Roztwory elektrolitów to specjalne ciecze, które częściowo lub całkowicie mają postać naładowanych cząstek (jonów). Sam proces rozszczepiania cząsteczek na ujemnie (aniony) i dodatnio naładowane (kationy) cząstki nazywamy dysocjacją elektrolityczną. Dysocjacja w roztworach jest możliwa tylko dzięki zdolności jonów do interakcji z cząsteczkami cieczy polarnej, która działa jak rozpuszczalnik.
Co to są elektrolity
Roztwory elektrolitów dzielą się na wodne i niewodne. Wodne zostały dość dobrze zbadane i są bardzo rozpowszechnione. Znajdują się w prawie każdym żywym organizmie i są aktywnie zaangażowane w wiele ważnych procesów biologicznych. Elektrolity niewodne służą do przeprowadzania procesów elektrochemicznych i różnych reakcji chemicznych. Ich zastosowanie doprowadziło do wynalezienia nowych chemicznych źródeł energii. Odgrywają ważną rolę w ogniwach fotoelektrochemicznych, syntezie organicznej, kondensatorach elektrolitycznych.
Roztwory elektrolitów w zależności od stopnia dysocjacji można podzielić nasilny, średni i słaby. Stopień dysocjacji (α) to stosunek liczby cząsteczek rozłożonych na cząstki naładowane do całkowitej liczby cząsteczek. Dla mocnych elektrolitów wartość α zbliża się do 1, dla średnich elektrolitów α≈0,3, a dla słabych α<0, 1.
Mocne elektrolity zazwyczaj zawierają sole, niektóre kwasy - HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4, wodorotlenki baru, strontu, wapnia i metali alkalicznych. Inne zasady i kwasy to średnie lub słabe elektrolity.
Właściwości roztworów elektrolitów
Tworzeniu roztworów często towarzyszą efekty termiczne i zmiany objętości. Proces rozpuszczania elektrolitu w cieczy przebiega w trzech etapach:
- Zniszczenie wiązań międzycząsteczkowych i chemicznych rozpuszczonego elektrolitu wymaga wydatkowania pewnej ilości energii i dlatego ciepło jest pochłaniane (∆Нrozwiązane> 0).
- Na tym etapie rozpuszczalnik zaczyna wchodzić w interakcje z jonami elektrolitów, co prowadzi do powstania solwatów (w roztworach wodnych – hydratów). Proces ten nazywa się solwatacją i jest egzotermiczny, tj. ciepło jest uwalniane (∆ Нhydr < 0).
- Ostatnim krokiem jest dyfuzja. Jest to równomierny rozkład hydratów (solwatów) w objętości roztworu. Proces ten wymaga kosztów energii i dlatego roztwór jest chłodzony (∆Нdif > 0).
W związku z tym całkowity efekt termiczny rozpuszczania elektrolitu można zapisać w następujący sposób:
∆Нsolv=∆Нrelease + ∆Нhydr + ∆Н różnic
Ostateczny znak całkowitego efektu termicznego rozpuszczenia elektrolitu zależy od tego, jakie okazują się składowe efekty energetyczne. Ten proces jest zwykle endotermiczny.
Właściwości rozwiązania zależą przede wszystkim od charakteru jego elementów składowych. Ponadto na właściwości elektrolitu wpływa skład roztworu, ciśnienie i temperatura.
W zależności od zawartości rozpuszczonej substancji, wszystkie roztwory elektrolitów można podzielić na skrajnie rozcieńczone (zawierające tylko „ślady” elektrolitu), rozcieńczone (z małą zawartością rozpuszczonej substancji) i stężone (o znaczna zawartość elektrolitu).
Reakcje chemiczne w roztworach elektrolitów, spowodowane przepływem prądu elektrycznego, prowadzą do uwolnienia pewnych substancji na elektrodach. Zjawisko to nazywane jest elektrolizą i jest często wykorzystywane we współczesnym przemyśle. W szczególności elektroliza wytwarza aluminium, wodór, chlor, wodorotlenek sodu, nadtlenek wodoru i wiele innych ważnych substancji.
