Kas yra elektrolitas

Medžiagos, kuriose elektros srovė atsiranda dėl jonų judėjimo, t.y. joninis laidumasvadinami elektrolitais. Elektrolitai priklauso antrojo tipo laidininkams, nes srovė juose yra susijusi su cheminiais procesais, o ne tik su elektronų judėjimu, kaip metaluose.

Šių medžiagų molekulės tirpale gali elektrolitiškai disociuotis, tai yra, ištirpusios suyra į teigiamo krūvio (katijonus) ir neigiamo krūvio (anijonus) jonus. Gamtoje galima rasti kietų elektrolitų, jonų lydalų ir elektrolitų tirpalų. Priklausomai nuo tirpiklio tipo, elektrolitai yra vandeniniai ir nevandeniniai, taip pat specialus tipas – polielektrolitai.

Priklausomai nuo jonų, į kuriuos medžiaga skyla ištirpusi vandenyje, tipo elektrolitai be H + ir OH- jonų (druskos elektrolitai), elektrolitai su H + jonų gausa (rūgštys) ir elektrolitai, kuriuose vyrauja OH- jonai ( bazę) galima izoliuoti.

Jeigu elektrolito molekulėms disociuojant susidaro vienodas teigiamų ir neigiamų jonų skaičius, toks elektrolitas vadinamas simetrišku.Arba asimetrinė, jei teigiamų ir neigiamų jonų skaičius tirpale nėra vienodas. Simetrinių elektrolitų pavyzdžiai – KCl – 1,1-valentinis elektrolitas ir CaSO4 – 2,2-valentinis elektrolitas. Asimetrinio elektrolito atstovas yra, pavyzdžiui, H2TAKA4 – 1,2-valentinis elektrolitas.

Visi elektrolitai gali būti grubiai skirstomi į stipriuosius ir silpnuosius, atsižvelgiant į jų gebėjimą atsiskirti. Stiprūs elektrolitai praskiestuose tirpaluose beveik visiškai suyra į jonus. Tai apima daugybę neorganinių druskų, kai kurias rūgštis ir bazes vandeniniuose tirpaluose arba tirpiklius, turinčius didelę disociacijos galią, pavyzdžiui, alkoholius, ketonus ar amidus.

Silpni elektrolitai tik iš dalies suskaidomi ir yra dinaminėje pusiausvyroje su nedisocijuotomis molekulėmis. Tai apima daugybę organinių rūgščių ir daug bazių tirpikliuose.

Disociacijos laipsnis priklauso nuo kelių veiksnių: temperatūros, koncentracijos ir tirpiklio tipo. Taigi, tas pats elektrolitas skirtingose ​​temperatūrose arba toje pačioje temperatūroje, bet skirtinguose tirpikliuose, bus disocijuotas skirtingais laipsniais.

Kadangi elektrolitinės disociacijos metu tirpale susidaro daugiau dalelių, tai lemia reikšmingus elektrolitų ir įvairių tipų medžiagų tirpalų fizikinių savybių skirtumus: didėja osmosinis slėgis, pakinta užšalimo temperatūra, atsižvelgiant į tirpiklio grynumą. ir kiti.

Elektrolitų jonai dažnai dalyvauja elektrocheminiuose procesuose ir cheminėse reakcijose kaip savarankiški kinetiniai vienetai, nepriklausomi nuo kitų tirpale esančių jonų: ant elektrolito panardintų elektrodų, srovei einant per elektrolitą, vyksta oksidacijos-redukcijos reakcijos, susidarantys produktai. kurie dedami į elektrolito kompoziciją .

Taigi, elektrolitai yra sudėtingos medžiagų sistemos, apimančios jonus, tirpiklių molekules, nedisocijuotas tirpių medžiagų molekules, jonų poras ir didesnius junginius. Todėl elektrolitų savybes lemia daugybė veiksnių: jonų-molekulių ir jonų-jonų sąveikos pobūdis, tirpiklio struktūros pokyčiai esant ištirpusioms dalelėms ir kt.

Polinių elektrolitų jonai ir molekulės labai aktyviai sąveikauja tarpusavyje, todėl susidaro solvatacijos struktūros, kurių vaidmuo tampa reikšmingesnis mažėjant jonų dydžiui ir padidėjus jų valentams. Solvatacijos energija yra elektrolitų jonų sąveikos su tirpiklio molekulėmis matas.

Elektrolitai, priklausomai nuo jų koncentracijos, yra: praskiesti tirpalai, trumpalaikiai ir koncentruoti. Atskiestų tirpalų struktūra yra panaši į gryną tirpiklį, tačiau esantys jonai savo įtaka suardo šią struktūrą. Tokie silpni stiprių elektrolitų tirpalai nuo idealių tirpalų skiriasi savybėmis dėl elektrostatinės jonų sąveikos.

Koncentracijos pereinamajam regionui būdingas reikšmingas tirpiklio struktūros pokytis dėl jonų įtakos.Esant dar didesnei koncentracijai, dauguma tirpiklių molekulių dalyvauja solvatacijos struktūrose su jonais, todėl susidaro tirpiklio deficitas.

Koncentruoto tirpalo struktūra yra artima joniniam lydalui arba kristaliniam solvatui, kuriam būdinga aukšta joninių struktūrų tvarka ir vienodumas. Šios joninės struktūros jungiasi viena su kita ir su vandens molekulėmis per sudėtingą sąveiką.

Elektrolitams būdingos aukštos ir žemos temperatūros jų savybių sritys, taip pat aukšto ir normalaus slėgio sritys. Didėjant slėgiui arba temperatūrai, tirpiklio molinė tvarka mažėja, o asociatyvinio ir soliacinio poveikio įtaka tirpalo savybėms silpnėja. O kai temperatūra nukrenta žemiau lydymosi temperatūros, kai kurie elektrolitai pereina į stiklinę būseną. Tokio elektrolito pavyzdys yra vandeninis LiCl tirpalas.

Šiandien elektrolitai atlieka ypač svarbų vaidmenį technologijų ir biologijos pasaulyje. Biologiniuose procesuose elektrolitai veikia kaip neorganinės ir organinės sintezės terpė, o technologijoje – kaip elektrocheminės gamybos pagrindas.

Elektrolizė, elektrokatalizė, metalų korozija, elektrokristalizacija – šie reiškiniai užima svarbias vietas daugelyje šiuolaikinių pramonės šakų, ypač energetikos ir aplinkos apsaugos požiūriu.

Taip pat žiūrėkite: Vandenilio gamyba vandens elektrolizės būdu – technologija ir įranga