Τι είναι ένας ηλεκτρολύτης

Ουσίες στις οποίες το ηλεκτρικό ρεύμα οφείλεται στην κίνηση των ιόντων, δηλ. ιοντική αγωγιμότηταονομάζονται ηλεκτρολύτες. Οι ηλεκτρολύτες ανήκουν σε αγωγούς του δεύτερου τύπου, αφού το ρεύμα σε αυτούς σχετίζεται με χημικές διεργασίες και όχι απλώς με την κίνηση των ηλεκτρονίων, όπως στα μέταλλα.

Τα μόρια αυτών των ουσιών σε διάλυμα είναι ικανά για ηλεκτρολυτική διάσταση, δηλαδή αποσυντίθενται όταν διαλυθούν σε θετικά φορτισμένα (κατιόντα) και αρνητικά φορτισμένα (ανιόντα). Στερεοί ηλεκτρολύτες, ιοντικά τήγματα και διαλύματα ηλεκτρολυτών μπορούν να βρεθούν στη φύση. Ανάλογα με τον τύπο του διαλύτη, οι ηλεκτρολύτες είναι υδατικοί και μη υδατικοί, καθώς και ένας ειδικός τύπος - πολυηλεκτρολύτες.

Ανάλογα με τον τύπο των ιόντων στα οποία διασπάται η ουσία όταν διαλύεται στο νερό, ηλεκτρολύτες χωρίς ιόντα Η+ και ΟΗ- (ηλεκτρολύτες άλατος), ηλεκτρολύτες με αφθονία ιόντων Η+ (οξέα) και ηλεκτρολύτες με υπεροχή ιόντων ΟΗ ( βάση) μπορεί να απομονωθεί.

Εάν κατά τη διάσταση των μορίων του ηλεκτρολύτη σχηματιστεί ίσος αριθμός θετικών και αρνητικών ιόντων, ένας τέτοιος ηλεκτρολύτης ονομάζεται συμμετρικός.Ή ασύμμετρη εάν ο αριθμός των θετικών και αρνητικών ιόντων στο διάλυμα δεν είναι ο ίδιος. Παραδείγματα συμμετρικών ηλεκτρολυτών - KCl - 1,1-σθενής ηλεκτρολύτης και CaSO4 - 2,2-σθενής ηλεκτρολύτης. Ένας εκπρόσωπος ενός ασύμμετρου ηλεκτρολύτη είναι, για παράδειγμα, ο H2TAKA4 — ένας ηλεκτρολύτης 1,2 σθένους.

Όλοι οι ηλεκτρολύτες μπορούν να χωριστούν χονδρικά σε ισχυρούς και ασθενείς, ανάλογα με την ικανότητά τους να διασπώνται. Ισχυροί ηλεκτρολύτες σε αραιά διαλύματα αποσυντίθενται σχεδόν πλήρως σε ιόντα. Αυτά περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό ανόργανων αλάτων, ορισμένα οξέα και βάσεις σε υδατικά διαλύματα ή διαλύτες με υψηλή ισχύ διάστασης, όπως αλκοόλες, κετόνες ή αμίδια.

Οι αδύναμοι ηλεκτρολύτες αποσυντίθενται μόνο μερικώς και βρίσκονται σε δυναμική ισορροπία με αδιάσπαστα μόρια. Αυτά περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό οργανικών οξέων καθώς και πολλές βάσεις σε διαλύτες.

Ο βαθμός διάστασης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες: τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση και τον τύπο του διαλύτη. Έτσι, ο ίδιος ηλεκτρολύτης σε διαφορετικές θερμοκρασίες, ή στην ίδια θερμοκρασία αλλά σε διαφορετικούς διαλύτες, θα διαχωριστεί σε διαφορετικούς βαθμούς.

Δεδομένου ότι η ηλεκτρολυτική διάσταση, εξ ορισμού, δημιουργεί μεγαλύτερο αριθμό σωματιδίων στο διάλυμα, οδηγεί σε σημαντικές διαφορές στις φυσικές ιδιότητες των διαλυμάτων ηλεκτρολυτών και ουσιών διαφορετικών τύπων: η οσμωτική πίεση αυξάνεται, η θερμοκρασία πήξης αλλάζει σε σχέση με την καθαρότητα του διαλύτη. και άλλοι.

Τα ιόντα ηλεκτρολυτών συχνά συμμετέχουν σε ηλεκτροχημικές διεργασίες και χημικές αντιδράσεις ως ανεξάρτητες κινητικές μονάδες, ανεξάρτητα από άλλα ιόντα που υπάρχουν στο διάλυμα: στα ηλεκτρόδια που βυθίζονται στον ηλεκτρολύτη, όταν το ρεύμα διέρχεται από τον ηλεκτρολύτη, λαμβάνουν χώρα αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής, τα προϊόντα του τα οποία προστίθενται στη σύνθεση του ηλεκτρολύτη.

Έτσι, οι ηλεκτρολύτες είναι πολύπλοκα συστήματα ουσιών που περιλαμβάνουν ιόντα, μόρια διαλυτών, μόρια αδιάσπαστης διαλυμένης ουσίας, ζεύγη ιόντων και μεγαλύτερες ενώσεις. Ως εκ τούτου, οι ιδιότητες των ηλεκτρολυτών καθορίζονται από διάφορους παράγοντες: τη φύση των αλληλεπιδράσεων ιόντων-μοριακών και ιόντων-ιόντων, αλλαγές στη δομή του διαλύτη παρουσία διαλυμένων σωματιδίων κ.λπ.

Τα ιόντα και τα μόρια των πολικών ηλεκτρολυτών αλληλεπιδρούν πολύ ενεργά μεταξύ τους, γεγονός που οδηγεί στο σχηματισμό δομών διαλυτοποίησης, ο ρόλος των οποίων γίνεται πιο σημαντικός με τη μείωση του μεγέθους των ιόντων και την αύξηση των σθένών τους. Η ενέργεια διαλυτοποίησης είναι ένα μέτρο της αλληλεπίδρασης των ιόντων ηλεκτρολύτη με τα μόρια του διαλύτη.

Οι ηλεκτρολύτες, ανάλογα με τη συγκέντρωσή τους, είναι: αραιά διαλύματα, παροδικά και συμπυκνωμένα. Τα αραιά διαλύματα είναι παρόμοια στη δομή με έναν καθαρό διαλύτη, αλλά τα ιόντα που υπάρχουν διαταράσσουν αυτή τη δομή λόγω της επιρροής τους. Τέτοια ασθενή διαλύματα ισχυρών ηλεκτρολυτών διαφέρουν από τα ιδανικά διαλύματα σε ιδιότητες λόγω της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης μεταξύ ιόντων.

Η μεταβατική περιοχή συγκέντρωσης χαρακτηρίζεται από σημαντική αλλαγή στη δομή του διαλύτη λόγω της επίδρασης των ιόντων.Σε ακόμη υψηλότερες συγκεντρώσεις, τα περισσότερα μόρια διαλύτη συμμετέχουν σε δομές διαλυτοποίησης με ιόντα, δημιουργώντας έτσι ένα έλλειμμα διαλύτη.

Το συμπυκνωμένο διάλυμα έχει δομή κοντά σε ιοντικό τήγμα ή κρυσταλλικό επιδιαλυτωμένο σύμπλοκο, που χαρακτηρίζεται από υψηλή τάξη και ομοιομορφία ιοντικών δομών. Αυτές οι ιοντικές δομές συνδέονται μεταξύ τους και με τα μόρια του νερού μέσω πολύπλοκων αλληλεπιδράσεων.

Οι περιοχές υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας των ιδιοτήτων τους, καθώς και οι περιοχές υψηλής και κανονικής πίεσης, είναι χαρακτηριστικές των ηλεκτρολυτών. Καθώς η πίεση ή η θερμοκρασία αυξάνεται, η γραμμομοριακή διάταξη του διαλύτη μειώνεται και η επίδραση των επιδράσεων συσχέτισης και διαλυτοποίησης στις ιδιότητες του διαλύματος εξασθενεί. Και όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από το σημείο τήξης, ορισμένοι ηλεκτρολύτες μεταβαίνουν σε υαλώδη κατάσταση. Ένα παράδειγμα τέτοιου ηλεκτρολύτη είναι ένα υδατικό διάλυμα LiCl.

Σήμερα, οι ηλεκτρολύτες διαδραματίζουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στον κόσμο της τεχνολογίας και της βιολογίας. Στις βιολογικές διεργασίες, οι ηλεκτρολύτες λειτουργούν ως μέσο για την ανόργανη και οργανική σύνθεση και στην τεχνολογία ως βάση για την ηλεκτροχημική παραγωγή.

Ηλεκτρόλυση, ηλεκτροκατάλυση, διάβρωση μετάλλων, ηλεκτροκρυστάλλωση — αυτά τα φαινόμενα καταλαμβάνουν σημαντικές θέσεις σε πολλές σύγχρονες βιομηχανίες, ιδίως όσον αφορά την ενέργεια και την προστασία του περιβάλλοντος.

Δείτε επίσης: Παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση νερού — τεχνολογία και εξοπλισμός