11.2: Electrolytes

Malengo ya kujifunza

• Eleza na kutoa mifano ya electrolytes
• Tofautisha kati ya mabadiliko ya kimwili na kemikali ambayo yanaongozana na uharibifu wa electrolytes ionic na covalent
• Kuhusiana electrolyte nguvu kwa Solute-kutengenezea nguvu

Wakati baadhi ya vitu hupasuka ndani ya maji, hupata mabadiliko ya kimwili au kemikali ambayo huzalisha ions katika suluhisho. Dutu hizi hufanya darasa muhimu la misombo inayoitwa electrolytes. Mambo ambayo hayatoi ions wakati kufutwa huitwa nonelectrolytes. Ikiwa mchakato wa kimwili au kemikali unaozalisha ions kimsingi ni ufanisi wa 100% (yote ya kiwanja kilichopasuka huzalisha ions), basi dutu hii inajulikana kama electrolyte yenye nguvu. Ikiwa sehemu ndogo tu ya dutu iliyoharibiwa inakabiliwa na mchakato wa kuzalisha ion, inaitwa electrolyte dhaifu.

Mambo yanaweza kutambuliwa kama nguvu, dhaifu, au nonelectrolytes kwa kupima upitishaji wa umeme wa suluhisho la maji yenye dutu. Kufanya umeme, dutu lazima iwe na aina za simu za mkononi, za kushtakiwa. Wengi wanaojulikana ni uendeshaji wa umeme kupitia waya za metali, ambapo kesi ya simu, vyombo vya kushtakiwa ni elektroni. Ufumbuzi pia unaweza kufanya umeme ikiwa yana ions kufutwa, na conductivity kuongezeka kama mkusanyiko ion kuongezeka. Kutumia voltage kwa electrodes kuzama katika ufumbuzi vibali tathmini ya mkusanyiko jamaa wa ions kufutwa, ama quantitatively, kwa kupima mtiririko wa umeme wa sasa, au kwa ubora, kwa kuchunguza mwangaza wa bulb mwanga pamoja na katika mzunguko (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Ufumbuzi wa nonelectrolytes kama vile ethanol hauna ions kufutwa na hawezi kufanya umeme. Ufumbuzi wa electrolytes una ions ambayo inaruhusu kifungu cha umeme. Conductivity ya suluhisho la electrolyte ni kuhusiana na nguvu ya electrolyte.

Mchoro huu unaonyesha beakers tatu tofauti. Kila mmoja ana waya iliyoingia kwenye bandari ya ukuta. Katika kila kesi, waya huongoza kutoka ukuta hadi kwenye beaker na imegawanyika kusababisha mwisho. Mwisho mmoja unasababisha bomba la mwanga na unaendelea kwenye mstatili ulioandikwa na ishara ya pamoja. Mwisho mwingine unasababisha mstatili ulioandikwa na ishara ndogo. Mstatili ni katika suluhisho. Katika beaker ya kwanza, iliyoitwa “Ethanol No Conductivity,” jozi nne za nyanja ndogo za kijani zilizounganishwa zimeimarishwa katika suluhisho kati ya mstatili. Katika beaker ya pili, iliyoitwa “K C l Nguvu Conductivity,” sita maeneo ya kijani ya mtu binafsi, tatu kinachoitwa pamoja na tatu kinachoitwa minus ni kusimamishwa katika suluhisho. Kila moja ya nyanja sita ina mshale unaoenea kutoka kwao unaoelekeza kwenye mstatili ulioandikwa na ishara tofauti. Katika beaker ya tatu, kinachoitwa “Acetic asidi ufumbuzi dhaifu conductivity,” jozi mbili za nyanja za kijani zilizounganishwa na nyanja mbili za mtu binafsi, moja iliyoandikwa pamoja na moja iliyoandikwa minus huonyeshwa kusimamishwa kati ya mstatili wawili. Nyanja iliyoandikwa zaidi ina mshale unaoelekeza kwenye mstatili ulioandikwa na minus na nyanja iliyochaguliwa ina mshale unaoelezea mstatili ulioandikwa pamoja.

Electrolytes ya ionic

Maji na molekuli nyingine za polar huvutiwa na ions, kama inavyoonekana kwenye Mchoro\(\PageIndex{2}\). Mvuto wa umeme kati ya ioni na molekuli yenye dipole inaitwa kivutio cha ion-dipole. Vivutio hivi vina jukumu muhimu katika kuvunjwa kwa misombo ya ionic katika maji.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kama kloridi ya potasiamu (kCl) hupasuka katika maji, ions hidrati. Molekuli ya maji ya polar huvutiwa na mashtaka kwenye K ⁺ na Cl ^- ions. Molekuli za maji mbele na nyuma ya ions hazionyeshwa.

Mchoro unaonyesha nyanja nane za rangi ya zambarau zilizoitwa K superscript pamoja na nyanja nane za kijani zilizoitwa C l superscript bala mchanganyiko na kugusa karibu katikati ya mchoro. Nje ya nguzo hii ya nyanja ni makundi kumi na saba ya nyanja tatu, ambazo zinajumuisha nyanja moja nyekundu na mbili nyeupe. Nyanja nyekundu katika moja ya makundi haya ni kinachoitwa O. nyanja nyeupe inaitwa H. mbili ya kijani C l superscript minus nyanja kuzungukwa na tatu ya makundi nyekundu na nyeupe, na nyanja nyekundu karibu na nyanja ya kijani kuliko nyanja nyeupe. Moja ya K superscript pamoja na nyanja za zambarau imezungukwa na makundi manne ya nyekundu na nyeupe. Sehemu nyeupe za makundi haya ni karibu na nyanja za rangi ya zambarau.

Wakati misombo ionic kufutwa katika maji, ions katika tofauti imara na kueneza enhetligt katika suluhisho kwa sababu molekuli maji surround na solvate ions, kupunguza nguvu nguvu umeme kati yao. Utaratibu huu inawakilisha mabadiliko ya kimwili inayojulikana kama dissociation. Chini ya hali nyingi, misombo ionic itakuwa dissociate karibu kabisa wakati kufutwa, na hivyo wao ni classified kama electrolytes nguvu.

Hebu tuchunguze kinachotokea katika ngazi microscopic tunapoongeza kCl imara kwa maji. Vikosi vya ion-dipole huvutia mwisho wa hidrojeni (hidrojeni) wa molekuli za maji ya polar kwa ions hasi ya kloridi kwenye uso wa imara, na huvutia mwisho wa hasi (oksijeni) kwa ions nzuri za potasiamu. Molekuli maji kupenya kati ya mtu binafsi K ⁺ na ^{Cl -ions} na kuzunguka yao, kupunguza nguvu nguvu interionic kwamba kumfunga ions pamoja na kuruhusu yao hoja mbali katika ufumbuzi kama ions solvated, kama Kielelezo inaonyesha. Kupunguza kivutio cha umeme inaruhusu mwendo wa kujitegemea wa kila ioni hidrati katika suluhisho la kuondokana, na kusababisha kuongezeka kwa ugonjwa wa mfumo kama ions zinabadilika kutoka nafasi zao za kudumu na zilizoamuru katika kioo kwa majimbo ya simu na mengi zaidi yanayosababishwa katika suluhisho. Ugonjwa huu ulioongezeka unawajibika kwa uharibifu wa misombo mingi ya ionic, ikiwa ni pamoja na kCl, ambayo hupasuka kwa kunyonya joto.

Katika hali nyingine, vivutio vya umeme kati ya ioni katika kioo ni kubwa sana, au vikosi vya kuvutia ion-dipole kati ya ioni na molekuli za maji ni dhaifu sana, kwamba ongezeko la ugonjwa hauwezi kulipa fidia kwa nishati inayotakiwa kutenganisha ioni, na kioo hakina. Hiyo ni kesi kwa misombo kama calcium carbonate (chokaa), kalsiamu phosphate (sehemu isokaboni ya mfupa), na oksidi ya chuma (kutu).

Electrolytes ya covalent

Maji safi ni kondakta duni sana ya umeme kwa sababu ni kidogo tu ionized- tu takriban mbili kati ya kila molekuli bilioni 1 ionize saa 25 °C Maji ionizes pale molekuli moja ya maji ikitoa protoni kwa molekuli nyingine ya maji, ikitoa ioni hidroniamu na hidroksidi.

\[\ce{H_2O (l)+ H_2O (l) \rightleftharpoons H_3O^{+} (aq) + OH^{−} (aq)} \label{11.3.2} \]

Katika baadhi ya matukio, tunaona kwamba ufumbuzi ulioandaliwa kutoka kwa misombo ya covalent hufanya umeme kwa sababu molekuli za solute huguswa kemikali na kutengenezea kuzalisha ions. Kwa mfano, kloridi safi ya hidrojeni ni gesi yenye molekuli ya hCl ya covalent. Gesi hii haina ions. Hata hivyo, wakati sisi kufuta kloridi hidrojeni katika maji, tunaona kwamba suluhisho ni conductor nzuri sana. Molekuli za maji zina sehemu muhimu katika kutengeneza ions: Ufumbuzi wa kloridi hidrojeni katika vimumunyisho vingine vingi, kama vile benzini, haufanyi umeme na hauna ions.

Kloridi hidrojeni ni asidi, na hivyo molekuli zake huguswa na maji, kuhamisha ioni H ⁺ kuunda ioni za hidronium (\(H_3O^+\)) na ioni za kloridi (^{Cl -}):

 

Equation ya kemikali inavyoonyeshwa. Kwa upande wa kushoto, atomi mbili za hidrojeni zinaunganishwa, kila mmoja na dash moja kwa atomi ya kati ya oksijeni upande wa kushoto na chini ya alama ya oksijeni, ambayo ina jozi mbili za dots, hapo juu na kulia ya atomi. Ishara ya pamoja inavyoonyeshwa upande wa kulia, halafu atomi ya hidrojeni inayohusishwa na upande wa kushoto wa atomi ya klorini kwa dash moja yenye jozi tatu za dots, hapo juu, upande wa kulia, na chini ya ishara ya kipengele. Mshale unaonyesha bidhaa ambazo ni atomi tatu za hidrojeni zilizounganishwa na dashes moja kwa atomi ya kati ya oksijeni iliyoonyeshwa kwenye mabano yenye superscript plus. Atomu ya oksijeni ina jozi moja ya dots juu ya alama ya elementi. Hii inafuatiwa na plus na C l superscript minus. Ishara hii imezungukwa na jozi nne za dots, juu na chini na kushoto na kulia ya ishara ya kipengele.

Tabia hii ni kimsingi 100% kamili kwa HCl (yaani, ni asidi kali na, kwa hiyo, electrolyte yenye nguvu). Vivyo hivyo, asidi dhaifu na misingi ambayo huguswa sehemu tu huzalisha viwango vya chini vya ioni wakati kufutwa katika maji na huwekwa kama electrolytes dhaifu. Msomaji anaweza kutaka kupitia majadiliano ya asidi kali na dhaifu zinazotolewa katika sura ya awali ya maandishi haya juu ya madarasa ya majibu na stoichiometry.

Muhtasari

Mambo ambayo hupasuka katika maji ili kuzalisha ions huitwa electrolytes. Electrolytes inaweza kuwa misombo ya covalent ambayo kemikali kuguswa na maji ili kuzalisha ions (kwa mfano, asidi na besi), au wanaweza kuwa misombo ionic ambayo dissociate kutoa cations yao Constituent na anions, wakati kufutwa. Uharibifu wa kiwanja cha ionic huwezeshwa na vivutio vya ion-dipole kati ya ions ya kiwanja na molekuli za maji ya polar. Dutu ionic mumunyifu na asidi kali ionize kabisa na ni electrolytes nguvu, wakati asidi dhaifu na besi ionize kwa kiasi kidogo tu na ni electrolytes dhaifu. Nonelectrolytes ni vitu ambavyo hazizalishi ions wakati kufutwa katika maji.

faharasa

kujitenga

mchakato wa kimwili unaoongozana na uharibifu wa kiwanja cha ionic ambacho ions ya kiwanja hutenganishwa na kutawanyika katika suluhisho

electroliti

Dutu inayozalisha ions wakati kufutwa katika maji

kivutio cha ion-dipole

mvuto wa umeme kati ya ion na molekuli ya polar

isiyo electrolyt

Dutu ambayo haina kuzalisha ions wakati kufutwa katika maji

electrolyte

Dutu kwamba dissociates au ionizes kabisa wakati kufutwa katika maji

elektroliti dhaifu

Dutu kwamba ionizes sehemu tu wakati kufutwa katika maji