Elektrokémiai tulajdonságait elektrolitok és az elektrolízis

Elektrokémiai - a tanulmány az elektromos jelenségek kísérik a kémiai folyamatokat. Mivel minden kémiai anyagok (atomok, molekulák, atomi és molekuláris ionok) állnak pozitív töltésű atommag és az elektronok, bármilyen kémiai átalakítás (törés néhány kémiai kötések a molekulák és a kialakulását mások) valahogyan összefügg azzal átrendeződés az atomok, a vegyérték elektronok. A redox reakciók, elektronok mozogni az egyik atom a másikra. Mint holisztikus fegyelem Elektrokémiai tanulmányozták egyetemeken. Itt fogjuk röviden ismertetjük a két szakasz, amelynek a tulajdonságai az elektrolitok és az elektrolízis vizsgálták.







A „elektrolit” (a görög „lebontható energia”) először javasolta az angol kémikus és fizikus M.Faradey (1791-1867). A 30-es években. múlt század M.Faradey kifejezte azt az elképzelést, hogy elektrolitok hatására az elektromos mező szétválasztani „ion” (szó szerint fordítva a szót, azt jelenti: „vándorok”, „vándorok”). Ez a potenciálkülönbség át az elektródokon, leengedjük az elektrolit oldatban, az oldat kezd menjen át az elektromos áram. Azonban, elektrolit oldatok más meglepő tulajdonságokkal. Ismeretes, hogy a megoldások, alacsonyabb dermedési hőmérséklet és magasabb a forráspontja, mint a tiszta oldószer. Ez a változás a hőmérséklet fagyasztás és forráspontja nem természetétől függ az oldott anyag, által meghatározott annak koncentrációja és az oldószer jellegétől. Elektrolit oldatok úgy viselkednek, mintha a részecskék száma az oldatban sokkal nagyobb, mint ami megfelel a koncentrációjukkal. A termikus hatás semlegesítési reakciókat (függetlenül attól, melyik sav reagál semmilyen alkáli) körülbelül azonos. A hőmérséklet 20 ° C ez egyenlő - 57,3 kJ / mól.

Ahhoz, hogy megmagyarázni ezeket a funkciókat elektrolit oldatok 1887, a svéd kémikus S.Arrenius (1859-1927) javasolta egy elmélet az elektrolitikus disszociáció. Fő rendelkezések.

1. Ha a vízben oldott molekula savak, bázisok és sók disszociál ionokra:

Az ok, amiért a molekulák elektrolitok disszociál ionokra, S.Arrenus nem vették figyelembe.

2. disszociációja molekulák ionok gyenge elektrolitok hiányos. Ezért szükséges, hogy a koncepció a „disszociációfok” (a), és határozza meg, mint az aránya a molekulák bomlott ionok. Ezután 1-a fogja jellemezni a frakció molekulák ionokra nondecomposed. Nézzük a disszociációs ecetsav:

Ennek alapján a tömeghatás törvénye

Itt, zárójelben [] kifejezésére mól koncentráció (k) egy anyag az oldatban. V = 1 / c - a térfogat koncentrációja az oldat c, amelyben az elektrolit tartalmaz 1 mól - ez az úgynevezett „hígítás”, és a kifejezést (4.5.1) nevezzük törvény Ostwald hígításban. Elméletileg Arrhenius K egy állandó, egy adott elektrolit. Az erős elektrolitok gyenge elektrolitok

Alapján az elmélet a elektrolitos disszociáció az összes tulajdonságait elektrolit oldatok és talál egy természetes magyarázata az első elmélete a savak és bázisok jött létre. Acid - olyan vegyület, amelynek molekulák disszociál kationok és anionok hidrogénsav maradék. Bázisok - olyan vegyület, amelynek molekulái disszociálnak fémkationok és a hidroxil-anionok.

A logaritmusa a hidrogénion-koncentráció, vett ellenkező előjelű, úgynevezett oldat pH-ját:

Az erőssége a elektrolit fok határozza meg a disszociációs ionokra:

Ha egy 0,1 mólos a> 30%, az elektrolit az úgynevezett erős;

Ha egy 0,1 mólos <3 %, то электролит называют слабым;

Ha egy 0,1 mólos 3%

Erős azok a sók, szinte az összes, néhány szervetlen savak (sósav, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HCIO4), az alkálifémek hidroxidjai és az alkáli földfémek (alkáli). Gyenge elektrolitok tárgya sót Fe (SCN) 3 - vas-tiocianát, a legtöbb savakkal és bázisokkal [H2S, H2CO3, Al (OH) 3, NH4OH]. A közepes szilárdságú elektrolitok közé HF, H3PO4, H2SO3.

A kémiai reakciók között elektrolitok számos funkcióval. Amikor elvezetését oldatok nátrium-klorid és kálium-nitrátot lehet számítani, hogy két új sók képződnek - a kálium-klorid és nátrium-nitrát:

NaCl + KNO3 = KCl + NaNO3.

Ha írunk a reakció ionos formában:

Na + + Cl- + K + + NO3 = K + + Cl- + Na + + NO3,







ez könnyen belátható, hogy például az ionok oldatban megelőzően keverés, így azok is elhagyta leengedése után a sóoldatok, és nincs kémiai reakció között ionokat, és ezáltal nem. Igaz párolgása ezen oldat, megkapjuk kristályok a négy só. A reakció a elektrolit abban az esetben, bármely termék a reakció:

1) kicsapódik:

2) van allokálva, mint a gáz:

3) egy gyenge elektrolit:

Az elmélet az elektrolitos disszociáció lehetővé teszi egyéni megmagyarázni, hogy miért sóoldatok képes egy semleges, savas vagy lúgos környezetben.

Ha a képződött sót egy erős bázis és egy erős sav, annak pH = 7.

Ha a képződött sót egy erős bázis és egy gyenge sav, annak pH> 7 - a környezet alkalikus:

Ha a sót egy gyenge bázissal és egy erős sav, a pH-ja <7 - среда кислая:

NH4CI + H2O = NH 4OH + Cl- + H +, NH4 + + H2O = NH 4OH + H +.

Ha a sót egy gyenge bázissal és egy gyenge sav, ez gyakran nem csak oldatban, hanem a levegőt (ami mindig jelen van, vízgőz) megsemmisül:

A modern elektrolitos disszociáció elméletének

Ezzel szemben Arrenusu mely megoldások tekinthető mechanikus keverékét, elektrolitikus ionok vízmolekulák, Mendeleev beszélt kémiai kölcsönhatás az oldott anyag és az oldószer, amely képződnek miatt „instabil vegyület disszociációs állapotban”. Az elektrolitos disszociáció elméletének S.Arreniusa két jelentős hátránya. Először is, ez nem pont az összeomlás okozza semleges molekulák ionokra, azaz figyelmen kívül hagyva a kölcsönhatása ionok vízmolekulák, amelyek poláris (dipólus). Másodszor, nem teszik az ion-ion kölcsönhatás oldatban.

Most megállapítjuk, hogy számos előállított só van egy ionos kristályrácsban, és a szilárd állapotban állnak készen-ionok, mint például nátrium-klorid kristály gyártani ionok Na + és Cl-. Oldódása után a nátrium-klorid nem a disszociációs semleges molekulák (mint azt általában írni a tankönyvek), és megsemmisítése a kristályrácsban. energiaköltségek megsemmisítés kompenzált kristály rácsenergiája szolvatáció (hidratáció) ionok, az oldószer molekulái (víz). Amikor vízben oldjuk, hidrogén-klorid gáz van egy kémiai kölcsönhatás vízmolekulák HCl molekulák:

Így HCl proton eltolódik a molekula-molekula vizet, hogy kialakítsuk a hidrónium ionok. Továbbá, az ionok miatt ion-dipólus kölcsönhatások vízmolekulák képez hidratált ionokat H3O + és Cl-, míg az energia felszabadul, és hidratációs kompenzált energia 428 kJ / mol - kötési energiája a hidrogén és a klór atomok a molekulában HCI.

Ion-ion kölcsönhatás eiektroiitoidatok (főleg az erős elektrolitok) lehetővé teszi, hogy hozzon létre egy kvantitatív elmélete elektromos vezetőképesség, kiszámítja a tevékenység együtthatók (a tanulmány túlmutat az iskola kémia, természetesen).

Az elektrolízis folyamatának bomlási elektrolit oldatok vagy megolvad hatása alatt állandó elektromos áram. Redox reakciók társított visszarúgás elektronok vagy összekötő elektrolízissel zajlik az elektródák. Pozitív elektródája, amelyhez megfelelő anionok az úgynevezett anód, negatív elektródája, amelyhez alkalmas kationok nazyvetsya katód. Mivel fog folyni elektród elektrolizáló folyamatokban elsősorban attól függ, a természet a elektrolit, attól, hogy az elektrolit a ömledék formájában vagy oldatát alkalmazzuk, és az elektródák a közvetítő anyagok.

Tekinthető nátrium-klorid elektrolízisével olvadék. Magas hőmérsékleten, a kristályrács megsemmisül, és a sót olvadék képződik, amelyben az ionok szabadon mozoghatnak: Na + kationok vándorolnak a katód és anionok Cl- - az anód. A katód (negatív töltésű elektród) Na + kationok kapcsolódnak magukat elektronok (helyreállított) képező fém-nátrium:

Az anód (a pozitív töltésű elektród) kinyúlik tekintetében a anionok a klór, mint oxidálószer - kiválasztja tőlük az elektronokat:

Összesen elektrolízis egyenlet:

Az oldat, például nátrium-kloridot, kivéve az ionok Na + és Cl 'általános kis mennyiségben áll rendelkezésre, és ionok poluchemye disszociációs vízzel:

Ezen túlmenően, az elektród folyamatban is részt vehetnek, és nem a vízmolekulák. Így a negatív töltésű elektród (katód) a vízmolekulák kötheti elektronok:

Az anódon (a pozitív töltésű elektród) vízmolekulák adományozni elektronokat:

Így a következő folyamatok alatt a katód az elektrolízis folytatódhat NaCl oldat:

Az első végezzük a folyamatot, amely minimális energiafogyasztás (ez megfelel a minimális negatív potenciál E). Mivel a nátrium-klorid-oldat pH-ja = 7, azaz [H +] = 1 x 10-7, E helyreállítására vonatkozó hidrogénion különbözni fog EO (E = -0.413 in). Ezért, a katód kell áramolnia folyamat:

Az anód, a következő folyamatok zajlanak az elektrolízis során NaCl oldat:

Az első végezzük a folyamatot, amely minimális energiaköltségeket. Ebben az esetben az anódon klór felszabadul.

Összefoglalás elektrolízisével nátrium-klorid-oldat a következő:

2H2O + 2NaCl = H2 + 2NaOH + Cl2.

Általában az elektrolízis megoldások az alábbi szabályokat.

Eljárások a katódon

1. Először fémkationok csökken, ami az elektrokémiai sorban feszültségek hidrogénatom jobb.

2. Ahelyett, hogy a fém-kationok, amelyek a bal oldalon a hidrogén (a Li +, hogy Al3 + bezárólag) helyreáll a vízmolekulák (és, savas környezetben - hidrogén-ionok).

3. Fémek között elhelyezett alumínium és a hidrogén kerül behajtásra vízmolekulákkal együtt.

A folyamatok az anód

Ebben az esetben van egy további tulajdonsága, hogy figyelembe kell venni az anyag, amelyből az elektródok készülnek. Különböztesse inert (oldhatatlan) elektródák (grafit, platina) és az aktív (oldható) elektródák.

1. Először is oxidált egyszerű anionok (Cl-, Br-, I-, S2).

2. Ahelyett, az oxigén-tartalmú savas anion (CO3-, NO3-, SO42-, PO43-) oxidálják, amelynek az anódon vízmolekulák.

3. A lúgos oldatok oxidáljuk az anódon hidroxil ionok:

Ha oldható anódok (Cu, Zn, Ag, Ni) fématomok elektronokat adnak:

és alakított fém kationok Men + oldatba.