Elektrolytoplossingen zijn speciale vloeistoffen die gedeeltelijk of volledig in de vorm van geladen deeltjes (ionen) zijn. Het proces van het splitsen van moleculen in negatief (anionen) en positief geladen (kationen) deeltjes wordt elektrolytische dissociatie genoemd. Dissociatie in oplossingen is alleen mogelijk vanwege het vermogen van ionen om te interageren met de moleculen van de polaire vloeistof, die als oplosmiddel fungeert.
Wat zijn elektrolyten
Elektrolytoplossingen zijn onderverdeeld in waterige en niet-waterige oplossingen. Watersoorten zijn vrij goed bestudeerd en zijn zeer wijdverbreid. Ze komen voor in bijna elk levend organisme en zijn actief betrokken bij veel belangrijke biologische processen. Niet-waterige elektrolyten worden gebruikt om elektrochemische processen en verschillende chemische reacties uit te voeren. Het gebruik ervan heeft geleid tot de uitvinding van nieuwe chemische energiebronnen. Ze spelen een belangrijke rol in foto-elektrochemische cellen, organische synthese, elektrolytische condensatoren.
Elektrolytoplossingen, afhankelijk van de mate van dissociatie, kunnen worden onderverdeeld in:sterk, gemiddeld en zwak. De mate van dissociatie (α) is de verhouding tussen het aantal moleculen dat in geladen deeltjes uiteenv alt en het totale aantal moleculen. Voor sterke elektrolyten benadert de waarde van α 1, voor gemiddelde elektrolyten α≈0,3 en voor zwakke elektrolyten α<0, 1.
Sterke elektrolyten bevatten gewoonlijk zouten, een aantal zuren - HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4, hydroxiden van barium, strontium, calcium en alkalimetalen. Andere basen en zuren zijn middelmatige of zwakke elektrolyten.
Eigenschappen van elektrolytoplossingen
De vorming van oplossingen gaat vaak gepaard met thermische effecten en volumeveranderingen. Het proces van het oplossen van de elektrolyt in de vloeistof vindt plaats in drie fasen:
- De vernietiging van intermoleculaire en chemische bindingen van de opgeloste elektrolyt vereist het verbruik van een bepaalde hoeveelheid energie en daarom wordt warmte geabsorbeerd (∆Нresolved > 0).
- In dit stadium begint het oplosmiddel een interactie aan te gaan met elektrolytionen, wat resulteert in de vorming van solvaten (in waterige oplossingen - hydraten). Dit proces wordt solvatatie genoemd en is exotherm, d.w.z. er komt warmte vrij (∆ Нhydr < 0).
- De laatste stap is diffusie. Dit is een gelijkmatige verdeling van hydraten (solvaten) in het volume van de oplossing. Dit proces vereist energiekosten en daarom wordt de oplossing gekoeld (∆Нdif > 0).
Het totale thermische effect van het oplossen van elektrolyten kan dus als volgt worden geschreven:
∆Нsolv=∆Нrelease + ∆Нhydr + ∆Н diff
Het laatste teken van het totale thermische effect van het oplossen van elektrolyten hangt af van wat de samenstellende energie-effecten blijken te zijn. Dit proces is meestal endotherm.
De eigenschappen van een oplossing hangen voornamelijk af van de aard van de samenstellende componenten. Bovendien worden de eigenschappen van de elektrolyt beïnvloed door de samenstelling van de oplossing, druk en temperatuur.
Afhankelijk van het geh alte aan opgeloste stof, kunnen alle elektrolytoplossingen worden onderverdeeld in extreem verdund (die alleen "sporen" van de elektrolyt bevatten), verdund (met een klein geh alte aan opgeloste stof) en geconcentreerd (met een aanzienlijk geh alte aan elektrolyt).
Chemische reacties in elektrolytoplossingen, die worden veroorzaakt door het passeren van elektrische stroom, leiden tot het vrijkomen van bepaalde stoffen op de elektroden. Dit fenomeen wordt elektrolyse genoemd en wordt vaak gebruikt in de moderne industrie. Elektrolyse produceert met name aluminium, waterstof, chloor, natriumhydroxide, waterstofperoxide en vele andere belangrijke stoffen.