Elektroliete as chemikalieë is sedert antieke tye bekend. Hulle het egter die meeste van hul toepassingsgebiede relatief onlangs verower. Ons sal die hoogste prioriteitsareas vir die industrie bespreek om hierdie stowwe te gebruik en uit te vind wat laasgenoemde is en hoe hulle van mekaar verskil. Maar kom ons begin met 'n uitweiding in die geskiedenis.
Geskiedenis
Die oudste bekende elektroliete is soute en sure wat in die antieke wêreld ontdek is. Idees oor die struktuur en eienskappe van elektroliete het egter met verloop van tyd ontwikkel. Teorieë van hierdie prosesse het ontwikkel sedert die 1880's, toe 'n aantal ontdekkings gemaak is wat verband hou met teorieë oor die eienskappe van elektroliete. Daar was verskeie kwalitatiewe spronge in teorieë wat die meganismes van die interaksie van elektroliete met water beskryf (na alles, slegs in oplossing verkry hulle die eienskappe as gevolg van wat dit in die industrie gebruik word).
Nou gaan ons verskeie teorieë wat die grootste invloed op die ontwikkeling van idees oor elektroliete en hul eienskappe gehad het, in detail ontleed. En kom ons begin met die mees algemene en eenvoudige teorie wat elkeen van ons op skool geneem het.
Arrhenius-teorie van elektrolitiese dissosiasie
in 1887Die Sweedse chemikus Svante Arrhenius en die Russies-Duitse chemikus Wilhelm Ostwald het die teorie van elektrolitiese dissosiasie geskep. Alles is egter ook nie hier so eenvoudig nie. Arrhenius was self 'n voorstander van die sogenaamde fisiese teorie van oplossings, wat nie die interaksie van die samestellende stowwe met water in ag geneem het nie en het aangevoer dat daar vrygelaaide deeltjies (ione) in die oplossing is. Terloops, dit is uit sulke posisies dat elektrolitiese dissosiasie vandag op skool oorweeg word.
Kom ons praat nog oor wat hierdie teorie gee en hoe dit vir ons die meganisme van interaksie van stowwe met water verduidelik. Soos almal anders, het sy verskeie postulate wat sy gebruik:
1. Wanneer dit met water in wisselwerking tree, ontbind die stof in ione (positief - katioon en negatief - anioon). Hierdie deeltjies ondergaan hidrasie: hulle trek watermolekules aan, wat terloops positief gelaai is aan die een kant en negatief gelaai aan die ander kant (vorm 'n dipool), gevolglik vorm hulle in akwa komplekse (solvate).
2. Die proses van dissosiasie is omkeerbaar - dit wil sê as die stof in ione opgebreek het, dan kan dit onder die invloed van enige faktore weer in die oorspronklike een verander.
3. As jy elektrodes aan die oplossing koppel en 'n stroom begin, dan sal die katione begin beweeg na die negatiewe elektrode - die katode, en die anione na die positief gelaaide - die anode. Dit is hoekom stowwe wat hoogs oplosbaar in water is, elektrisiteit beter gelei as water self. Hulle word ook om dieselfde rede elektroliete genoem.
4. Die mate van dissosiasie van die elektroliet kenmerk die persentasie van die stof wat ontbinding ondergaan het. Hierdiedie aanwyser hang af van die eienskappe van die oplosmiddel en die opgeloste stof self, van die konsentrasie van laasgenoemde en van die eksterne temperatuur.
Hier, in werklikheid, en al die basiese postulate van hierdie eenvoudige teorie. Ons sal dit in hierdie artikel gebruik om te beskryf wat in 'n elektrolietoplossing gebeur. Ons sal voorbeelde van hierdie verbindings 'n bietjie later ontleed, maar nou sal ons 'n ander teorie oorweeg.
Lewis-teorie van sure en basisse
Volgens die teorie van elektrolitiese dissosiasie is 'n suur 'n stof waarin 'n waterstofkation teenwoordig is, en 'n basis is 'n verbinding wat in 'n hidroksiedanioon in oplossing ontbind. Daar is nog 'n teorie vernoem na die beroemde chemikus Gilbert Lewis. Dit laat jou toe om die konsep van suur en basis ietwat uit te brei. Volgens die Lewis-teorie is sure ione of molekules van 'n stof wat vrye elektronorbitale het en in staat is om 'n elektron van 'n ander molekule te aanvaar. Dit is maklik om te raai dat die basisse sulke deeltjies sal wees wat in staat is om een of meer van hul elektrone aan die "gebruik" van die suur te skenk. Dit is hier baie interessant dat nie net 'n elektroliet nie, maar ook enige stof, selfs onoplosbaar in water, 'n suur of basis kan wees.
Brandsted-Lowry protolitiese teorie
In 1923, onafhanklik van mekaar, het twee wetenskaplikes - J. Bronsted en T. Lowry - 'n teorie voorgestel wat nou aktief deur wetenskaplikes gebruik word om chemiese prosesse te beskryf. Die kern van hierdie teorie is datdissosiasie word gereduseer tot die oordrag van 'n proton van 'n suur na 'n basis. Laasgenoemde word dus hier as 'n protonaannemer verstaan. Dan is die suur hul skenker. Die teorie verduidelik ook goed die bestaan van stowwe wat die eienskappe van beide sure en basisse vertoon. Sulke verbindings word amfoteries genoem. In die Bronsted-Lowry-teorie word die term amfoliete ook daarvoor gebruik, terwyl sure of basisse gewoonlik protoliete genoem word.
Ons het by die volgende deel van die artikel gekom. Hier sal ons jou vertel hoe sterk en swak elektroliete van mekaar verskil en die invloed van eksterne faktore op hul eienskappe bespreek. En dan sal ons begin om hul praktiese toepassing te beskryf.
Sterk en swak elektroliete
Elke stof reageer individueel met water. Sommige los goed daarin op (byvoorbeeld tafelsout), terwyl sommige glad nie oplos nie (byvoorbeeld kryt). Dus word alle stowwe in sterk en swak elektroliete verdeel. Laasgenoemde is stowwe wat swak met water in wisselwerking tree en aan die onderkant van die oplossing afsak. Dit beteken dat hulle 'n baie lae mate van dissosiasie en 'n hoë bindingsenergie het, wat onder normale toestande nie toelaat dat die molekule in sy samestellende ione ontbind nie. Die dissosiasie van swak elektroliete vind óf baie stadig plaas, óf met 'n toename in temperatuur en konsentrasie van hierdie stof in oplossing.
Kom ons praat oor sterk elektroliete. Dit sluit alle oplosbare soute in, sowel as sterk sure en alkalieë. Hulle breek maklik in ione op en dit is baie moeilik om hulle in neerslag te versamel. Die stroom in elektroliete word terloops geleijuis as gevolg van die ione wat in die oplossing vervat is. Daarom gelei sterk elektroliete stroom die beste van almal. Voorbeelde van laasgenoemde: sterk sure, alkalieë, oplosbare soute.
Faktore wat die gedrag van elektroliete beïnvloed
Kom ons kyk nou hoe veranderinge in die eksterne omgewing die eienskappe van stowwe beïnvloed. Die konsentrasie beïnvloed direk die mate van elektrolietdissosiasie. Boonop kan hierdie verhouding wiskundig uitgedruk word. Die wet wat hierdie verhouding beskryf, word die Ostwald-verwateringswet genoem en word soos volg geskryf: a=(K / c)1/2. Hier is a die graad van dissosiasie (in breuke geneem), K is die dissosiasiekonstante, wat vir elke stof verskil, en c is die konsentrasie van die elektroliet in die oplossing. Deur hierdie formule kan jy baie leer oor die stof en sy gedrag in oplossing.
Maar ons wyk af. Benewens konsentrasie word die graad van dissosiasie ook deur die temperatuur van die elektroliet beïnvloed. Vir die meeste stowwe verhoog dit oplosbaarheid en reaktiwiteit. Dit kan die voorkoms van sommige reaksies slegs by verhoogde temperature verklaar. Onder normale toestande gaan hulle óf baie stadig óf in beide rigtings (so 'n proses word omkeerbaar genoem).
Ons het die faktore ontleed wat die gedrag van 'n stelsel soos 'n elektrolietoplossing bepaal. Kom ons gaan nou oor na die praktiese toepassing van hierdie, ongetwyfeld, baie belangrike chemikalieë.
Industriële gebruik
Natuurlik het almal die woord "elektroliet" gehoormet betrekking tot batterye. Die motor gebruik loodsuurbatterye, die elektroliet waarin 40% swaelsuur is. Om te verstaan hoekom hierdie stof enigsins daar nodig is, is dit die moeite werd om die kenmerke van die batterye te verstaan.
So wat is die beginsel van enige battery? In hulle vind 'n omkeerbare reaksie van die transformasie van een stof in 'n ander plaas, waardeur elektrone vrygestel word. Wanneer die battery gelaai word, vind 'n interaksie van stowwe plaas, wat nie onder normale toestande verkry word nie. Dit kan voorgestel word as die ophoping van elektrisiteit in 'n stof as gevolg van 'n chemiese reaksie. Wanneer die ontlading begin, begin die omgekeerde transformasie, wat die stelsel na die aanvanklike toestand lei. Hierdie twee prosesse vorm saam een laai-ontladingsiklus.
Kom ons kyk na bogenoemde proses op 'n spesifieke voorbeeld - 'n loodsuurbattery. Soos jy dalk kan raai, bestaan hierdie huidige bron uit 'n element wat lood (sowel as looddioksied PbO2) en suur bevat. Enige battery bestaan uit elektrodes en die spasie tussen hulle, net gevul met elektroliet. As die laaste, soos ons reeds uitgevind het, word swaelsuur in ons voorbeeld teen 'n konsentrasie van 40 persent gebruik. Die katode van so 'n battery is gemaak van looddioksied, en die anode is gemaak van suiwer lood. Dit alles is omdat verskillende omkeerbare reaksies op hierdie twee elektrodes plaasvind met die deelname van ione waarin die suur gedissosieer het:
- PbO2 + SO42-+ 4H+ + 2e-=PbSO4 + 2H2O(reaksie vind plaas by die negatiewe elektrode - katode).
- Pb + SO42- - 2e-=PbSO 4 (Reaksie by die positiewe elektrode - anode).
As ons die reaksies van links na regs lees - kry ons die prosesse wat plaasvind wanneer die battery ontlaai is, en as van regs na links - wanneer dit laai. In elke chemiese stroombron is hierdie reaksies verskillend, maar die meganisme van hul voorkoms word oor die algemeen op dieselfde manier beskryf: twee prosesse vind plaas, in een waarvan elektrone "geabsorbeer" word, en in die ander, inteendeel, hulle " verlaat". Die belangrikste ding is dat die aantal geabsorbeerde elektrone gelyk is aan die aantal uitgestraalde elektrone.
Eintlik, benewens batterye, is daar baie toepassings van hierdie stowwe. Oor die algemeen is elektroliete, waarvan ons voorbeelde gegee het, net 'n greintjie van die verskeidenheid stowwe wat onder hierdie term gekombineer word. Hulle omring ons oral, oral. Neem byvoorbeeld die menslike liggaam. Dink jy hierdie stowwe is nie daar nie? Jy is baie verkeerd. Hulle is oral in ons, en die grootste hoeveelheid is bloedelektroliete. Dit sluit byvoorbeeld ysterione in, wat deel is van hemoglobien en help om suurstof na die weefsels van ons liggaam te vervoer. Bloedelektroliete speel ook 'n sleutelrol in die regulering van water-soutbalans en hartfunksie. Hierdie funksie word deur kalium- en natriumione verrig (daar is selfs 'n proses wat in selle plaasvind, wat die kalium-natriumpomp genoem word).
Enige stof wat jy selfs 'n bietjie kan oplos, is elektroliete. En daar is nie so 'n bedryf en ons lewe met jou, waarwat hulle ook al toegepas word. Dit is nie net batterye in motors en batterye nie. Dit is enige chemiese en voedselproduksie, militêre aanlegte, klerefabrieke ensovoorts.
Die samestelling van die elektroliet, terloops, is anders. Dit is dus moontlik om suur en alkaliese elektroliet te onderskei. Hulle verskil fundamenteel in hul eienskappe: soos ons reeds gesê het, sure is protonskenkers, en alkalieë is aanvaarders. Maar met verloop van tyd verander die samestelling van die elektroliet as gevolg van die verlies van 'n deel van die stof, die konsentrasie neem af of neem toe (dit hang alles af van wat verlore gaan, water of elektroliet).
Ons kom hulle elke dag teë, maar min mense ken presies die definisie van so 'n term soos elektroliete. Ons het voorbeelde van spesifieke stowwe gedek, so kom ons gaan aan na 'n bietjie meer komplekse konsepte.
Fisiese eienskappe van elektroliete
Nou oor fisika. Die belangrikste ding om te verstaan wanneer hierdie onderwerp bestudeer word, is hoe stroom in elektroliete oorgedra word. Ione speel 'n deurslaggewende rol hierin. Hierdie gelaaide deeltjies kan lading van een deel van die oplossing na 'n ander oordra. Dus, anione neig altyd na die positiewe elektrode, en katione - na die negatiewe. Deur dus op die oplossing met 'n elektriese stroom in te werk, skei ons die ladings aan verskillende kante van die stelsel.
Baie interessant is so 'n fisiese eienskap soos digtheid. Baie eienskappe van die verbindings wat ons bespreek, hang daarvan af. En die vraag duik dikwels op: "Hoe om die digtheid van die elektroliet te verhoog?" Trouens, die antwoord is eenvoudig: jy moet die inhoud afgradeerwater in oplossing. Aangesien die digtheid van die elektroliet grootliks deur die digtheid van swaelsuur bepaal word, hang dit grootliks af van die konsentrasie van laasgenoemde. Daar is twee maniere om die plan uit te voer. Die eerste is redelik eenvoudig: kook die elektroliet in die battery. Om dit te doen, moet jy dit laai sodat die temperatuur binne effens meer as honderd grade Celsius styg. As hierdie metode nie help nie, moenie bekommerd wees nie, daar is nog een: vervang eenvoudig die ou elektroliet met 'n nuwe een. Om dit te doen, dreineer die ou oplossing, maak die binnekant van swaelsuurreste skoon met gedistilleerde water en gooi dan 'n nuwe porsie in. As 'n reël het hoë-geh alte elektrolietoplossings onmiddellik die gewenste konsentrasie. Na vervanging kan jy vir 'n lang tyd vergeet van hoe om die digtheid van die elektroliet te verhoog.
Die samestelling van die elektroliet bepaal grootliks die eienskappe daarvan. Eienskappe soos elektriese geleidingsvermoë en digtheid is byvoorbeeld hoogs afhanklik van die aard van die opgeloste stof en die konsentrasie daarvan. Daar is 'n aparte vraag oor hoeveel elektroliet in die battery kan wees. Trouens, die volume daarvan hou direk verband met die verklaarde krag van die produk. Hoe meer swaelsuur binne die battery is, hoe kragtiger is dit, d.w.s. hoe meer spanning kan dit produseer.
Waar kom dit handig te pas?
As jy 'n motor-entoesias is of net van motors hou, dan verstaan jy self alles. Sekerlik weet jy selfs hoe om te bepaal hoeveel elektroliet nou in die battery is. En as jy ver van karre is, dan kenniseienskappe van hierdie stowwe, hul toepassings en hoe hulle met mekaar in wisselwerking is, sal glad nie oorbodig wees nie. As jy dit weet, sal jy nie raadop wees as jy gevra word om te sê watter elektroliet in die battery is nie. Alhoewel selfs al is jy nie 'n motor-entoesias nie, maar jy het 'n motor, dan sal die kennis van die batterytoestel glad nie oorbodig wees nie en sal dit jou help met herstelwerk. Dit sal baie makliker en goedkoper wees om alles self te doen as om na die motorsentrum te gaan.
En om hierdie onderwerp beter te bestudeer, beveel ons aan om 'n chemie-handboek vir skole en universiteite te lees. As jy hierdie wetenskap goed ken en genoeg handboeke gelees het, sal Varypaev se "Chemical Current Sources" die beste opsie wees. Dit skets in detail die hele teorie van die werking van batterye, verskeie batterye en waterstofselle.
Gevolgtrekking
Ons het aan die einde gekom. Kom ons som op. Hierbo het ons alles ontleed wat verband hou met so 'n konsep soos elektroliete: voorbeelde, teorie van struktuur en eienskappe, funksies en toepassings. Weereens is dit die moeite werd om te sê dat hierdie verbindings deel van ons lewe is, waarsonder ons liggame en alle gebiede van die industrie nie kan bestaan nie. Onthou jy bloedelektroliete? Danksy hulle leef ons. Wat van ons motors? Met hierdie kennis sal ons enige probleem wat verband hou met die battery kan oplos, aangesien ons nou verstaan hoe om die digtheid van die elektroliet daarin te verhoog.
Dit is onmoontlik om alles te vertel, en ons het nie so 'n doelwit gestel nie. Dit is immers nie al wat oor hierdie wonderlike stowwe gesê kan word nie.
