Elektrolyter: exempel. Sammansättning och egenskaper av elektrolyter. Starka och svaga elektrolyter

Elektrolyter är de kemikalier som är kända sedan urminnes tider. Men de flesta områden i sin ansökan, har de vunnit nyligen. Vi kommer att diskutera högsta prioritet för branschen användningen av dessa ämnen och vi ska förstå att det förflutna är närvarande, och skiljer sig från varandra. Men vi börjar med en utvikning i historien.

berättelse

Den äldsta kända elektrolyter - salter och syror är öppen även i den antika världen. Men förståelsen av strukturen och egenskaperna hos elektrolyter utvecklats över tiden. Teori dessa processer har utvecklats sedan 1880, då han gjort ett antal upptäckter, teorier relaterade till egenskaperna hos elektrolyten. Det fanns flera kvantsprång i teorier beskriver mekanismerna för samverkan mellan elektrolyter med vatten (i själva verket bara i lösning de får de egenskaper som gör deras användning inom industrin).

Nu kommer vi att se exakt finns flera teorier som har haft störst påverkan på utvecklingen av begreppen elektrolyter och deras egenskaper. Låt oss börja med de vanligaste och enkla teori, att var och en av oss tog i skolan.

Arrhenius teori om elektrolytisk dissociation

År 1887 den svenska kemisten Svante Arrhenius och rysk-tyska kemisten Wilhelm Ostwald utvecklade teorin om elektrolytisk dissociation. Men även här är det inte så enkelt. Arrhenius själv var supporter så kallade fysikaliska teorin av lösningar som inte tar hänsyn till interaktionen av komponenter av ämnet med vatten och hävdade att det finns fria laddade partiklar (joner) i lösning. Förresten, från sådana positioner idag överväger den elektrolytiska dissociation på skolan.

Vi talar alla samma som gör teori och hur det förklarar mekanismen för interaktionen av substanser med vatten. Som med alla andra jobb, har det flera postulat att den använder:

1. I reaktionen av vattnet med substansen sönderfaller till joner (positivt - och negativ katjon - anjon). Dessa partiklar utsätts för hydratisering de attraherar vattenmolekyler som för övrigt är laddade å ena sidan positivt och å andra sidan - negativa (dipol bildas) för att bilda i aqua-komplex (solvater).

2. dissociation process är reversibel - dvs om ämnet är uppdelad i joner, under inflytande av någon faktor, kan det återigen bli en källa.

3. Om connect elektroder till lösningen och låt den nuvarande, kommer katjoner börjar röra sig till den negativa elektroden - katoden och anjoner till den positivt laddade - anod. Därför är ämnena är lättlösliga i vatten, leder elektricitet bättre än vatten själv. Av samma skäl som de kallas elektrolyter.

4. Graden av dissociation av elektrolyt karakteriserar ämnesandelar utsätts för upplösning. Denna hastighet beror på lösningsmedlet och egenskaperna hos det lösta ämnet, koncentrationen av den senare och den yttre temperaturen.

Här, i själva verket, och alla de grundläggande principerna i denna enkla teori. Dem vi kommer att använda i den här artikeln för en beskrivning av vad som händer i elektrolytlösningen. Exempel på dessa föreningar Låt oss undersöka lite senare, och låt oss nu överväga en annan teori.

Teori syror och Lewis-baser

Enligt teorin av elektrolytisk dissociation, syra - en substans som föreligger i en lösning vars vätekatjon och basen - förening sönderfaller i lösning till en hydroxid anjon. Det finns en annan teori, uppkallad efter den berömda kemisten Gilbert Lewis. Den tillåter dig att utvidga begreppet flera syror och baser. Enligt Lewis teori, syran - är jonerna eller molekyler av ämnen som har fria elektron orbitaler och är i stånd att acceptera en elektron från en annan molekyl. Lätt att gissa att baserna blir de partiklar som har förmåga att ge en eller flera av sina elektroner att "använda" syra. Det är intressant här är att syra eller bas kan vara inte bara elektrolyten utan också varje ämne som även olöslig i vatten.

Protolytiska teori Brendsteda Lowry

I 1923, oberoende av varandra, två forskare - till J. och T. Lowry Bronsted -predlozhili teori, som nu aktivt används av forskare beskriver de kemiska processerna. Kärnan i denna teori är att dissociation av innebörden kommer ner till en protonöverföring från syran bas. Således är den senare förstås här som en protonacceptor. Då syran är deras donator. Teorin förklarar också att det finns goda ämnen som uppvisar egenskaper och syror och baser. Sådana föreningar kallas amfotera. I teorin Bronsted-Lowry för löptiden gäller även amfolyter, medan syra eller bas som vanligen kallas protolit.

Vi har kommit till nästa avsnitt. Här visar vi vad olika starka och svaga elektrolyter, och diskutera effekterna av yttre faktorer på deras egenskaper. Och sedan att gå vidare till beskrivningen av deras praktiska tillämpning.

Starka och svaga elektrolyter

Varje ämne reagerar med enbart vatten. Några lösa det väl (t ex natriumklorid), och vissa inte löser sig (t.ex. krita). Således är alla ämnen uppdelas i starka och svaga elektrolyter. De senare är substanser som interagerar dåligt med vatten och avsatta på botten av lösningen. Detta innebär att de har en mycket låg grad av dissociation och de höga energibindningar, som tillåter molekylen att sönderdelas i sina komponentjoner under normala förhållanden. Dissociation svaga elektrolyter sker antingen långsamt eller genom att öka temperaturen och koncentrationen av substansen i lösningen.

Snacka om en stark elektrolyt. Dessa inkluderar alla de lösliga salterna, samt starka syror och alkalier. De är lätta att bryta ner till joner och är mycket svårt att samla dem i regn. Strömmen i elektrolyten, för övrigt, utföres tack vare de joner som ingår i lösningen. Därför är de bästa ledande starka elektrolyter. Exempel på det senare: starka syror, baser, lösligt salt.

Faktorer som påverkar beteendet hos elektrolyter

Nu titta på hur förändringen påverkar den yttre miljön på egenskaper av ämnen. Koncentrationen direkt påverkar graden av dissociation av elektrolyten. Dessutom kan detta förhållande uttryckas matematiskt. Den lag som beskriver detta förhållande, kallas lagen om utspädning av Ostwald och skrivs som: a = (K / c) 1/2. Här, a - är graden av dissociation (tagen som en fraktion), K - dissociationskonstant, olika för varje ämne, och med - elektrolytkoncentrationen i lösningen. Enligt denna formel kan du lära dig mycket om materien och dess beteende i lösning.

Men vi har kommit bort från ämnet. Ytterligare koncentration på graden av dissociation av elektrolyt påverkar också temperaturen. För de flesta ämnen ökar det ökar lösligheten och reaktivitet. Detta kan förklara förekomsten av vissa reaktioner enbart vid förhöjd temperatur. Under normala förhållanden, de är antingen mycket långsamt, eller i båda riktningarna (denna process kallas reversibel).

Vi har undersökt de faktorer som bestämmer beteendet hos ett system som en elektrolytlösning. Nu ska vi gå vidare till den praktiska tillämpningen av dessa, utan tvekan mycket viktiga kemiska ämnen.

industriell tillämpning

Naturligtvis har alla hört ordet "elektrolyt" som tillämpas på batterierna. I ett fordon med användning av bly-syrabatterier, elektrolyten i vilken utför rollen av en 40 procent svavelsyra. För att förstå varför det är allt du behöver är ett ämne som krävs för att förstå funktionerna i batteriet.

Så vad är principen om driften av ett batteri? I den reversibla reaktionen som äger rum omvandling av en substans i en annan, som ett resultat av vilken elektronerna frigörs. När batteriladdnings interaktion sker ämnen, vilket är omöjligt under normala förhållanden. Detta kan representeras som ansamling av kraft i materialet som ett resultat av en kemisk reaktion. När den avger den omvända omvandlingen börjar, vilket minskar systemet till sitt ursprungliga tillstånd. Dessa två processer utgör tillsammans en laddning-urladdningscykeln.

Överväga det föregående förfarandet är ett specifikt exempel - bly-syra-batteri. Som det är lätt att gissa, strömkällan består av ett element, innefattande en ledning (diokisd bly och PbO ₂₎ och en syra. Varje batteri består av elektroderna och utrymmet mellan dem fyllt med bara elektrolyten. Eftersom den senare, som vi har sett, i detta exempel använder svavelsyrakoncentration på 40 procent. Katoden i batteriet tillverkad av blydioxid är anoden framställd av rent bly. Allt detta beror på att dessa två olika elektroder uppträder reversibla reaktioner som involverar joner som är dissocierad syra:

1. PbO ₂ + SO ₄ ^{2- + 4H + + 2e - =} PbSO ₄ + 2H ₂ O (reaktionen inträffar vid den negativa elektroden - katod).
2. Pb + SO ₄ ^{2- -} 2e - = PbSO ₄ (reaktionen inträffar vid den positiva elektroden - anoden).

Om du läser reaktionen från vänster till höger - få processer som sker under batteriurladdning, och om rätt - mot en avgift. Varje kemisk strömkälla av dessa reaktioner är annorlunda, men mekanismen för deras förekomst i allmänhet beskriver densamma: det finns två processer, varav den ena elektroner "absorberas" och den andra, omvänt, "go." Det viktigaste är att antalet absorberade elektroner lika med antalet publicerade.

Egentligen förutom batterier, det finns många tillämpningar av dessa ämnen. I allmänhet, elektrolyter, exempel som vi har gett - det är bara ett korn av de olika ämnen som är förenade med stöd av denna term. De omger oss överallt, överallt. Till exempel människokroppen. Tror du att det inte finns några sådana substanser? Väldigt fel. De finns överallt i oss och utgör det största antalet blod elektrolyter. Dessa inkluderar, till exempel, järnjoner, som är en del av hemoglobin och hjälper syretransport till vävnader i vår kropp. Blod elektrolyter spelar också en viktig roll i regleringen av vattensaltbalans och arbetet i hjärtat. Denna funktion utförs av kaliumjoner och natrium (det finns även en process som sker i celler som är namngivna kalium-natrium-pumpen).

Varje ämne som du har möjlighet att lösa åtminstone lite - elektrolyter. Och det finns ingen industri och våra liv, oavsett var de används. Det är inte bara batterierna i bilar och batterier. Är någon kemisk och livsmedelsförädling, militära fabriker, plagget fabriker och så vidare.

Elektrolytkompositionen, förresten, är annorlunda. Sålunda är det möjligt att allokera den sura och alkaliska elektrolyten. De skiljer sig fundamentalt i deras egenskaper: som vi har sagt, syror är protongivare och alkali - acceptorer. Men med tiden, elektrolytkompositionen förändringar på grund av förlust av en del av ämneskoncentrationen antingen minskar eller ökar (det beror på vad som går förlorat, vatten eller elektrolyt).

Varje dag konfronteras vi med dem, men mycket få människor vet exakt definition av en sådan term som elektrolyter. Exempel på specifika ämnen som vi diskuterade, så låt oss gå vidare till lite mer komplicerat begrepp.

De fysikaliska egenskaperna hos elektrolyter

Nu om fysik. Det viktigaste att förstå sig på studier av detta ämne - strömmen leds till elektrolyter. Avgörande roll i detta spelas av joner. Dessa laddade partiklar kan migrera från en del av laddningslösningen till en annan. Således anjoner tenderar alltid till den positiva elektroden och katjoner - till den negativa. Således, genom att verka på den elektriska strömmen lösningen delar vi laddningarna på motsatta sidor av systemet.

Mycket intressanta fysikaliska egenskaper såsom densitet. Det påverkar många egenskaper hos våra föreningar som diskuteras. Och ofta dyker frågan: "Hur att öka tätheten av elektrolyten" I själva verket är svaret enkelt: det är nödvändigt att sänka vattenhalten i lösningen. Eftersom densiteten hos elektrolyten bestäms huvudsakligen densitet av svavelsyran, det beror till stor del på den slutliga koncentrationen. Det finns två sätt att genomföra planen. Den första är ganska enkel: koka elektrolyten som finns i batteriet. För att göra detta måste du ladda det så att insidan temperaturen steg något över hundra grader Celsius. Om den här metoden inte fungerar, oroa dig inte, det finns en annan: helt enkelt ersätta den gamla nya elektrolyt. För att göra detta, tömma den gamla lösningen för att rengöra insidan av den kvarvarande svavelsyra i destillerat vatten, och häll sedan en ny portion. Typiskt, kvaliteten av de elektrolytlösningar omedelbart ha en önskad koncentrationsvärde. Efter byte kan glömma hur man skall höja densiteten hos elektrolyten.

Elektrolytkompositionen i hög grad bestämmer dess egenskaper. Egenskaper såsom elektrisk ledningsförmåga och densitet, till exempel, starkt bero på naturen av det lösta ämnet och dess koncentration. Det finns en separat fråga om hur mycket av elektrolyten i batteriet kan vara. I själva verket är dess volym direkt relaterad till den deklarerade kapaciteten hos produkten. Desto mer svavelsyra inuti batteriet, så det är mer kraftfull, E. desto mer spänning kan producera t..

Var är det bra?

Om du är en bil entusiast eller bara intresserad av bilar, kommer du att förstå allt själv. Visst du ens vet hur man bestämma hur mycket elektrolyt i batteriet är nu. Och om du är borta från bilen, då kunskapen om egenskaperna hos dessa substanser, deras användning och hur de interagerar med varandra kommer inte att vara överflödig. Att veta detta, du är inte förvirrad, du ombeds att säga vad elektrolyten i batteriet. Även även om du inte är en bil entusiast, men du har en bil, då kunskapen om batteri enheten kommer att vara absolut ingen skada och kommer att hjälpa dig att reparera. Det kommer att bli mycket enklare och billigare att göra allt själv, än att gå till bilen centrum.

Och att lära sig mer om detta ämne, rekommenderar vi att du kolla in kemi lärobok för skolor och universitet. Om du vet denna vetenskap väl och läsa tillräckligt med böcker, kommer det bästa alternativet vara "kemiska strömkällor" Varypaeva. Det anges i detalj hela teorin om batteritid, en mängd olika batterier och väteelement.

slutsats

Vi har kommit till ett slut. Låt oss sammanfatta. Framför vi diskuterade allt eftersom något sådant som elektrolyter: exempel, struktur teori och egenskaper, funktioner och applikationer. Återigen bör det sägas att dessa föreningar är en del av vårt liv, utan vilken det inte skulle kunna existera, vår kropp och alla delar av industrin. Du minns blod elektrolyter? Tack vare dem vi lever. Och hur våra bilar? Med denna kunskap kan vi åtgärda eventuella problem med batteriet, som nu förstå hur man kan höja densiteten hos elektrolyten i den.

All omöjligt att säga, men vi har inte satt ett sådant mål. När allt kommer omkring är det inte alla som kan berättas om dessa fantastiska ämnen.