Elektroliti: primeri. Sestava in lastnosti elektrolitov. Močni in šibki elektroliti

Elektroliti kot kemikalije so znani že od antičnih časov. Vendar pa je večina področij njihove uporabe pridobila relativno nedavno. Razpravljali bomo o najbolj prednostnih področjih za uporabo teh snovi v industriji in razumeli, kaj slednji predstavljata in kako se med seboj razlikujejo. Toda začnimo z ogledom zgodovine.

Zgodovina

Najstarejši znani elektroliti so soli in kisline, odkrite v starodavnem svetu. Vendar pa so se zamisli o strukturi in lastnostih elektrolitov razvijale s časom. Teorije teh procesov so se razvile, z začetkom v 1880-ih, ko so bila izvedena številna odkritja, povezana s teorijami lastnosti elektrolita. V teoriji so opisane več kvalitativnih skokov, ki opisujejo mehanizme medsebojnega vplivanja elektrolita z vodo (dejansko le pri rešitvi pridobijo tiste lastnosti, ki jih uporabljajo v industriji).

Zdaj bomo podrobno razpravljali o več teorijah, ki so imele največji vpliv na razvoj idej o elektrolitih in njihovih lastnostih. In začeti z najpogostejšo in preprosto teorijo, da je vsak od nas šel na šolo.

Teorija elektrolitske disociacije Arrenius

leta 1887 je švedski kemik Svante Arrenius in Rusko-nemški kemik Wilhelm Ostwald je ustvaril teorijo elektrolitske disociacije. Toda tudi tukaj ni tako preprosto. Arrenius sam je bil zagovornik tako imenovane fizične teorije rešitev, ki ni upošteval interakcije sestavnih snovi z vodo in je trdil, da so v raztopini prosti nabiti delci (ioni). Mimogrede, s takih stališč se danes obravnava elektrolitska disociacija v šoli.

Govorimo še o tem, kaj ta teorija daje in kako razlaga mehanizem medsebojnega vplivanja snovi z vodo. Kot vsaka druga, ima več postulatov, ki jih uporablja:

1. Pri interakciji z vodo se snov razkroja v ione (pozitivni kation in negativni - anion). Ti delci so podvržemo hidracijo privlačijo vodne molekule, ki, mimogrede, se zaračunavajo po eni strani pozitivno, na drugi - negativni (dipol tvorjen), da se tvori v vodnih kompleksov (solvate).

2. Proces disociacije je reverzibilen - to je, če je snov prelomila v ione, nato pod vplivom nekaterih dejavnikov se lahko ponovno preide v začetno.

3. Če priključite elektrode na raztopino in zaženete tok, se kationi začnejo premikati na negativno elektrodo - katodo in anione na pozitivno napolnjene - anodo. Zato snovi, ki so zelo topne v vodi, vodijo električni tok bolje kot voda. Iz istega razloga so jih imenovali elektroliti.

4. Stopnja disociacije Elektrolit označuje odstotek snovi, ki je bila raztopljena. Ta indikator je odvisen od lastnosti topila in najbolj raztopljene snovi, koncentracije slednjega in zunanje temperature.

Tukaj v resnici in vsi osnovni postulati te preproste teorije. V tem članku bodo opisani, kaj se zgodi v raztopini elektrolita. Primeri teh spojin bodo obravnavani kasneje, zdaj pa bomo preučili še eno teorijo.

Teorija kislin in baz Lewisa

Glede na teorijo elektrolitske disociacije je kislina snov, v kateri je raztopina vodikov kation, in baza je spojina, ki se razgradi v raztopino hidroksida in aniona. Obstaja še ena teorija, imenovana po znanem kemiku Gilbertju Lewisu. Omogoča nam nekoliko razširiti koncept kisline in baze. Po teoriji Lewisa, kisline - to so ioni ali molekule snovi, ki imajo proste elektronske orbitale in so sposobne vzeti elektron iz druge molekule. To je težko uganiti, da bodo osnove tisti delci, ki lahko dajo enega ali več svojih elektronov k "uporabi" kisline. Tukaj je zelo zanimivo, da je kislina ali osnova ne samo elektrolit, ampak vsaka snov, tudi netopna v vodi.

Prototipska teorija podjetja Brandsted-Lowry

Leta 1923 sta neodvisna drug od drugega dva znanstvenika - J. Brønsted in T. Lowry - predlagala teorijo, ki jo znanstveniki aktivno uporabljajo za opis kemičnih procesov. Bistvo te teorije je, da se pomen disociacije zmanjša na prenos protonov iz kisline v bazo. Tako se slednji tukaj razume kot sprejemnik protonov. Potem je kislina njihova donatorka. Teorija tudi dobro razloži obstoj snovi, ki kažejo lastnosti in kisline in baze. Take spojine imenujemo amfoterne. V teoriji Bronsted-Lowry se za njimi uporablja tudi amfolite, kisline ali baze pa se običajno imenujejo protoliti.

Prišli smo na naslednji del članka. Tukaj opisujemo, kako se različni močni in šibki elektroliti razlikujejo drug od drugega in razpravljajo o vplivu zunanjih dejavnikov na njihove lastnosti. In potem bomo začeli opisovati njihovo praktično uporabo.

Močni in šibki elektroliti

Vsaka snov interagrira z vodo posamično. Nekateri se dobro raztopijo (na primer, namizna sol), nekateri pa se sploh ne raztopijo (na primer kreda). Tako so vse snovi razdeljene v močne in šibke elektrolite. Slednje so snovi, ki slabo sodelujejo z vodo in se usedejo na dnu raztopine. To pomeni, da imajo zelo nizko stopnjo disociacije in visoko vezavno energijo, ki ne dovoljuje, da se molekula v normalnih pogojih razgrajuje v svoje sestavne ione. Disociacija šibkih elektrolitov se pojavi zelo počasi ali s povečanjem temperature in koncentracije te snovi v raztopini.

Govorimo o močnih elektrolitih. Te vključujejo vse topne soli, kot tudi močne kisline in alkalije. Z lahkoto se razpadejo v ione in jih je zelo težko zbrati v oborini. Mimogrede, tok v elektrolitu poteka natančno z ioni, ki jih vsebuje raztopina. Zato najboljši elektrolit vodi tok. Primeri slednjih: močne kisline, alkalije, topne soli.

Dejavniki, ki vplivajo na obnašanje elektrolitov

Zdaj pa poglejmo, kako vpliva na spremembo zunanje situacije lastnosti snovi. Koncentracija neposredno vpliva na stopnjo disociacije elektrolita. Poleg tega se lahko to razmerje izrazi matematično. Zakon, ki opisuje to povezavo, se imenuje Ostwaldov zakon o redčenju in je napisan takole: a = (K / c)^1/2. Tu je a stopnja disociacije (odvzeta v frakcijah), K je disociacijska konstanta, različna za vsako snov, in c je koncentracija elektrolita v raztopini. V skladu s to formulo se lahko veliko naučimo o snovi in ​​njenem vedenju v raztopini.

Ampak zavrgli smo iz teme. Poleg koncentracije na stopnjo disociacije vpliva tudi temperatura elektrolita. Za večino snovi povečuje povečanje topnosti in kemične aktivnosti. To lahko razloži potek nekaterih reakcij samo pri povišani temperaturi. V normalnih pogojih gre zelo počasi ali v obe smeri (ta proces se imenuje reverzibilen).

Analizirali smo dejavnike, ki določajo obnašanje takega sistema kot raztopine elektrolitov. Zdaj se obračamo na praktično uporabo teh, brez dvoma, zelo pomembnih kemikalij.

Industrijska uporaba

Seveda so vsi slišali besedo "elektrolit", ki se uporablja za baterije. Avtomobil uporablja svinčeve akumulatorje, vlogo elektrolita, v katerem opravlja 40-odstotno žveplovo kislino. Da bi razumeli, zakaj je ta snov potrebna, je treba razumeti značilnosti akumulatorja.

Torej, kaj je načelo katere koli baterije? V njih poteka reverzibilna reakcija preoblikovanja ene snovi v drugo, zaradi česar se sproščajo elektroni. Ko je baterija napolnjena, pride do medsebojnega delovanja snovi, ki v normalnih pogojih niso pridobljene. To se lahko predstavlja kot kopičenje električne energije v snovi kot posledica kemične reakcije. Ko se začne s praznjenjem, se začne obratno preoblikovanje, ki vodi sistem v začetno stanje. Ti dve procesi skupaj tvorita en cikel polnjenja in praznjenja.

Upoštevajte zgornji postopek na določenem primeru - svinčeno-kislinsko baterijo. Kot lahko verjetno, ta trenutni vir sestoji iz elementa, ki vsebuje svinec (kot tudi svinčev dioksid PbO₂) in kisline. Vse baterije so sestavljene iz elektrod in prostora med njimi, napolnjene samo z elektrolitom. Kot zadnji, kot smo že pojasnili, se v našem primeru uporablja žveplova kislina s koncentracijo 40 odstotkov. Katodna taka baterija je izdelana iz svinčevega dioksida, anoda pa iz čistega svinca. Vse to je zato, ker na teh dveh elektrodah obstajajo različne reverzibilne reakcije, ki vključujejo ione, na katere se kislina razdeli:

1. PbO₂ + Tako₄^2-+ 4H⁺ + 2e^- = PbSO₄ + 2H₂O (reakcija na negativni elektrodi-katodi).
2. Pb + SO₄^2- - 2e^- = PbSO₄ (Reakcija, ki teče na pozitivno elektrodo-anodo).

Če preberemo reakcije od leve proti desni, dobimo procese, ki se odvijajo, ko je baterija prazna, in če od levega na desno - med polnjenjem. V vsakem kemični vir toka te reakcije so drugačne, toda mehanizem njihovega pretoka je na splošno opisan na enak način: pojavijo se dva procesa, pri katerih se elektroni absorbirajo, v drugi pa "pridejo ven". Najpomembnejše je, da je število absorbiranih elektronov enako številu sproščenih elektronov.

Pravzaprav, poleg baterij, je veliko teh snovi. Na splošno so elektroliti, primeri, ki smo jih navedli, le zrnci različnih snovi, ki so združeni v tem terminu. Obkrožajo nas povsod, povsod. Tukaj je na primer človeško telo. Mislite, da te snovi niso tam? Zelo narobe. Povsod so v nas, največje število pa je sestavljeno iz elektrolitov krvi. Ti vključujejo, na primer, ione železa, ki so del hemoglobina in pomagajo prenašati kisik v tkiva našega telesa. Elektroliti krvi imajo ključno vlogo pri uravnavanju ravnovesja vode in soli ter dela srca. To funkcijo opravljajo kalijevi in ​​natrijev ioni (obstaja celo proces, ki poteka v celicah, kar imenujemo kalijeva natrijev črpalka).

Vse snovi, ki jih lahko raztopite vsaj malo - elektroliti. In ne obstaja takšna industrijska panoga in naše življenje s tabo, kjerkoli se uporabljajo. To niso samo baterije v avtomobilih in baterijah. To je vsaka kemična in živilska proizvodnja, vojaške tovarne, oblačilne tovarne in tako naprej.

Sestava elektrolita, mimogrede, je drugačna. Tako je mogoče izolirati kislinski in alkalni elektrolit. V bistvu se razlikujejo po svojih lastnostih: kot smo že povedali, so kisline donatorji protona in alkalije - akceptorji. Toda s časom, ko se sestava elektrolita spremeni zaradi izgube dela snovi, se koncentracija zmanjša ali poveča (vse je odvisno od izgube, vode ali elektrolita).

Vsak dan se soočamo z njimi, vendar zelo malo ljudi natančno pozna opredelitev izraza, kot so elektroliti. Primeri specifičnih snovi, smo razstavili, zato pojdimo na nekoliko bolj zapletene koncepte.

Fizične lastnosti elektrolitov

Zdaj o fiziki. Najpomembnejša stvar pri razumevanju te teme je, kako se tok prenese v elektrolite. Odločilno vlogo pri tem igrajo ioni. Ti nabiti delci lahko prenesejo en del raztopine v drugega. Tako se anioni vedno nagibajo k pozitivni elektrodi in kationov na negativno elektrodo. Tako delujejo na raztopino z električnim tokom, ki jih razdelimo na različne strani sistema.

Zelo zanimiva je fizična značilnost, kot je gostota. Veliko lastnosti spojin, o katerih razpravljamo, so odvisne od tega. In pogosto se pojavlja vprašanje: "Kako povečati gostoto elektrolita?" Dejansko je odgovor preprost: zmanjšati morate vsebnost vode v raztopini. Ker je gostota elektrolita večinoma določena gostota žveplove kisline, potem je večinoma odvisna od koncentracije slednje. Obstajata dva načina, kako to doseči. Prvi je precej preprost: kuhajte elektrolit v bateriji. Če želite to narediti, ga morate napolniti tako, da se notranja temperatura dvigne nekoliko nad sto stopinj Celzija. Če ta metoda ne pomaga, ne skrbite, obstaja še eno: preprosto zamenjajte stare elektrolite z novim. Če želite to narediti, odcedite staro raztopino, očistite notranjost ostankov žveplove kisline z destilirano vodo in nato nalijte nov del. Praviloma je kvalitativno elektrolitne raztopine takoj imajo želeno vrednost koncentracije. Po zamenjavi lahko pozabite na to, kako dolgo časa povečati gostoto elektrolita.

Sestava elektrolita v veliki meri določa njegove lastnosti. Take značilnosti, kot so električna prevodnost in gostota, so močno odvisne od narave raztopljene snovi in ​​njegove koncentracije. Obstaja ločeno vprašanje o tem, koliko elektrolita je v bateriji. Dejansko je njena količina neposredno povezana z deklarirano zmogljivostjo izdelka. Več žveplove kisline znotraj baterije, toliko močnejše je, večja je napetost, ki jo lahko daje.

Kje je koristno?

Če ste avtomobilski navdušenec ali samo ljubite avtomobile, potem vse razumete sami. Gotovo veste, kako ugotoviti, koliko elektrolita je zdaj v bateriji. In če ste daleč od avtomobilov, potem poznavanje lastnosti teh snovi, njihovih aplikacij in njihove medsebojne interakcije ne bodo odveč. Če veste, ne boste izgubili, če boste vprašali, kateri elektrolit je v bateriji. Čeprav, tudi če niste navdušeni nad avtomobilom, vendar imate avto, poznavanje akumulatorske naprave ne bo odveč in vam bo pomagalo pri popravilu. Veliko lažje in ceneje bo storiti vse, kar ste sami, namesto da bi šli v avtomobilski center.

Za boljšo študijo te teme priporočamo branje kemijskega učbenika za šole in univerze. Če dobro poznate to znanost in ste prebrali dovolj učbenikov, bo najboljša možnost "Kemični viri trenutnega" Varypaeva. Podrobno je opisana celotna teorija delovanja akumulatorjev, različnih baterij in vodikovih elementov.

Zaključek

Končali smo. Povejmo. Zgoraj smo razstavili vse, kar je povezano s takim konceptom kot elektroliti: primeri, teorija strukture in lastnosti, funkcije in aplikacije. Še enkrat je vredno povedati, da so te spojine del našega življenja, brez katerega naša telesa in vse sfere industrije ne bi mogle obstajati. Ali se spominjate elektrolitov v krvi? Zahvaljujoč njih živimo. Kaj pa naši stroji? S pomočjo tega znanja lahko odpravimo kakršnekoli težave, povezane z baterijo, saj zdaj razumemo, kako povečati gostoto elektrolita v njej.

Vse ni mogoče povedati in tega cilja nismo postavili. Konec koncev, to ni vse, kar je mogoče povedati o teh neverjetnih snoveh.