Mis on elektrolüüt

Ained, milles elektrivool on tingitud ioonide liikumisest, s.o. ioonjuhtivusnimetatakse elektrolüütideks. Elektrolüüdid kuuluvad teist tüüpi juhtide hulka, kuna neis olev vool on seotud keemiliste protsessidega, mitte lihtsalt elektronide liikumisega, nagu metallides.

Nende ainete lahuses olevad molekulid on võimelised elektrolüütiliselt dissotsieeruma, see tähendab, et nad lagunevad lahustumisel positiivselt laetud (katioonid) ja negatiivselt laetud (anioonid) ioonideks. Looduses võib leida tahkeid elektrolüüte, ioonseid sulameid ja elektrolüütide lahuseid. Sõltuvalt lahusti tüübist on elektrolüüdid vesi- ja mittevesipõhised, samuti eritüüpi - polüelektrolüüdid.

Sõltuvalt ioonide tüübist, milleks aine vees lahustamisel laguneb, on H + ja OH- ioonideta elektrolüüdid (soola elektrolüüdid), rohke H + ioonidega elektrolüüdid (happed) ja OH-ioonide ülekaaluga elektrolüüdid ( alus) saab eraldada.

Kui elektrolüüdi molekulide dissotsiatsiooni käigus tekib võrdne arv positiivseid ja negatiivseid ioone, nimetatakse sellist elektrolüüti sümmeetriliseks.Või asümmeetriline, kui positiivsete ja negatiivsete ioonide arv lahuses ei ole sama. Sümmeetriliste elektrolüütide näited - KCl - 1,1-valentne elektrolüüt ja CaSO4 - 2,2-valentne elektrolüüt. Asümmeetrilise elektrolüüdi esindaja on näiteks H2TAKA4 — 1,2-valentne elektrolüüt.

Kõik elektrolüüdid võib jämedalt jagada tugevateks ja nõrkadeks, sõltuvalt nende dissotsieerumisvõimest. Tugevad elektrolüüdid lahjendatud lahustes lagunevad peaaegu täielikult ioonideks. Nende hulka kuuluvad suur hulk anorgaanilisi sooli, mõned happed ja alused vesilahustes või suure dissotsiatsioonivõimega lahustid, nagu alkoholid, ketoonid või amiidid.

Nõrgad elektrolüüdid lagunevad ainult osaliselt ja on dünaamilises tasakaalus dissotsieerumata molekulidega. Nende hulka kuuluvad nii suur hulk orgaanilisi happeid kui ka palju aluseid lahustites.

Dissotsiatsiooniaste sõltub mitmest tegurist: temperatuurist, kontsentratsioonist ja lahusti tüübist. Seega dissotsieerub sama elektrolüüt erinevatel temperatuuridel või samal temperatuuril, kuid erinevates lahustites erineval määral.

Kuna elektrolüütiline dissotsiatsioon tekitab lahuses definitsiooni järgi suurema hulga osakesi, põhjustab see olulisi erinevusi elektrolüütide ja erinevat tüüpi ainete lahuste füüsikalistes omadustes: osmootne rõhk tõuseb, külmumistemperatuur muutub lahusti puhtuse suhtes. ja teised.

Elektrolüüdi ioonid osalevad sageli elektrokeemilistes protsessides ja keemilistes reaktsioonides iseseisvate kineetiliste ühikutena, mis ei sõltu lahuses leiduvatest teistest ioonidest: elektrolüüti sukeldatud elektroodidel toimuvad voolu läbimisel elektrolüüti oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsioonid. mis lisatakse elektrolüüdi koostisele .

Seega on elektrolüüdid komplekssed ainete süsteemid, mis sisaldavad ioone, lahusti molekule, dissotsieerumata lahustunud aine molekule, ioonipaare ja suuremaid ühendeid. Seetõttu määravad elektrolüütide omadused mitmed tegurid: ioon-molekulaarne ja ioon-ioon interaktsiooni iseloom, muutused lahusti struktuuris lahustunud osakeste juuresolekul jne.

Polaarsete elektrolüütide ioonid ja molekulid interakteeruvad üksteisega väga aktiivselt, mis viib solvatatsioonistruktuuride moodustumiseni, mille roll muutub olulisemaks ioonide suuruse vähenemise ja nende valentside suurenemisega. Solvatatsioonienergia on elektrolüütide ioonide ja lahusti molekulide vastastikmõju mõõt.

Elektrolüüdid, olenevalt nende kontsentratsioonist, on: lahjendatud lahused, mööduvad ja kontsentreeritud. Lahjendatud lahused on struktuurilt sarnased puhta lahustiga, kuid olemasolevad ioonid rikuvad selle struktuuri oma mõju tõttu. Sellised tugevate elektrolüütide nõrgad lahused erinevad ideaallahustest omaduste poolest ioonide elektrostaatilise vastasmõju tõttu.

Kontsentratsiooni üleminekupiirkonda iseloomustab lahusti struktuuri oluline muutus ioonide mõju tõttu.Veelgi suurema kontsentratsiooni korral osaleb enamik lahusti molekule ioonidega solvatatsioonistruktuurides, tekitades seega lahusti puudujäägi.

Kontsentreeritud lahuse struktuur on lähedane ioonse sulandi või kristalse solvaadile, mida iseloomustab ioonstruktuuride kõrge järjestus ja ühtlus. Need ioonstruktuurid seostuvad omavahel ja veemolekulidega keerukate interaktsioonide kaudu.

Elektrolüütidele on iseloomulikud nende omaduste kõrge ja madala temperatuuriga piirkonnad, samuti kõrg- ja normaalrõhupiirkonnad. Rõhu või temperatuuri tõustes lahusti molaarne järjestus väheneb ning assotsiatiivsete ja solatsiooniefektide mõju lahuse omadustele nõrgeneb. Ja kui temperatuur langeb alla sulamistemperatuuri, lähevad mõned elektrolüüdid klaasjaks. Sellise elektrolüüdi näiteks on LiCl vesilahus.

Tänapäeval mängivad elektrolüüdid tehnoloogia ja bioloogia maailmas eriti olulist rolli. Bioloogilistes protsessides toimivad elektrolüüdid anorgaanilise ja orgaanilise sünteesi keskkonnana ning tehnoloogias elektrokeemilise tootmise alusena.

Elektrolüüs, elektrokatalüüs, metallide korrosioon, elektrokristallisatsioon — need nähtused on paljudes kaasaegsetes tööstusharudes tähtsal kohal, eriti energeetika ja keskkonnakaitse seisukohalt.

Vaata ka: Vesiniku tootmine vee elektrolüüsil — tehnoloogia ja seadmed