Электраліты: прыклады. Склад і ўласцівасці электралітаў. Моцныя і слабыя электраліты

Электраліты як хімічныя рэчывы вядомыя са старажытных часоў. Аднак большасць абласцей свайго ўжывання яны заваявалі адносна нядаўна. Мы абмяркуем самыя прыярытэтныя для прамысловасці вобласці выкарыстання гэтых рэчываў і разбярэмся, што ж апошнія сабой уяўляюць і чым адрозніваюцца адзін ад аднаго. Але пачнём з экскурсу ў гісторыю.

гісторыя

Самыя старыя вядомыя электраліты - гэта солі і кіслоты, адкрытыя яшчэ ў Старажытным свеце. Аднак ўяўленні аб будынку і ўласцівасцях электралітаў развіваліся з часам. Тэорыі гэтых працэсаў эвалюцыянавалі, пачынаючы з 1880 гадоў, калі быў зроблены шэраг адкрыццяў, звязаны з тэорыямі уласцівасцяў электралітаў. Назіраліся некалькі якасных скокаў у тэорыях, якія апісваюць механізмы ўзаемадзеяння электралітаў з вадой (бо толькі ў растворы яны набываюць тыя ўласцівасці, дзякуючы якім іх выкарыстоўваюць у прамысловасці).

Зараз мы падрабязна разбяром некалькі тэорый, якія аказалі найбольшы ўплыў на развіццё ўяўленняў пра электралітах і іх уласцівасцях. І пачнем з самай распаўсюджанай і простай тэорыі, якую кожны з нас праходзіў у школе.

Тэорыя электралітычнай дысацыяцыі Арэніусам

ў 1887 годзе шведскі хімік Свантэ Арэніусам і руска-нямецкі хімік Вільгельм Оствальд стварылі тэорыю электралітычнай дысацыяцыі. Аднак тут таксама не ўсё так проста. Сам Арэніусам быў прыхільнікам так званай фізічнай тэорыі раствораў, якая не ўлічвала ўзаемадзеянне складнікаў рэчывы з вадой і сцвярджала, што ў растворы існуюць свабодныя зараджаныя часціцы (іёны). Дарэчы, менавіта з такіх пазіцый сёння разглядаюць электралітычную дысацыяцыю ў школе.

Пагаворым ўсё-ткі пра тое, што дае гэтая тэорыя і як яна тлумачыць нам механізм узаемадзеяння рэчываў з вадой. Як і ў любой іншай, у яе ёсць некалькі пастулатаў, якія яна выкарыстоўвае:

1. Пры ўзаемадзеянні з вадой рэчыва распадаецца на іёны (станоўчы - катыён і адмоўны - аніёны). Гэтыя часціцы падвяргаюцца гідратацыі: яны прыцягваюць малекулы вады, якія, дарэчы, зараджаныя з аднаго боку станоўча, а з другога - адмоўна (ўтвараюць дыполь), у выніку фармуюцца ў аквакомплексы (сольваты).

2. Працэс дысацыяцыі звернем - гэта значыць калі рэчыва распалася на іёны, то пад дзеяннем якіх-небудзь фактараў яно зноў можа ператварыцца ў зыходны.

3. Калі падключыць да раствора электроды і пусціць ток, то катыёны пачнуць рух да адмоўнага электрода - катода, а аніёны да станоўча зараджаным - анода. Менавіта таму рэчывы, добра растваральныя ў вадзе, праводзяць электрычны ток лепш, чым сама вада. Па той жа прычыне іх назвалі электралітамі.

4. Ступень дысацыяцыі электраліта характарызуе працэнт рэчывы, які зазнаў растварэнню. Гэты паказчык залежыць ад уласцівасцяў растваральніка і самога растворанага рэчыва, ад канцэнтрацыі апошняга і ад вонкавай тэмпературы.

Вось, па сутнасці, і ўсе асноўныя пастулаты гэтай нескладанай тэорыі. Імі мы будзем карыстацца ў гэтым артыкуле для апісання таго, што ж адбываецца ў растворы электраліта. Шэраг гэтых злучэнняў разбяром крыху пазней, а цяпер разгледзім іншую тэорыю.

Тэорыя кіслот і падстаў Люіса

Па тэорыі электралітычнай дысацыяцыі, кіслата - гэта рэчыва, у растворы якога прысутнічае катыён вадароду, а падстава - злучэнне, распадаецца ў растворы на гідраксід-аніёны. Існуе іншая тэорыя, названая імем вядомага хіміка Гілберта Люіса. Яна дазваляе некалькі пашырыць паняцце кіслаты і падставы. Па тэорыі Люіса, кіслоты - гэта іёны або малекулы рэчыва, якія маюць свабодныя электронныя арбіталь і здольныя прыняць электрон ад іншай малекулы. Нескладана здагадацца, што падставамі будуць з'яўляцца такія часціцы, якія здольныя аддаць адзін або некалькі сваіх электронаў у "карыстанне" кіслаце. Вельмі цікава тут тое, што кіслатой або падставай можа быць не толькі электраліт, але і любое рэчыва, нават нерастваральнае ў вадзе.

Протолитическая тэорыя Брендстеда-Лоўры

У 1923 годзе, незалежна адзін ад аднаго, двое навукоўцаў - Й. Бренстед і Т. Лоўры -предложили тэорыю, якая зараз актыўна ўжываецца навукоўцамі для апісання хімічных працэсаў. Сутнасць гэтай тэорыі ў тым, што сэнс дысацыяцыі зводзіцца да перадачы пратона ад кіслаты падставы. Такім чынам, апошняе разумеецца тут як акцептор пратонаў. Тады кіслата з'яўляецца іх донарам. Тэорыя таксама добра тлумачыць існаванне рэчываў, якія выяўляюць ўласцівасці і кіслоты і падставы. Такія злучэнні называюцца амфатэрнасць. У тэорыі Бренстеда-Лоўры для іх таксама ўжываецца тэрмін амфолиты, тады як кіслата або падставы прынята называць протолитами.

Мы падышлі да наступнай частцы артыкула. Тут мы раскажам, чым адрозніваюцца адзін ад аднаго моцныя і слабыя электраліты і абмяркуем ўплыў знешніх фактараў на іх ўласцівасці. А затым ужо прыступім да апісання іх практычнага прымянення.

Моцныя і слабыя электраліты

Кожнае рэчыва ўзаемадзейнічае з вадой індывідуальна. Нейкія раствараюцца ў ёй добра (напрыклад, павараная соль), а нейкія зусім не раствараюцца (напрыклад, мел). Такім чынам, усе рэчывы падзяляюцца на моцныя і слабыя электраліты. Апошнія ўяўляюць сабой рэчывы, дрэнна ўзаемадзейнічаюць з вадой і асядае на дне раствора. Гэта азначае, што яны маюць вельмі нізкую ступень дысацыяцыі і высокую энергію сувязяў, якая не дазваляе пры нармальных умовах распадацца малекуле на складнікі яе іёны. Дысацыяцыя слабых электралітаў адбываецца альбо вельмі павольна, альбо пры павышэнні тэмпературы і канцэнтрацыі гэтага рэчыва ў растворы.

Пагаворым пра моцныя электралітах. Да іх можна аднесці ўсе растваральныя солі, а таксама моцныя кіслоты і шчолачы. Яны лёгка распадаюцца на іёны і вельмі цяжка сабраць іх у ападкі. Ток у электралітах, дарэчы, праводзіцца менавіта дзякуючы іёнам, змешчаным у растворы. Таму лепш за ўсіх праводзяць ток моцныя электраліты. Прыклады апошніх: моцныя кіслоты, шчолачы, растваральныя солі.

Фактары, якія ўплываюць на паводзіны электралітаў

Цяпер разбяромся, як уплывае змяненне знешняга абстаноўкі на ўласцівасці рэчываў. Канцэнтрацыя напрамую ўплывае на ступень дысацыяцыі электраліта. Больш за тое, гэтыя суадносіны можна выказаць матэматычна. Закон, які апісвае гэтую сувязь, называецца законам развядзення Оствальд і запісваецца так: a = (K / c) ^1/2. Тут a - гэта ступень дысацыяцыі (бярэцца ў долях), Да - канстанта дысацыяцыі, разная для кожнага рэчывы, а з - канцэнтрацыя электраліта ў растворы. Па гэтай формуле можна даведацца шмат новага аб рэчывах і яго паводзінах у растворы.

Але мы адхіліліся ад тэмы. Акрамя канцэнтрацыі, на ступень дысацыяцыі таксама ўплывае тэмпература электраліта. Для большасці рэчываў яе павелічэнне павышае растваральнасць і хімічную актыўнасць. Менавіта гэтым можна растлумачыць праходжанне некаторых рэакцый толькі пры падвышанай тэмпературы. Пры нармальных умовах яны ідуць альбо вельмі павольна, альбо ў абодва бакі (такі працэс называецца зварачальным).

Мы разабралі фактары, якія вызначаюць паводзіны такой сістэмы, як раствор электраліта. Зараз пяройдзем да практычнага ўжывання гэтых, без сумневу, вельмі важных хімічных рэчываў.

прамысловае выкарыстанне

Вядома, усё чулі слова "электраліт" у дачыненні да акумулятарам. У аўтамабілі выкарыстоўваюць свінцова-кіслотныя акумулятары, ролю электраліта у якім выконвае 40-працэнтная серная кіслата. Каб зразумець, навошта там наогул трэба гэта рэчыва, варта разабрацца ў асаблівасцях працы акумулятараў.

Дык у чым прынцып працы любога акумулятара? У іх адбываецца зваротная рэакцыя ператварэння аднаго рэчыва ў другое, у выніку якой вызваляюцца электроны. Пры зарадзе акумулятара адбываецца ўзаемадзеянне рэчываў, якога не атрымліваецца пры нармальных умовах. Гэта можна прадставіць як назапашванне электраэнергіі ў рэчыве ў выніку хімічнай рэакцыі. Пры разрадзе ж пачынаецца адваротнае ператварэнне, якое прыводзіць сістэму да пачатковага стану. Гэтыя два працэсы разам складаюць адзін цыкл зарада-разраду.

Разгледзім вышэйпададзеным працэс на канкрэтным прыкладзе - свінцова-кіслотным акумулятары. Як няцяжка здагадацца, гэтая крыніца току складаецца з элемента, які змяшчае свінец (а таксама диокисд свінцу PbO ₂₎ і кіслоты. Любы акумулятар складаецца з электродаў і прасторы паміж імі, запоўненай як раз электралітам. У якасці апошняга, як мы ўжо высветлілі, у нашым прыкладзе выкарыстоўваецца серная кіслата канцэнтрацыяй 40 адсоткаў. Катод такога акумулятара робяць з дыяксіду свінцу, а анод складаецца з чыстага свінцу. Усё гэта таму, што на гэтых двух электродах працякаюць розныя зварачальныя рэакцыі з удзелам іёнаў, на якія продиссоциировала кіслата:

1. PbO ₂ + SO ₄ ^2- + 4H ⁺ + 2e ^- = PbSO ₄ + 2H ₂ O (рэакцыя, якая адбываецца на адмоўным электродзе - катодзе).
2. Pb + SO ₄ ^2- - 2e ^- = PbSO ₄ (Рэакцыя, якая працякае на станоўчым электродзе - анодзе).

Калі чытаць рэакцыі злева направа - атрымліваем працэсы, якія адбываюцца пры разрадзе акумулятара, а калі справа налева - пры зарадзе. У кожным хімічным крыніцы току гэтыя рэакцыі розныя, але механізм іх праходжання ў агульным апісваецца аднолькава: праходзяць два працэсы, у адным з якіх электроны "паглынаюцца", а ў іншым, наадварот, "выходзяць". Самае галоўнае тое, што лік праглынутай электронаў роўна ліку тых хто выйшаў.

Уласна, акрамя акумулятараў, існуе маса ужыванняў гэтых рэчываў. Наогул, электраліты, прыклады якіх мы прывялі, - гэта толькі крупінка таго разнастайнасці рэчываў, якія аб'яднаны пад гэтым тэрмінам. Яны атачаюць нас усюды, паўсюль. Вось, напрыклад, цела чалавека. Думаеце, там няма гэтых рэчываў? Вельмі памыляецеся. Яны знаходзяцца ўсюды ў нас, а самая вялікая колькасць складаюць электраліты крыві. Да іх ставяцца, напрыклад, іёны жалеза, якія ўваходзяць у склад гемаглабіну і дапамагаюць транспартаваць кісларод да тканін нашага арганізма. Электраліты крыві таксама гуляюць ключавую ролю ў рэгуляцыі водна-солевага балансу і працы сэрца. Гэтую функцыю выконваюць іёны калія і натрыю (існуе нават працэс, які адбываецца ў клетках, якога назвалі калій-натрыевым помпай).

Любыя рэчывы, якія вы ў сілах растварыць хоць трохі, - электраліты. І няма такой галіны прамысловасці і нашай з вамі жыцця, дзе б яны ні ўжываліся. Гэта не толькі акумулятары ў аўтамабілях і батарэйкі. Гэта любы хімічнае і харчовае вытворчасць, ваенныя заводы, швейныя фабрыкі і гэтак далей.

Склад электраліта, дарэчы, бывае розным. Так, можна вылучыць кіслотны і шчолачны электраліт. Яны прынцыпова адрозніваюцца сваімі ўласцівасцямі: як мы ўжо казалі, кіслоты з'яўляюцца донарамі пратонаў, а шчолачы - акцептор. Але з часам склад электраліта мяняецца з прычыны страты часткі рэчывы канцэнтрацыя альбо памяншаецца, альбо павялічваецца (усё залежыць ад таго, што губляецца, вада або электраліт).

Мы кожны дзень сутыкаемся з імі, аднак мала хто дакладна ведае вызначэнне такога тэрміна, як электраліты. Прыклады канкрэтных рэчываў мы разабралі, таму пяройдзем да крыху больш складаным паняццях.

Фізічныя ўласцівасці электралітаў

Зараз аб фізіцы. Самае важнае, што трэба разумець пры вывучэнні гэтай тэмы - як перадаецца ток у электралітах. Вызначальную ролю ў гэтым адыгрываюць іёны. Гэтыя зараджаныя часціцы могуць пераносіць зарад з адной часткі раствора ў іншую. Так, аніёны імкнуцца заўсёды да дадатнага электрода, а катыёны - да адмоўнага. Такім чынам, дзейнічаючы на раствор электрычным токам, мы падзяляем зарады па розных баках сістэмы.

Вельмі цікавая такая фізічная характарыстыка, як шчыльнасць. Ад яе залежаць шматлікія ўласцівасці абмяркоўваюцца намі злучэнняў. І часцяком ўсплывае пытанне: "Як падняць шчыльнасць электраліта?" На самай справе адказ просты: неабходна панізіць ўтрыманне вады ў растворы. Бо шчыльнасць электраліта большай часткай вызначаецца шчыльнасцю сернай кіслаты, то яна большай часткай залежыць ад канцэнтрацыі апошняй. Існуе два спосабу ажыццявіць задуманае. Першы досыць просты: пракіпяціць электраліт, які змяшчаецца ў акумулятары. Для гэтага трэба зарадзіць яго так, каб тэмпература ўнутры паднялася ледзь вышэй за сто градусаў па Цэльсіі. Калі гэты спосаб не дапамагае, не хвалюйцеся, існуе яшчэ адзін: проста-проста замяніць стары электраліт новым. Для гэтага трэба зліць стары раствор, прачысціць вантробы ад рэшткаў сернай кіслаты дыстыляванай вадой, а затым заліць новую порцыю. Як правіла, якасныя растворы электраліта адразу маюць патрэбную велічыню канцэнтрацыі. Пасля замены можаце надоўга забыцца пра тое, як падняць шчыльнасць электраліта.

Склад электраліта шмат у чым вызначае яго ўласцівасці. Такія характарыстыкі, як электраправоднасць і шчыльнасць, напрыклад, моцна залежаць ад прыроды растворанага рэчыва і яго канцэнтрацыі. Існуе асобнае пытанне аб тым, колькі электраліта ў акумулятары можа быць. На самай справе яго аб'ём напрамую звязаны з заяўленай магутнасцю вырабы. Чым больш сернай кіслаты ўнутры акумулятара, тым ён больш магутны, т. Е. Тым большае напружанне здольны выдаваць.

Дзе гэта спатрэбіцца?

Калі вы аўтааматар або проста захапляецеся аўтамабілямі, то вы і самі ўсё разумееце. Напэўна вы нават ведаеце, як вызначыць, колькі электраліта ў акумулятары знаходзіцца цяпер. А калі вы далёкія ад аўтамабіляў, то веданне уласцівасцяў гэтых рэчываў, іх прымянення і таго, як яны ўзаемадзейнічаюць адзін з адным будзе зусім не лішнім. Ведаючы гэта, вы не разгубілася, калі вас папросяць сказаць, які электраліт ў акумулятары. Хаця нават калі вы не аўтааматар, але ў вас ёсць машына, то веданне прылады акумулятара будзе зусім не лішнім і дапаможа вам у рамонце. Будзе значна лягчэй і танней зрабіць усё самому, чым ехаць у аўтацэнтр.

А каб лепш вывучыць гэтую тэму, мы рэкамендуем пачытаць падручнік хіміі для школы і ВНУ. Калі вы добра ведаеце гэтую навуку і прачыталі досыць падручнікаў, лепшым варыянтам будуць "Хімічныя крыніцы току" Варыпаева. Там выкладзеныя падрабязна ўся тэорыя працы акумулятараў, розных батарэй і вадародных элементаў.

заключэнне

Мы падышлі да канца. Падвядзём вынікі. Вышэй мы разабралі ўсё, што тычыцца такога паняцця, як электраліты: прыклады, тэорыя будовы і ўласцівасцяў, функцыі і ўжыванне. Яшчэ раз варта сказаць, што гэтыя злучэнні складаюць частка нашага жыцця, без якой не маглі б існаваць нашы цела і ўсе сферы прамысловасці. Вы памятаеце пра электраліты крыві? Дзякуючы ім мы жывём. А што наконт нашых машын? З дапамогай гэтых ведаў мы зможам выправіць любую праблему, звязаную з акумулятарам, так як зараз разумеем, як падняць шчыльнасць электраліта ў ім.

Усё расказаць немагчыма, ды мы і не ставілі такой мэты. Бо гэта далёка не ўсё, што можна расказаць пра гэтых дзіўных рэчывах.