Mikä on elektrolyytti

Aineet, joissa sähkövirta johtuu ionien liikkeestä, ts. ionijohtavuuskutsutaan elektrolyyteiksi. Elektrolyytit kuuluvat toisen tyypin johtimiin, koska niissä oleva virta liittyy kemiallisiin prosesseihin, ei pelkästään elektronien liikkeeseen, kuten metalleissa.

Näiden aineiden liuoksessa olevat molekyylit kykenevät elektrolyyttiseen dissosiaatioon, eli ne hajoavat liukeneessaan positiivisesti varautuneiksi (kationit) ja negatiivisesti varautuneiksi (anionit) ioneiksi. Luonnosta löytyy kiinteitä elektrolyyttejä, ionisulatteita ja elektrolyyttiliuoksia. Liuottimen tyypistä riippuen elektrolyytit ovat vesipitoisia ja ei-vesipitoisia, samoin kuin erityistyyppiä - polyelektrolyyttejä.

Riippuen ionityypistä, joihin aine hajoaa veteen liuotettuna, elektrolyytit ilman H+- ja OH-ioneja (suolaelektrolyytit), runsaasti H+-ioneja sisältävät elektrolyytit (hapot) ja elektrolyytit, joissa OH-ioneja on hallitseva ( pohja) voidaan eristää.

Jos elektrolyyttimolekyylien dissosioitumisen aikana muodostuu yhtä suuri määrä positiivisia ja negatiivisia ioneja, tällaista elektrolyyttiä kutsutaan symmetriseksi.Tai epäsymmetrinen, jos positiivisten ja negatiivisten ionien määrä liuoksessa ei ole sama. Esimerkkejä symmetrisistä elektrolyyteistä - KCl - 1,1-arvoinen elektrolyytti ja CaSO4 - 2,2-arvoinen elektrolyytti. Epäsymmetrisen elektrolyytin edustaja on esimerkiksi H2TAKA4 — 1,2-valenttinen elektrolyytti.

Kaikki elektrolyytit voidaan karkeasti jakaa vahvoihin ja heikkoihin, riippuen niiden hajoamiskyvystä. Laimeissa liuoksissa vahvat elektrolyytit hajoavat lähes kokonaan ioneiksi. Näitä ovat suuri määrä epäorgaanisia suoloja, joitakin happoja ja emäksiä vesiliuoksissa tai liuottimia, joilla on korkea dissosiaatiokyky, kuten alkoholit, ketonit tai amidit.

Heikot elektrolyytit hajoavat vain osittain ja ovat dynaamisessa tasapainossa dissosioitumattomien molekyylien kanssa. Näitä ovat suuri määrä orgaanisia happoja sekä monia emäksiä liuottimissa.

Dissosiaatioaste riippuu useista tekijöistä: lämpötilasta, pitoisuudesta ja liuottimen tyypistä. Joten sama elektrolyytti eri lämpötiloissa tai samassa lämpötilassa, mutta eri liuottimissa, dissosioituu eri asteissa.

Koska elektrolyyttinen dissosiaatio luo määritelmän mukaan suuremman määrän hiukkasia liuokseen, se johtaa merkittäviin eroihin elektrolyyttiliuosten ja erityyppisten aineiden fysikaalisissa ominaisuuksissa: osmoottinen paine kasvaa, jäätymislämpötila muuttuu suhteessa liuottimen puhtauteen. ja muut.

Elektrolyytti-ionit osallistuvat usein sähkökemiallisiin prosesseihin ja kemiallisiin reaktioihin itsenäisinä kineettisinä yksikköinä, muista liuoksessa olevista ioneista riippumattomina: elektrolyyttiin upotetuilla elektrodeilla virran kulkiessa elektrolyytin läpi tapahtuu hapettumis-pelkistysreaktioita, jotka ovat jotka lisätään elektrolyyttikoostumukseen.

Näin ollen elektrolyytit ovat monimutkaisia ​​ainesysteemejä, jotka sisältävät ioneja, liuotinmolekyylejä, dissosioitumattomia liuenneita molekyylejä, ionipareja ja suurempia yhdisteitä. Siksi elektrolyyttien ominaisuudet määräytyvät useiden tekijöiden perusteella: ioni-molekyyli- ja ioni-ioni-vuorovaikutusten luonne, muutokset liuottimen rakenteessa liuenneiden hiukkasten läsnä ollessa jne.

Polaaristen elektrolyyttien ionit ja molekyylit ovat erittäin aktiivisesti vuorovaikutuksessa keskenään, mikä johtaa solvataatiorakenteiden muodostumiseen, joiden roolista tulee merkittävämpi ionien koon pienentyessä ja niiden valenssien kasvaessa. Solvataatioenergia on elektrolyytti-ionien ja liuotinmolekyylien vuorovaikutuksen mitta.

Elektrolyytit pitoisuudestaan ​​riippuen ovat: laimeita liuoksia, ohimeneviä ja konsentroituja. Laimeat liuokset ovat rakenteeltaan samanlaisia ​​kuin puhtaat liuottimet, mutta läsnä olevat ionit hajottavat tämän rakenteen vaikutuksellaan. Tällaiset vahvojen elektrolyyttien heikot liuokset eroavat ihanteellisista ominaisuuksista johtuen ionien välisestä sähköstaattisesta vuorovaikutuksesta.

Konsentraation siirtymäalueelle on ominaista merkittävä muutos liuottimen rakenteessa ionien vaikutuksesta.Vielä suuremmalla pitoisuudella useimmat liuotinmolekyylit osallistuvat solvataatiorakenteisiin ionien kanssa, mikä luo liuotinvajetta.

Väkevöidyn liuoksen rakenne on lähellä ionisulaa tai kiteistä solvaattia, jolle on tunnusomaista ionirakenteiden korkea järjestys ja tasaisuus. Nämä ionirakenteet sitoutuvat toisiinsa ja vesimolekyyleihin monimutkaisen vuorovaikutuksen kautta.

Ominaisuuksiensa korkean ja matalan lämpötilan alueet sekä korkea- ja normaalipainealueet ovat ominaisia ​​elektrolyyteille. Paineen tai lämpötilan noustessa liuottimen molaarinen järjestys heikkenee ja assosiatiivisten ja solaatiovaikutusten vaikutus liuoksen ominaisuuksiin heikkenee. Ja kun lämpötila laskee sulamispisteen alapuolelle, jotkut elektrolyytit menevät lasimaiseen tilaan. Esimerkki tällaisesta elektrolyytistä on LiCl:n vesiliuos.

Nykyään elektrolyyteillä on erityisen tärkeä rooli tekniikan ja biologian maailmassa. Biologisissa prosesseissa elektrolyytit toimivat epäorgaanisen ja orgaanisen synteesin väliaineena ja teknologiassa sähkökemiallisen tuotannon perustana.

Elektrolyysi, sähkökatalyysi, metallien korroosio, sähkökiteytyminen – nämä ilmiöt ovat tärkeitä monilla nykyaikaisilla teollisuudenaloilla, erityisesti energian ja ympäristönsuojelun kannalta.

Katso myös: Vedyn tuotanto veden elektrolyysillä — tekniikka ja laitteet