מהו אלקטרוליט

חומרים בהם הזרם החשמלי נובע מתנועת יונים, כלומר. מוליכות יוניתנקראים אלקטרוליטים. אלקטרוליטים שייכים למוליכים מהסוג השני, שכן הזרם בהם קשור לתהליכים כימיים, ולא רק לתנועת אלקטרונים, כמו במתכות.

מולקולות של חומרים אלה בתמיסה מסוגלות להתנתק אלקטרוליטי, כלומר, הן מתפרקות כשהן מומסות ליונים בעלי מטען חיובי (קטיונים) ויונים בעלי מטען שלילי (אניונים). ניתן למצוא בטבע אלקטרוליטים מוצקים, נמסים יוניים ותמיסות אלקטרוליטים. בהתאם לסוג הממס, האלקטרוליטים הם מימיים ולא מימיים, וכן סוג מיוחד - פוליאלקטרוליטים.

בהתאם לסוג היונים שלתוכם החומר מתפרק כשהוא מומס במים, אלקטרוליטים ללא H+ ו-OH- יוני (אלקטרוליטים מלח), אלקטרוליטים עם שפע של H+ יוני (חומצות) ואלקטרוליטים עם דומיננטיות של יוני OH- ( בסיס) ניתן לבודד.

אם נוצר מספר שווה של יונים חיוביים ושליליים במהלך פירוק מולקולות אלקטרוליטים, אלקטרוליט כזה נקרא סימטרי.או אסימטרי אם מספר היונים החיוביים והשליליים בתמיסה אינו זהה. דוגמאות לאלקטרוליטים סימטריים - KCl - אלקטרוליט 1,1 ערכי ו- CaSO4 - אלקטרוליט 2,2 ערכי. נציג של אלקטרוליט אסימטרי הוא, למשל, H2TAKA4 - אלקטרוליט 1,2 ערכי.

ניתן לחלק באופן גס את כל האלקטרוליטים לחזקים וחלשים, בהתאם ליכולתם להתנתק. אלקטרוליטים חזקים בתמיסות מדוללות מתפרקים כמעט לחלוטין ליונים. אלה כוללים מספר רב של מלחים אנאורגניים, כמה חומצות ובסיסים בתמיסות מימיות או ממסים בעלי כוח דיסוציאציה גבוה, כגון אלכוהול, קטונים או אמידים.

אלקטרוליטים חלשים מתפרקים רק חלקית ונמצאים בשיווי משקל דינמי עם מולקולות לא מפורקות. אלה כוללים מספר רב של חומצות אורגניות וכן בסיסים רבים בממיסים.

מידת הדיסוציאציה תלויה במספר גורמים: טמפרטורה, ריכוז וסוג הממס. אז, אותו אלקטרוליט בטמפרטורות שונות, או באותה טמפרטורה אבל בממסים שונים, יתנתק לדרגות שונות.

מאחר שניתוק אלקטרוליטי, בהגדרה, יוצר מספר גדול יותר של חלקיקים בתמיסה, הוא מוביל להבדלים משמעותיים בתכונות הפיזיקליות של תמיסות של אלקטרוליטים וחומרים מסוגים שונים: הלחץ האוסמוטי עולה, טמפרטורת ההקפאה משתנה ביחס לטוהר הממס. ואחרים.

יוני אלקטרוליט משתתפים לרוב בתהליכים אלקטרוכימיים ובתגובות כימיות כיחידות קינטיות עצמאיות, ללא תלות ביונים אחרים המצויים בתמיסה: על האלקטרודות הטבולות באלקטרוליט, כאשר הזרם עובר דרך האלקטרוליט, מתרחשות תגובות חמצון-הפחתה, התוצרים של אשר מתווספים להרכב האלקטרוליטים.

לפיכך, אלקטרוליטים הם מערכות מורכבות של חומרים הכוללות יונים, מולקולות ממס, מולקולות מומסות לא מפורקות, זוגות יונים ותרכובות גדולות יותר. לכן, תכונות האלקטרוליטים נקבעות על ידי מספר גורמים: אופי אינטראקציות יון-מולקולריות ויון-יון, שינויים במבנה הממס בנוכחות חלקיקים מומסים וכו'.

יונים ומולקולות של אלקטרוליטים קוטביים מקיימים אינטראקציה פעילה מאוד זה עם זה, מה שמוביל להיווצרות מבני פתרון, שתפקידם הופך משמעותי יותר עם ירידה בגודל היונים ועלייה בערכיות שלהם. אנרגיית הפתרון היא מדד לאינטראקציה של יוני אלקטרוליט עם מולקולות ממס.

אלקטרוליטים, בהתאם לריכוזם, הם: תמיסות מדוללות, חולפות ומרוכזות. תמיסות מדוללות דומות במבנה לממס טהור, אך היונים הנוכחיים משבשים את המבנה הזה בהשפעתם. פתרונות חלשים כאלה של אלקטרוליטים חזקים שונים מפתרונות אידיאליים במאפיינים בשל האינטראקציה האלקטרוסטטית בין יונים.

אזור המעבר של ריכוז מאופיין בשינוי משמעותי במבנה הממס עקב השפעת היונים.בריכוז גבוה עוד יותר, רוב מולקולות הממס משתתפות במבנים הממסים עם יונים, ובכך יוצרים מחסור בממס.

לתמיסה המרוכזת מבנה קרוב להמסה יונית או סולבאט גבישי, המאופיינת בסדר גבוה ובאחידות של מבנים יוניים. מבנים יוניים אלו נקשרים זה לזה ועם מולקולות מים באמצעות אינטראקציות מורכבות.

אזורי טמפרטורה גבוהה וטמפרטורה נמוכה של תכונותיהם, כמו גם אזורי לחץ גבוה ונורמלי, אופייניים לאלקטרוליטים. ככל שהלחץ או הטמפרטורה עולים, הסדר הטוחני של הממס פוחת והשפעתן של השפעות אסוציאטיביות וסולציות על תכונות התמיסה נחלשת. וכשהטמפרטורה יורדת מתחת לנקודת ההיתוך, חלק מהאלקטרוליטים עוברים למצב זכוכית. דוגמה לאלקטרוליט כזה היא תמיסה מימית של LiCl.

כיום, לאלקטרוליטים תפקיד חשוב במיוחד בעולם הטכנולוגיה והביולוגיה. בתהליכים ביולוגיים, האלקטרוליטים משמשים כתווך לסינתזה אנאורגנית ואורגנית, ובטכנולוגיה כבסיס לייצור אלקטרוכימי.

אלקטרוליזה, אלקטרוקטליזה, קורוזיה של מתכות, התגבשות אלקטרו - תופעות אלו תופסות מקומות חשובים בתעשיות מודרניות רבות, במיוחד במונחים של אנרגיה והגנה על הסביבה.

ראה גם: ייצור מימן על ידי אלקטרוליזה של מים - טכנולוגיה וציוד