việc sử dụng các chất này và tìm hiểu xem chúng là gì cũng như chúng khác nhau như thế nào. Nhưng hãy bắt đầu bằng một chuyến du ngoạn vào lịch sử.

Câu chuyện

Chất điện phân lâu đời nhất được biết đến là muối và axit, được phát hiện ở Thế giới cổ đại. Tuy nhiên, ý tưởng về cấu trúc và tính chất của chất điện phân đã phát triển theo thời gian. Lý thuyết về các quá trình này đã phát triển từ những năm 1880, khi một số khám phá được thực hiện liên quan đến lý thuyết về tính chất của chất điện phân. Một số bước nhảy vọt về chất đã được quan sát thấy trong các lý thuyết mô tả cơ chế tương tác của chất điện phân với nước (xét cho cùng, chỉ trong dung dịch, chúng mới có được các đặc tính do chúng được sử dụng trong công nghiệp).

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét chi tiết một số lý thuyết có ảnh hưởng lớn nhất đến sự phát triển các ý tưởng về chất điện phân và tính chất của chúng. Và hãy bắt đầu với lý thuyết phổ biến và đơn giản nhất mà mỗi chúng ta đã trải qua ở trường.

Lý thuyết phân ly điện phân của Arrhenius

Năm 1887, nhà hóa học người Thụy Điển và Wilhelm Ostwald đã tạo ra lý thuyết về sự phân ly điện phân. Tuy nhiên, ở đây cũng không đơn giản như vậy. Bản thân Arrhenius là người đề xướng cái gọi là lý thuyết vật lý về dung dịch, lý thuyết này không tính đến sự tương tác của các thành phần của một chất với nước và cho rằng các hạt tích điện tự do (ion) tồn tại trong dung dịch. Nhân tiện, chính từ vị trí này mà sự phân ly điện phân được xem xét trong trường học ngày nay.

Hãy nói về những gì lý thuyết này cung cấp và cách nó giải thích cho chúng ta cơ chế tương tác của các chất với nước. Giống như bất kỳ ai khác, cô ấy có một số định đề mà cô ấy sử dụng:

1. Khi tương tác với nước, chất này bị phân hủy thành các ion (dương - cation và âm - anion). Những hạt này trải qua quá trình hydrat hóa: chúng thu hút các phân tử nước, nhân tiện, chúng tích điện dương ở một bên và tích điện âm ở bên kia (tạo thành lưỡng cực), kết quả là chúng được hình thành thành phức hợp nước (hòa tan).

2. Quá trình phân ly có thể đảo ngược - nghĩa là nếu một chất bị phân tách thành các ion, thì dưới tác động của bất kỳ yếu tố nào, nó có thể trở lại dạng ban đầu.

3. Nếu bạn kết nối các điện cực với dung dịch và bật dòng điện, các cation sẽ bắt đầu di chuyển đến điện cực âm - cực âm và các anion đến cực tích điện dương - cực dương. Đó là lý do tại sao các chất hòa tan nhiều trong nước dẫn điện tốt hơn chính nước. Vì lý do tương tự, chúng được gọi là chất điện giải.

4. Chất điện phân đặc trưng cho tỷ lệ phần trăm của một chất đã bị hòa tan. Chỉ số này phụ thuộc vào tính chất của dung môi và chất hòa tan, vào nồng độ của chất sau và nhiệt độ bên ngoài.

Trên thực tế, đây là tất cả các định đề chính của lý thuyết đơn giản này. Chúng tôi sẽ sử dụng chúng trong bài viết này để mô tả những gì xảy ra trong dung dịch điện phân. Chúng ta sẽ xem xét các ví dụ về những mối liên hệ này sau, nhưng bây giờ chúng ta hãy xem xét một lý thuyết khác.

Lý thuyết axit và bazơ của Lewis

Theo lý thuyết về sự phân ly điện phân, axit là chất trong dung dịch có cation hydro và bazơ là hợp chất phân hủy trong dung dịch thành anion hydroxit. Có một giả thuyết khác được đặt theo tên của nhà hóa học nổi tiếng Gilbert Lewis. Nó cho phép chúng ta mở rộng phần nào khái niệm axit và bazơ. Theo lý thuyết của Lewis, axit là các phân tử của một chất có quỹ đạo electron tự do và có khả năng nhận electron từ phân tử khác. Có thể dễ dàng đoán rằng bazơ sẽ là các hạt có khả năng nhường một hoặc nhiều electron của chúng cho việc “sử dụng” axit. Điều rất thú vị ở đây là không chỉ chất điện phân mà bất kỳ chất nào, thậm chí không tan trong nước, đều có thể là axit hoặc bazơ.

Lý thuyết phân giải nguyên sinh Brendsted-Lowry

Năm 1923, độc lập với nhau, hai nhà khoa học - J. Brønsted và T. Lowry - đã đề xuất một lý thuyết mà ngày nay các nhà khoa học tích cực sử dụng để mô tả các quá trình hóa học. Bản chất của lý thuyết này là ý nghĩa của sự phân ly bắt nguồn từ việc chuyển một proton từ axit sang bazơ. Vì vậy, chất sau ở đây được hiểu là chất nhận proton. Sau đó axit là nhà tài trợ của họ. Lý thuyết này cũng giải thích rõ ràng sự tồn tại của các chất có tính chất của cả axit và bazơ. Các hợp chất như vậy được gọi là lưỡng tính. Trong lý thuyết Bronsted-Lowry, thuật ngữ ampholyte cũng được sử dụng cho chúng, trong khi axit hoặc bazơ thường được gọi là protolyte.

Chúng ta đến phần tiếp theo của bài viết. Ở đây chúng tôi sẽ cho bạn biết các chất điện ly mạnh và yếu khác nhau như thế nào và thảo luận về ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến tính chất của chúng. Và sau đó chúng ta sẽ bắt đầu mô tả ứng dụng thực tế của chúng.

Chất điện ly mạnh và yếu

Mỗi chất tương tác với nước riêng lẻ. Một số hòa tan tốt trong đó (ví dụ: muối ăn), trong khi một số khác hoàn toàn không hòa tan (ví dụ: phấn). Vì vậy, tất cả các chất được chia thành chất điện ly mạnh và yếu. Loại thứ hai là những chất tương tác kém với nước và lắng xuống đáy dung dịch. Điều này có nghĩa là chúng có mức độ phân ly rất thấp và năng lượng liên kết cao, không cho phép phân tử phân hủy thành các ion cấu thành trong điều kiện bình thường. Sự phân ly của chất điện ly yếu xảy ra rất chậm hoặc khi nhiệt độ và nồng độ của chất này trong dung dịch tăng lên.

Hãy nói về chất điện ly mạnh. Chúng bao gồm tất cả các muối hòa tan, cũng như axit và kiềm mạnh. Chúng dễ dàng phân hủy thành các ion và rất khó thu thập thành kết tủa. Nhân tiện, dòng điện trong chất điện phân được thực hiện chính xác nhờ các ion có trong dung dịch. Vì vậy, chất điện ly mạnh dẫn dòng điện tốt nhất. Ví dụ về các chất sau: axit mạnh, kiềm, muối hòa tan.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của chất điện phân

Bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu những thay đổi của môi trường bên ngoài ảnh hưởng như thế nào. Nồng độ ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ phân ly của chất điện phân. Hơn nữa, mối quan hệ này có thể được thể hiện bằng toán học. Định luật mô tả mối quan hệ này gọi là định luật pha loãng Ostwald và được viết như sau: a = (K/c) 1/2. Ở đây a là mức độ phân ly (tính theo phân số), K là hằng số phân ly, khác nhau đối với mỗi chất và c là nồng độ chất điện phân trong dung dịch. Sử dụng công thức này, bạn có thể tìm hiểu nhiều điều về một chất và hành vi của nó trong dung dịch.

Nhưng chúng ta đã đi chệch khỏi chủ đề. Ngoài nồng độ, mức độ phân ly còn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của chất điện phân. Đối với hầu hết các chất, việc tăng nó sẽ làm tăng độ hòa tan và hoạt động hóa học. Đây chính xác là điều có thể giải thích sự xuất hiện của một số phản ứng chỉ ở nhiệt độ cao. Trong điều kiện bình thường, chúng chuyển động rất chậm hoặc theo cả hai hướng (quá trình này được gọi là thuận nghịch).

Chúng tôi đã phân tích các yếu tố quyết định hoạt động của một hệ thống, chẳng hạn như dung dịch điện phân. Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang ứng dụng thực tế của những hóa chất rất quan trọng này.

sử dụng công nghiệp

Tất nhiên, mọi người đều đã từng nghe đến từ “chất điện phân” liên quan đến pin. Ô tô sử dụng ắc quy axit chì, chất điện phân trong đó có 40% axit sunfuric. Để hiểu tại sao chất này lại cần thiết ở đó, cần phải hiểu các tính năng hoạt động của pin.

Vậy nguyên lý hoạt động của loại pin nào là gì? Chúng trải qua một phản ứng thuận nghịch là chuyển đổi chất này thành chất khác, do đó các electron được giải phóng. Khi sạc pin, sẽ xảy ra sự tương tác giữa các chất không xảy ra trong điều kiện bình thường. Điều này có thể được coi là sự tích tụ điện trong một chất do phản ứng hóa học. Trong quá trình phóng điện, quá trình biến đổi ngược bắt đầu, đưa hệ thống về trạng thái ban đầu. Hai quá trình này cùng nhau tạo thành một chu kỳ phóng điện.

Chúng ta hãy xem quy trình trên bằng một ví dụ cụ thể - pin axit chì. Như bạn có thể đoán, nguồn hiện tại này bao gồm một nguyên tố có chứa chì (cũng như chì dioxide PbO 2) và axit. Bất kỳ loại pin nào cũng bao gồm các điện cực và khoảng trống giữa chúng chứa đầy chất điện phân. Về sau, như chúng tôi đã phát hiện ra, trong ví dụ của chúng tôi, chúng tôi sử dụng axit sulfuric với nồng độ 40%. Cực âm của pin như vậy được làm bằng chì dioxide và cực dương bao gồm chì nguyên chất. Tất cả điều này là do các phản ứng thuận nghịch khác nhau diễn ra ở hai điện cực này với sự tham gia của các ion mà axit đã phân ly:

1. PbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e - = PbSO 4 + 2H 2 O (phản ứng xảy ra ở cực âm - catot).
2. Pb + SO 4 2- - 2e - = PbSO 4 (Phản ứng xảy ra ở cực dương - anot).

Nếu đọc phản ứng từ trái sang phải, chúng ta sẽ nhận được các quá trình xảy ra khi xả pin và nếu từ phải sang trái, chúng ta sẽ nhận được các quá trình xảy ra khi pin được sạc. Trong mỗi phản ứng này, các phản ứng này khác nhau, nhưng cơ chế xảy ra của chúng thường được mô tả theo cùng một cách: hai quá trình xảy ra, trong đó một trong số đó là các electron bị “hấp thụ”, và mặt khác, ngược lại, chúng “ bỏ đi”. Điều quan trọng nhất là số electron được hấp thụ bằng số electron được giải phóng.

Trên thực tế, ngoài pin, chất này còn có rất nhiều ứng dụng. Nói chung, các chất điện giải mà chúng tôi đã đưa ra ví dụ chỉ là một phần nhỏ của nhiều loại chất được thống nhất dưới thuật ngữ này. Họ vây quanh chúng tôi ở mọi nơi, mọi nơi. Ví dụ ở đây là cơ thể con người. Bạn có nghĩ rằng những chất này không có ở đó? Bạn đang rất sai lầm. Chúng được tìm thấy ở mọi nơi trong cơ thể chúng ta và lượng lớn nhất được tạo thành từ các chất điện giải trong máu. Ví dụ, chúng bao gồm các ion sắt, là một phần của huyết sắc tố và giúp vận chuyển oxy đến các mô của cơ thể chúng ta. Chất điện giải trong máu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh cân bằng nước-muối và chức năng tim. Chức năng này được thực hiện bởi các ion kali và natri (thậm chí còn có một quá trình xảy ra trong tế bào gọi là bơm kali-natri).

Bất kỳ chất nào bạn có thể hòa tan dù chỉ một chút đều là chất điện giải. Và không có ngành công nghiệp hay cuộc sống nào của chúng ta mà chúng không được sử dụng. Nó không chỉ là pin xe hơi và pin. Đó là bất kỳ hoạt động sản xuất hóa chất và thực phẩm, nhà máy quân sự, nhà máy quần áo, v.v.

Nhân tiện, thành phần của chất điện phân rất khác nhau. Vì vậy, chất điện phân có tính axit và kiềm có thể được phân biệt. Về cơ bản, chúng khác nhau về tính chất: như chúng ta đã nói, axit là chất cho proton và chất kiềm là chất nhận. Nhưng theo thời gian, thành phần của chất điện phân thay đổi do mất đi một phần chất; nồng độ giảm hoặc tăng (tất cả phụ thuộc vào lượng bị mất, nước hay chất điện phân).

Chúng ta bắt gặp chúng hàng ngày, nhưng ít người biết chính xác định nghĩa của thuật ngữ như chất điện giải. Chúng ta đã xem xét các ví dụ về các chất cụ thể, vì vậy hãy chuyển sang các khái niệm phức tạp hơn một chút.

Tính chất vật lý của chất điện phân

Bây giờ về vật lý. Điều quan trọng nhất cần hiểu khi nghiên cứu chủ đề này là dòng điện được truyền trong chất điện phân như thế nào. Các ion đóng vai trò quyết định trong việc này. Những hạt tích điện này có thể truyền điện tích từ phần này sang phần khác của dung dịch. Do đó, các anion luôn hướng về điện cực dương và cation luôn hướng về điện cực âm. Do đó, bằng cách tác động lên dung dịch bằng dòng điện, chúng ta tách các điện tích ở các phía khác nhau của hệ.

Một đặc tính vật lý rất thú vị là mật độ. Nhiều tính chất của các hợp chất mà chúng ta đang thảo luận phụ thuộc vào nó. Và câu hỏi thường được đặt ra: “Làm thế nào để tăng mật độ của chất điện phân?” Trên thực tế, câu trả lời rất đơn giản: cần giảm hàm lượng nước trong dung dịch. Vì mật độ của chất điện phân được xác định phần lớn nên nó phụ thuộc phần lớn vào nồng độ của chất điện phân. Có hai cách để đạt được kế hoạch của bạn. Cách đầu tiên khá đơn giản: đun sôi chất điện phân có trong pin. Để làm điều này, bạn cần sạc nó để nhiệt độ bên trong tăng lên chỉ trên một trăm độ C. Nếu phương pháp này không giúp ích gì, đừng lo lắng, vẫn có một cách khác: chỉ cần thay chất điện phân cũ bằng chất điện phân mới. Để thực hiện, bạn cần xả hết dung dịch cũ, làm sạch bên trong axit sunfuric dư bằng nước cất, sau đó đổ phần mới vào. Theo quy định, dung dịch điện phân chất lượng cao sẽ có ngay nồng độ mong muốn. Sau khi thay thế, bạn có thể quên mất cách tăng mật độ chất điện phân trong một thời gian dài.

Thành phần của chất điện phân quyết định phần lớn tính chất của nó. Ví dụ, các đặc điểm như độ dẫn điện và mật độ phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của chất tan và nồng độ của nó. Có một câu hỏi riêng về lượng chất điện phân có thể chứa trong pin. Trên thực tế, khối lượng của nó liên quan trực tiếp đến công suất được công bố của sản phẩm. Càng nhiều axit sulfuric bên trong pin thì pin càng mạnh, tức là nó có thể tạo ra nhiều điện áp hơn.

Điều này sẽ hữu ích ở đâu?

Nếu bạn là người đam mê ô tô hoặc chỉ quan tâm đến ô tô thì bản thân bạn cũng hiểu rõ mọi chuyện. Chắc chắn bây giờ bạn còn biết cách xác định lượng chất điện phân trong pin. Và nếu bạn ở xa ô tô, thì kiến ​​thức về tính chất của các chất này, công dụng của chúng và cách chúng tương tác với nhau sẽ không thừa. Biết được điều này, bạn sẽ không còn bối rối nếu được yêu cầu cho biết chất điện phân trong pin là gì. Mặc dù vậy, ngay cả khi bạn không phải là người đam mê ô tô nhưng bạn có một chiếc ô tô thì kiến ​​thức về cấu tạo của ắc quy sẽ không thừa và sẽ giúp ích cho bạn trong việc sửa chữa. Việc tự làm mọi thứ sẽ dễ dàng và rẻ hơn nhiều so với việc đến trung tâm ô tô.

Và để nghiên cứu tốt hơn chủ đề này, chúng tôi khuyên bạn nên đọc sách giáo khoa hóa học dành cho trường phổ thông và đại học. Nếu bạn hiểu rõ về khoa học này và đã đọc đủ sách giáo khoa, lựa chọn tốt nhất sẽ là “Nguồn dòng hóa chất” của Varypaev. Toàn bộ lý thuyết hoạt động của pin, các loại pin khác nhau và pin hydro đều được trình bày chi tiết ở đó.

Phần kết luận

Chúng ta đã đi đến hồi kết. Hãy tóm tắt. Ở trên, chúng ta đã thảo luận mọi thứ liên quan đến khái niệm như chất điện phân: ví dụ, lý thuyết về cấu trúc và tính chất, chức năng và ứng dụng. Một lần nữa, điều đáng nói là những hợp chất này tạo thành một phần cuộc sống của chúng ta, nếu không có nó thì cơ thể chúng ta và mọi lĩnh vực công nghiệp không thể tồn tại. Bạn có nhớ về chất điện giải trong máu không? Nhờ họ mà chúng ta sống được. Còn xe của chúng tôi thì sao? Với kiến ​​thức này, chúng ta có thể khắc phục mọi sự cố liên quan đến pin, vì giờ đây chúng ta đã hiểu cách tăng mật độ chất điện phân trong pin.

Không thể kể hết mọi chuyện và chúng tôi cũng không đặt mục tiêu như vậy. Rốt cuộc, đây không phải là tất cả những gì có thể nói về những chất tuyệt vời này.