Electroliți: exemple. Compoziția și proprietățile electroliților. Electroliți puternici și slabi

Electroliții ca chimicale sunt cunoscuți cutimpuri străvechi. Cu toate acestea, majoritatea domeniilor de aplicare au câștigat relativ recent. Vom discuta despre cele mai importante domenii de utilizare a acestor substanțe în industrie și vom înțelege ce reprezintă acestea și cum diferă ele unele de altele. Dar să începem cu un tur al istoriei.

poveste

Cele mai vechi electroliți cunoscuți sunt sărurile șiacizi, descoperite în lumea antică. Cu toate acestea, înțelegerea structurii și proprietăților electroliți au evoluat în timp. Teoria aceste procese au evoluat de la 1880, când a fost făcut o serie de descoperiri, teorii legate de proprietățile electrolitului. Au existat mai multe salturi cuantice în teoriile care descriu mecanismele de interacțiune a electroliților cu apă (de fapt, numai în soluție pe care le obțin proprietățile care fac utilizarea lor în industrie).

Acum vom discuta mai multe teorii în detaliu,care a avut cea mai mare influență asupra dezvoltării ideilor despre electroliți și proprietățile lor. Și începeți cu cea mai comună și mai simplă teorie că fiecare dintre noi a trecut la școală.

Teoria disocierii electrolitice Arrhenius

în 1887 chimistul suedez Svante Arrhenius șiChimistul ruso-german Wilhelm Ostwald a creat teoria disocierii electrolitice. Cu toate acestea, și aici nu este așa de simplu. Arrhenius însuși a fost un susținător al așa-numitei teorii fizice a soluțiilor, care nu ia în considerare interacțiunea substanțelor constituente cu apă și a susținut că în soluție există particule încărcate libere (ioni). Apropo, este de la astfel de poziții că disociația electrolitică în școală este considerată astăzi.

Să vorbim încă despre ce dă această teorie și cum explică mecanismul interacțiunii substanțelor cu apa. Ca orice altcineva, are mai multe postulate pe care le folosește:

1. In contact cu materialul de apă dezintegrează în ioni (pozitiv - și negativ de cationi - anioni). Aceste particule sunt supuse hidratării atrag molecule de apă care, de altfel, se percepe pe de o parte în mod pozitiv și pe de altă parte - negativă (dipol format), pentru a forma în complexe aqua (solvați).

2. Procesul de disociere este reversibil - adică dacă substanța sa destrămat în ioni, atunci sub influența unor factori se poate transforma din nou în cea inițială.

3. Dacă sunteți conectat la electrozii de soluție și pentru a permite curentului, cationii va începe să se deplaseze la electrodul negativ - catod și anioni la încărcat pozitiv - anod. De aceea, substanțele care sunt foarte solubile în apă conduc un curent electric mai bun decât apa în sine. Din același motiv, ei erau numiți electroliți.

4. Gradul de disociere a electrolitului caracterizează procentul substanței care a suferit dizolvarea. Acest indicator depinde de proprietățile solventului și de substanța cea mai dizolvată, de concentrația acestuia din urmă și de temperatura exterioară.

Aici, de fapt, și toate postulatele de bază ale acestui lucruteorie simplă. Acestea vor fi folosite în acest articol pentru a descrie ce se întâmplă în soluția de electroliți. Exemple de astfel de compuși vor fi discutate mai târziu, dar acum vom lua în considerare o altă teorie.

Teoria acizilor și bazelor lui Lewis

Conform teoriei disocierii electrolitice, aciduleste o substanță în soluția căreia există un cation de hidrogen și baza este un compus care se descompune în soluție într-un anion de hidroxid. Există o altă teorie, numită după faimosul chimist Gilbert Lewis. Ne permite să extindem oarecum conceptul de acid și bază. Conform teoriei lui Lewis, acizii sunt ioni sau molecule de materie care au orbitale electronice libere și sunt capabile să ia un electron dintr-o altă moleculă. Este ușor de ghicit că bazele vor fi acele particule care sunt capabile să dea unul sau mai mulți dintre electronii lor pentru "utilizarea" acidului. Este foarte interesant aici faptul că acidul sau baza nu pot fi numai electrolit, ci orice substanță, chiar insolubilă în apă.

Teoria prototipică a lui Brandsted-Lowry

În 1923, independent unul de celălalt, doioamenii de știință - J. Brønsted și T. Lowry - au propus o teorie, care este acum folosită în mod activ de oamenii de știință pentru a descrie procesele chimice. Esența acestei teorii este că sensul disocierii este redus la transferul protonului de la acid la bază. Astfel, acesta din urmă este înțeles aici ca un acceptor de protoni. Atunci acidul este donatorul lor. De asemenea, teoria explică bine existența substanțelor care prezintă proprietăți și acizi și baze. Astfel de compuși sunt numiți amfoterici. În teoria lui Bronsted-Lowry, termenul de amfoliți este de asemenea folosit pentru ei, în timp ce acidul sau bazele sunt denumite în mod obișnuit protolite.

Am ajuns la următoarea parte a articolului. Aici descriem modul în care diferite electroliți puternici și slabi diferă unul de celălalt și discută influența factorilor externi asupra proprietăților lor. Apoi vom începe să descriem aplicarea lor practică.

Electroliți puternici și slabi

Fiecare substanță interacționează cu apaîn mod individual. Unii se dizolvă bine (de exemplu, clorură de sodiu), iar unele nu se dizolva (de exemplu, cretă). Astfel, toate substanțele sunt împărțite în electroliți puternici și slabi. Acestea din urmă sunt substanțe care interacționează slab cu apă și depuse pe fundul soluției. Aceasta înseamnă că ei au un grad foarte redus de disociere și legăturile de mare energie, care permite moleculei să se dezintegreze în ioni componente în condiții normale. Disocierea electroliții slabi apare fie lent, fie prin creșterea temperaturii și concentrației substanței în soluție.

Să vorbim despre electroliți puternici. Acestea includ toate sărurile solubile, precum și acizii și alcalii puternici. Se scade cu ușurință în ioni și este foarte dificil să se colecteze în precipitat. Apropo, curentul în electroliți este realizat tocmai de ionii conținute în soluție. Prin urmare, cel mai bun electrolit conduce curentul. Exemple de acestea din urmă: acizi puternici, alcalii, săruri solubile.

Factorii care afectează comportamentul electroliților

Acum, să vedem modul în care schimbarea în exteriorsituația privind proprietățile substanțelor. Concentrația afectează în mod direct gradul de disociere a electrolitului. Mai mult, această relație poate fi exprimată matematic. Legea care descrie această legătură se numește legea de diluare a lui Ostwald și este scrisă după cum urmează: a = (K / c)^1/2. Aici, a este gradul de disociere (este luat înfracții), K este constanta de disociere, diferită pentru fiecare substanță și c este concentrația de electroliți în soluție. Conform acestei formule, se poate învăța multe despre substanță și comportamentul său în soluție.

Dar ne-am îndepărtat de subiect. În plus față de concentrație, gradul de disociere este de asemenea afectat de temperatura electrolitului. Pentru cele mai multe substanțe, creșterea crește solubilitatea și activitatea chimică. Acest lucru poate explica cursul anumitor reacții numai la temperaturi ridicate. În condiții normale, acestea merg fie foarte încet, fie în ambele direcții (acest proces se numește reversibil).

Am examinat factorii care determină comportarea unui sistem, cum ar fi o soluție de electrolit. Acum vom trece la aplicarea practică a acestora, fără îndoială, substanțe chimice foarte importante.

Utilizare industrială

Desigur, toată lumea a auzit cuvântul "electrolit"aplicată bateriilor. Masina foloseste baterii plumb-acid, rolul de electrolit in care se efectueaza 40% acid sulfuric. Pentru a înțelege de ce este nevoie de această substanță, este necesar să înțelegeți caracteristicile bateriei.

Deci, care este principiul oricărei baterii? În ele are loc o reacție reversibilă a transformării unei substanțe în alta, ca urmare a eliberării electronilor. Când bateria este încărcată, există o interacțiune a substanțelor care nu se obține în condiții normale. Aceasta poate fi reprezentată ca acumularea de energie electrică într-o substanță ca urmare a unei reacții chimice. Când începe descărcarea, începe transformarea inversă, conducând sistemul la starea sa inițială. Aceste două procese împreună constituie un ciclu de încărcare-descărcare.

Luați în considerare procesul de mai sus pe un anumitexemplu - o baterie plumb-acid. Așa cum ați putea ghici, această sursă de curent constă dintr-un element care conține plumb (precum și dioxid de plumb PbO₂) și acizi. Orice baterie este alcătuită din electrozi și spațiul dintre ele, umplut doar cu electrolit. Ca ultimul, așa cum am explicat deja, în exemplul nostru se utilizează acid sulfuric cu o concentrație de 40%. Catodul unei astfel de baterii este realizat din dioxid de plumb, iar anodul constă din plumb pur. Toate acestea se datorează faptului că pe acești doi electrozi există reacții reversibile diferite care implică ioni, la care acidul este disociat:

1. PbO₂ + SO₄^2-+ 4H⁺ + 2e^- = PbSO₄ + 2H₂O (reacția apărută la catodul electrod-negativ).
2. Pb + SO₄^2- - 2e^- = PbSO₄ (Reacție care curge pe anodul electrod pozitiv).

Dacă citim reacțiile de la stânga la dreapta, ajungemprocesele care apar atunci când bateria este descărcată și dacă de la dreapta la stânga - în timpul încărcării. În fiecare sursă chimică de curent, aceste reacții sunt diferite, dar mecanismul fluxului lor este, în general, descris în același mod: apar două procese, la unul dintre care electronii sunt "absorbiți", iar în celălalt, "ieși". Cel mai important lucru este că numărul de electroni absorbiți este egal cu numărul de electroni eliberați.

De fapt, pe lângă baterii, există o masăaplicațiile acestor substanțe. În general, electroliți, ale căror exemple le-am dat, - este doar un bob de varietatea de substanțe care sunt unite sub acest termen. Ne înconjoară peste tot, peste tot. Aici, de exemplu, este corpul uman. Credeți că aceste substanțe nu sunt acolo? Foarte greșit. Ele sunt peste tot în noi, iar cel mai mare număr este alcătuit din electroliți de sânge. Acestea includ, de exemplu, ionii de fier, care fac parte din hemoglobină și ajută oxigenul de transport la țesuturile corpului nostru. Electroliții din sânge joacă, de asemenea, un rol-cheie în reglarea echilibrului apă-sare și a muncii inimii. Această funcție este realizată de ioni de potasiu și sodiu (există chiar și un proces care are loc in celulele care sunt numite pompa de potasiu-sodiu).

Orice substanță pe care o poți dizolvacel puțin puțin - electroliți. Și nu există o ramură a industriei și viața noastră cu tine, oriunde s-ar aplica. Nu sunt doar baterii în mașini și baterii. Aceasta este orice producție chimică și alimentară, fabrici militare, fabrici de îmbrăcăminte și așa mai departe.

Compoziția electrolitului, apropo, este diferită. Astfel, este posibil să se izoleze electrolitul acid și alcalin. În principiu, ele diferă în proprietățile lor: așa cum am spus deja, acizii sunt donatori de protoni și alcalii - acceptori. Dar odată cu schimbarea compoziției electrolitului datorită pierderii unei părți a substanței, concentrația fie scade, fie crește (totul depinde de ceea ce se pierde, de apă sau de electrolit).

Ne confruntăm în fiecare zi, dar foarte puțini oameni cunosc exact definiția unui termen precum electroliții. Exemple de substanțe specifice, am dezmembrat, așa că trecem la niște concepte ușor mai complexe.

Proprietățile fizice ale electroliților

Acum despre fizică. Cel mai important lucru pe care trebuie să-l înțelegeți atunci când studiați acest subiect este modul în care curentul este transferat în electroliți. Rolul decisiv în acest mod este jucat de ioni. Aceste particule încărcate pot purta încărcătura de la o parte a soluției la alta. Astfel, anionii au tendința mereu la electrodul pozitiv, iar cationii la electrodul negativ. Astfel, acționând asupra soluției cu un curent electric, împărțim încărcăturile pe diferite părți ale sistemului.

O caracteristică fizică foarte interesantă,ca densitate. Multe proprietăți ale compușilor pe care îi discutăm depind de aceasta. Și de multe ori apare o întrebare: "Cum de a crește densitatea electrolitului?" De fapt, răspunsul este simplu: trebuie să reduceți conținutul de apă al soluției. Deoarece densitatea electrolitului este determinată în principal de densitatea acidului sulfuric, depinde în principal de concentrația acestuia din urmă. Există două modalități de a realiza acest lucru. Primul este foarte simplu: se fierbe electrolitul conținut în baterie. Pentru a face acest lucru, trebuie să-l încărcați astfel încât temperatura din interior să crească puțin peste o sută de grade Celsius. Dacă această metodă nu vă ajută, nu vă faceți griji, mai există unul: pur și simplu înlocuiți vechiul electrolit cu unul nou. Pentru aceasta, scurgeți soluția veche, curățați interiorul resturilor de acid sulfuric cu apă distilată și apoi turnați o nouă porție. De regulă, soluțiile calitative ale electroliților au imediat valoarea necesară de concentrare. După înlocuire, puteți uita cum să măriți densitatea electrolitului pentru o perioadă lungă de timp.

Compoziția electrolitului îi determină în mare măsurăproprietăți. Astfel de caracteristici precum conductivitatea electrică și densitatea, de exemplu, depind puternic de natura substanței dizolvate și de concentrația acesteia. Există o întrebare separată despre cantitatea de electroliți din baterie. De fapt, volumul său este direct legat de capacitatea declarată a produsului. Cu cât acidul sulfuric este mai mult în interiorul bateriei, cu atât este mai puternic, cu atât mai mare este tensiunea de emisie.

Unde este util?

Dacă sunteți un entuziast de mașină sau doar dornicimașini, atunci înțelegi totul pe tine însuți. Sigur că chiar știți cum să determinați cât de mult este acum bateria acumulatorului. Iar dacă sunteți departe de mașină, atunci cunoașterea proprietăților acestor substanțe, utilizarea lor și modul în care acestea interacționează între ele nu vor fi de prisos. Știind acest lucru, nu esti confuz, vi se cere să spună ce electrolitului în baterie. Cu toate că, chiar dacă nu sunteți un pasionat de masina, dar ai o mașină, atunci cunoașterea dispozitivului bateriei va fi absolut nici un rău și vă va ajuta pentru a repara. Acesta va fi mult mai ușor și mai ieftin de a face totul singur, decât pentru a merge la centrul auto.

Și pentru a explora mai bine acest subiect, vă recomandămcitiți manualul de chimie pentru școli și universități. Dacă știți bine această știință și ați citit suficiente manuale, cea mai bună opțiune va fi "Sursele chimice ale curentului" Varypaev. Întreaga teorie a funcționării acumulatorilor, a diferitelor baterii și a elementelor de hidrogen este prezentată detaliat acolo.

concluzie

Suntem la un capăt. Să rezumăm. Deasupra am dezasamblat tot ce are legătură cu un astfel de concept ca electroliții: exemple, teoria structurii și proprietăților, funcții și aplicații. Încă o dată merită să spunem că acești compuși fac parte din viața noastră, fără de care trupurile și toate sferele industriei nu ar putea exista. Vă amintiți despre electroliții din sânge? Mulțumesc lor trăim. Cum rămâne cu mașinile noastre? Cu ajutorul acestor cunoștințe putem rezolva orice problemă legată de baterie, deoarece acum înțelegem cum să creștem densitatea electrolitului în el.

Totul nu poate fi spus și nu am stabilit un astfel de scop. La urma urmei, acest lucru nu este tot ce se poate spune despre aceste substanțe uimitoare.