Elektrolity

ELEKTROLIT
Jest to substancja przewodząca prąd elektryczny za pośrednictwem swobodnych jonów; może być w stanie stałym lub stopionym (np. sole) albo w roztworze (np. ulegające dysocjacji elektrolitycznej: kwasy, zasady i sole).
Elektrolity dysocjują w różny sposób pod względem ilościowym. Są
elektrolity, np. HCl czy HNOз, zdysocjowane w roztworze wodnym prawie
całkowicie:
Inne, jak CHзCOOH czy H COз, są słabo zdysocjowane:


Stopień dysocjacji elektrolitu mierzymy stosunkiem liczby cząsteczek
zdysocjowanych na jony do ogólnej liczby cząsteczek tego elektrolitu
znajdujących się w roztworze.
Stopień dysocjacji wyrażamy albo w postaci ułamka 0 < α< 1, albo w
procentach
0% < α < 100%.


Elektrolity silnie zdysocjowane, o stopniu dysocjacji zbliżonym do 1
(100%) nazywamy elektrolitami mocnymi.
Elektrolitami słabymi nazywamy elektrolity zdysocjowane na jony tylko
częściowo (stopień dysocjacji - rządu kilku procent)
Mocnym elektrolitem, ulegającym w roztworze wodnym 100-procentowej
dysocjacji jest, na przykład, kwas chlorowy (VII) - :


Słabym elektrolitem będzie, na przykład, kwas octowy który w
roztworze o stężeniu ma stopień dysocjacji
= 0,004 (0,4%):

Równania dysocjacji mocnych elektrolitów piszemy ze strzałką w jedną
stronę , elektrolitów słabych - w dwie strony .
Stopień dysocjacji zależy od stężenia elektrolitu. Dysocjacja
elektrolitu wzrasta, gdy maleje stężenie jego roztworu.
W roztworach bardzo rozcieńczonych stopień dysocjacji wszystkich
elektrolitów osiąga wartości bliskie 100%. Z tego powodu stopień
dysocjacji nie jest dokładną miarą mocy elektrolitów, zwłaszcza
elektrolitów słabych. Miarą mocy elektrolitów słabych (niezależnie od
stężenia) jest tzw. stała dysocjacji.
Proces dysocjacji słabego elektrolitu jest procesem odwracalnym. W
roztworze elektrolitu słabego, na przykład kwasu HA, istnieją obok
siebie jony i niezdysocjowane cząsteczki. Jony A i H mogą łączyć się w
cząsteczki HA, które mogą ponownie
dysocjować. Na początku procesu dysocjacji szybkości rozpadu cząsteczek na jony i łączenia się jonów w cząsteczki nie są jednakowe. Dopiero po pewnym czasie w roztworze ustala
się stan równowagi dynamicznej, w którym liczba łączących się ze sobą
jonów jest równa liczbie jonów pojawiających się wskutek dysocjacji. Do
procesu dysocjacji można więc, jak do każdej reakcji odwracalnej,
zastosować prawo działania mas



Stała dysocjacji jest to stosunek iloczynu stężeń molowych jonów do
stężenia molowego cząsteczek niezdysocjowanych.
Stała dysocjacji jest wielkością stałą w danej temperaturze i jej
wartość zmienia się wyłącznie wraz ze zmianą temperatury.
Wartość stałej dysocjacji zależy od mocy elektrolitu. Im elektrolit jest
mocniejszy, tym wartość stałej dysocjacji jest większa.
W roztworach mocnych elektrolitów nie istnieje stan równowagi pomiędzy
jonami i niezdysocjowanymi cząsteczkami i dlatego stała dysocjacji nie
ma sensu liczbowego dla takich elektrolitów.
Wartość stałej dysocjacji, w odróżnieniu od wartości
stopnia dysocjacji, nie ulega zmianie, mimo zmian stężenia roztworu
elektrolitu słabego. Stała dysocjacji jest więc lepszym wskaźnikiem mocy
elektrolitu słabego zależnym jedynie od temperatury.
Stężenie roztworu, stopień dysocjacji i stała dysocjacji dowolnego
elektrolitu słabego powiązane są ze sobą zależnością zwaną prawem
rozcieńczeń Ostwalda.
Stopień dysocjacji słabego elektrolitu jest odwrotnie proporcjonalny do
pierwiastka kwadratowego ze stężenia tego elektrolitu w roztworze i
wprost proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego ze stałej dysocjacji
tego elektrolitu.



Prąd elektryczny jest to przepływ elektrycznych nośników ładunku. Jeżeli
ładunki poruszają się w tym samym kierunku to jest to prąd stały, gdy
kierunek prądu zmienia się okresowo - o prądzie zmiennym.
Metale są dobrymi przewodnikami prądu. Przewodzenie prądu przez metale
jest związane z ruchem elektronów. Elektrony poruszają się od bieguna
ujemnego źródła prądu poprzez przewodnik metalowy do bieguna dodatniego,
który odbiera elektrony od przewodnika.
Przewodniki metaliczne nazywa się przewodnikami I rodzaju.
Inne niż metale substancje chemiczne w stanie bezwodnym oraz woda
destylowana są złymi przewodnikami prądu elektrycznego, natomiast
roztwory substancji zachowują się różnie: jedne przewodzą prąd
elektryczny, inne - nie. Jeśli w obwód prądu elektrycznego włączymy
roztwór wodny NaCl, to okaże się, że w obwodzie płynie prąd. Roztwór
wodny NaCl przewodzi więc prąd elektryczny. Jeżeli zamiast chlorku sodu
użyjemy do przygotowania roztworu, np. cukru, to roztwór taki nie będzie
przewodził prądu elektrycznego.
Substancje, których wodne roztwory przewodzą prąd elektryczny nazywamy
elektrolitami.
Inne substancje, których wodne roztwory nie przewodzą prądu, to
nieelektrolity.
Pomiędzy przewodzeniem prądu przez przewodniki I rodzaju (metaliczne) a
przewodzeniem prądu przez roztwory są bardzo istotne różnice.
W czasie przepływu prądu przez roztwór elektrolitu na kawałkach metalu,
połączonych z biegunami źródła prądu, obserwuje się wydzielanie się
substancji, często gazowych. Te dwa kawałki metalu (lub pałeczki
grafitowe) zanurzone w roztworze elektrolitu i połączone z biegunami
źródła prądu to elektrody - katoda (ujemna) i anoda (dodatnia). Na tych
właśnie elektrodach obserwuje się, w czasie przepływu prądu przez
roztwór, procesy chemiczne prowadzące bardzo często do wydzielania się
różnych substancji.
Układy, które przewodząc prąd elektryczny ulegają zmianom chemicznym są
przewodnikami II rodzaju. Przewodnikami II rodzaju, przewodnikami
elektrolitycznymi, są też (oprócz roztworów) niektóre stopione
elektrolity, na przykład stopione sole.
Elektrolitami są głównie wodorotlenki, kwasy i sole. Nośnikami prądu
elektrycznego w przypadku przewodników elektrolitycznych są jony.


Kwasy to związki chemiczne ulegające w wodnych roztworach dysocjacji elektrolitycznej z odszczepieniem w postaci kationów jedynie jonów wodorowych H+; jony te powodują kwaśny smak roztworu oraz charakterystyczne zabarwienie wskaźników, a ich stężenie, wyrażane wartością pH ( wykładnikiem jonów wodorowych, wielkością określającą odczyn roztworu. Jest miarą aktywności (stężenia) jonów wodorowych w roztworze; wartość pH to ujemny logarytm dziesiętny stężenia jonów wodorowych (cH+ w molach/l); dla roztworów wodnych może przybierać wartości od 0 do 14, np. roztwór kwasu o stężeniu jonów H+ równym 1 mol/l ma pH = 0 .Woda ma odczyn obojętny i pH = 7; pH mierzy się pehametrem lub za pomocą wskaźników) mniejszą niż 7, decyduje o mocy kwasu; rozróżnia się kwasy organiczne (kwasy karboksylowe, sulfonowe) i kwasy nieorganiczne (zw. mineralnymi) beztlenowe, np. kwas solny, oraz tlenowe; gdy dany pierwiastek tworzy kilka kwasów tlenowych w ich nazwach systematycznych umieszcza się cyfrę rzymską informującą o stopniu utlenienia pierwiastka kwasotwórczego lub, tradycyjnie, końcówkę -awy (dla niższego) albo -owy (dla wyższego stopnia utlenienia), np. HNO2 — kwas azotowy(III), kwas azotawy; HNO3 — kwas azotowy(V), kwas azotowy.