Электролиттер химиялык заттар катары байыркы замандан бери эле белгилүү. Бирок, алар салыштырмалуу жакында эле алардын колдонуу чөйрөлөрүнүн көбүн басып алышты. Биз бул заттарды колдонуу үчүн өнөр жай үчүн эң артыкчылыктуу багыттарды талкуулайбыз жана акыркылары эмне экенин жана алар бири-биринен кандайча айырмаланарын аныктайбыз. Бирок келгиле, тарыхка тереңдеп кирүүдөн баштайлы.
Тарых
Эң байыркы белгилүү электролиттер байыркы дүйнөдө ачылган туздар жана кислоталар. Бирок, электролиттердин түзүлүшү жана касиеттери жөнүндө идеялар убакыттын өтүшү менен пайда болгон. Бул процесстердин теориялары 1880-жылдардан баштап, электролиттердин касиеттеринин теориялары менен байланышкан бир катар ачылыштар жасалгандан бери өнүккөн. Электролиттердин суу менен өз ара аракеттенүү механизмдерин сүрөттөгөн теорияларда бир нече сапаттык секириктер болгон (анткени, алар эритмеде гана өнөр жайда колдонулуучу касиетке ээ болушат).
Эми биз электролиттер жана алардын касиеттери жөнүндөгү идеялардын өнүгүшүнө эң чоң таасирин тийгизген бир нече теорияларды кеңири талдап чыгабыз. Келгиле, ар бирибиз мектепте окуган эң кеңири тараган жана жөнөкөй теориядан баштайлы.
Аррениустун электролиттик диссоциация теориясы
1887-жШвед химиги Сванте Аррениус жана орус-немец химиги Вильгельм Оствальд электролиттик диссоциация теориясын түзүшкөн. Бирок, бул жерде да баары ушунчалык жөнөкөй эмес. Аррениус өзү эритмелердин физикалык теориясы деп аталган теориянын жактоочусу болгон, ал курамдык заттардын суу менен өз ара аракеттенүүсүн эсепке албаган жана эритмеде эркин заряддуу бөлүкчөлөр (иондор) бар деп ырастаган. Айтмакчы, дал ушундай позициялардан электролиттик диссоциация бүгүн мектепте каралат.
Бул теория эмнени берет жана ал бизге заттардын суу менен өз ара аракеттенүү механизмин кантип түшүндүрөрү жөнүндө дагы эле сүйлөшөлү. Башкалардай эле анын бир нече постулаттары бар:
1. Суу менен өз ара аракеттенгенде зат иондорго ажырайт (оң – катион жана терс – анион). Бул бөлүкчөлөр гидратацияга дуушар болушат: алар суунун молекулаларын өзүнө тартат, демек, алар бир тарабы оң заряддуу, экинчи жагынан терс заряддуу (диполь түзүшөт), натыйжада алар аквакомплекстерге (солваттарга) айланат.
2. Диссоциация процесси кайра кайтарымдуу болот, башкача айтканда, эгерде зат иондорго ажыраган болсо, анда кандайдыр бир факторлордун таасири астында ал кайрадан баштапкыга айланышы мүмкүн.
3. Эгерде эритмеге электроддорду кошуп, токту баштаса, анда катиондор терс электродду - катодду, ал эми аниондор оң заряддуу - анодду көздөй жылып баштайт. Ошондуктан сууда жакшы эрүүчү заттар электр тогун суунун өзүнө караганда жакшы өткөрөт. Ошол эле себептен алар электролиттер деп да аталат.
4. Электролиттин диссоциациялануу даражасы заттын эриген пайызын мүнөздөйт. Булиндикатор эриткичтин жана эриген заттын өзүнүн касиеттерине, акыркысынын концентрациясына жана тышкы температурага көз каранды.
Бул жерде, чындыгында, жана бул жөнөкөй теориянын бардык негизги постулаттары. Биз аларды ушул макалада электролит эритмесинде эмне болорун сүрөттөө үчүн колдонобуз. Бул кошулмалардын мисалдарын бир аз кийинчерээк талдайбыз, бирок азыр башка теорияны карап чыгабыз.
Льюистин кислоталар жана негиздер теориясы
Электролиттик диссоциациялоо теориясы боюнча кислота - бул суутек катиону болгон зат, ал эми негиз - эритмеде гидроксид анионуна ажыраган бирикме. Атактуу химик Гилберт Льюистин атынан аталган дагы бир теория бар. Бул кислота жана негиз түшүнүгүн бир аз кеңейтүүгө мүмкүндүк берет. Льюис теориясына ылайык, кислоталар – бул заттын иондору же молекулалары, алар эркин электрон орбиталдары бар жана башка молекуладан электронду кабыл алууга жөндөмдүү. Негиздер бир же бир нече электрондорун кислотаны "колдонууга" бере алган бөлүкчөлөр болорун болжолдоо оңой. Бул жерде электролит эле эмес, ошондой эле ар кандай зат, жада калса сууда эрибеген зат да кислота же негиз боло ала турганы абдан кызыктуу.
Brendsted-Lowry протолиттик теориясы
1923-жылы бири-биринен көз карандысыз эки илимпоз - Дж. Бронстед жана Т. Лоури - химиялык процесстерди сүрөттөө үчүн илимпоздор тарабынан активдүү колдонулуп жаткан теорияны сунуш кылышкан. Бул теориянын маңызы мына ушундадиссоциация протондун кислотадан негизге өтүшүнө чейин төмөндөйт. Ошентип, бул жерде акыркы протон кабылдоочу катары түшүнүлөт. Ошондо кислота алардын донору болуп саналат. Теория ошондой эле кислоталардын да, негиздердин да касиеттерин көрсөткөн заттардын бар экенин жакшы түшүндүрөт. Мындай кошулмалар амфотердик деп аталат. Бронстед-Лоури теориясында алар үчүн амфолиттер термини да колдонулат, ал эми кислоталар же негиздер көбүнчө протолиттер деп аталат.
Биз макаланын кийинки бөлүгүнө келдик. Бул жерде биз күчтүү жана алсыз электролиттер бири-биринен кандайча айырмаланарын айтып, алардын касиеттерине тышкы факторлордун таасирин талкуулайбыз. Анан биз алардын практикалык колдонулушун сүрөттөп баштайбыз.
Күчтүү жана алсыз электролиттер
Ар бир зат суу менен өз алдынча аракеттенет. Кээ бирлери анда жакшы эрийт (мисалы, аш тузу), кээ бирлери такыр эрибейт (мисалы, бор). Ошентип, бардык заттар күчтүү жана алсыз электролиттер болуп бөлүнөт. Акыркылар суу менен начар аракеттенип, эритменин түбүнө тунуучу заттар. Бул аларда өтө төмөн диссоциациялануу даражасы жана жогорку байланыш энергиясы бар дегенди билдирет, бул нормалдуу шарттарда молекуланын курамындагы иондорго ажырашына жол бербейт. Алсыз электролиттердин диссоциацияланышы же өтө жай, же температуранын жогорулашы жана бул заттын эритмедеги концентрациясынын жогорулашы менен жүрөт.
Келгиле, күчтүү электролиттер жөнүндө сүйлөшөлү. Аларга бардык эрүүчү туздар, ошондой эле күчтүү кислоталар жана щелочтор кирет. Алар иондорго оңой ажырайт жана аларды жаан-чачында чогултуу өтө кыйын. Электролиттердеги ток, демек, өткөрүлөттак, анткени эритмеде камтылган иондор. Ошондуктан күчтүү электролиттер токту баарынан жакшы өткөрүшөт. Акыркыларына мисалдар: күчтүү кислоталар, щелочтор, эрүүчү туздар.
Электролиттердин жүрүм-турумуна таасир этүүчү факторлор
Эми тышкы чөйрөдөгү өзгөрүүлөр заттардын касиетине кандай таасир этээрин аныктап көрөлү. Концентрациясы электролиттин диссоциациялануу даражасына түздөн-түз таасир этет. Мындан тышкары, бул катыш математикалык түрдө көрсөтүлүшү мүмкүн. Бул байланышты сүрөттөгөн мыйзам Оствальд суюлтуу мыйзамы деп аталат жана төмөнкүчө жазылат: a=(K / c)1/2. Мында а – диссоциациялануу даражасы (бөлчөктөр менен алынган), К – ар бир зат үчүн ар башка болгон диссоциациялануу константасы, с – эритмедеги электролиттин концентрациясы. Бул формула менен сиз зат жана анын эритмедеги жүрүм-туруму жөнүндө көп нерселерди биле аласыз.
Бирок биз чегинебиз. Диссоциациялануу даражасына концентрациядан тышкары электролиттин температурасы да таасир этет. Көпчүлүк заттар үчүн аны жогорулатуу эригичтикти жана реактивдүүлүктү жогорулатат. Бул кээ бир реакциялардын жогорку температурада гана болушун түшүндүрө алат. Кадимки шарттарда алар өтө жай, же эки тарапка тең кетет (мындай процесс тескери деп аталат).
Биз электролит эритмеси сыяктуу системанын жүрүм-турумун аныктоочу факторлорду талдап чыктык. Эми бул, албетте, абдан маанилүү химиялык заттарды иш жүзүндө колдонууга өтөлү.
Өнөр жайда колдонуу
Албетте, ар бир адам "электролит" деген сөздү уккан.батареяларга карата. Машинада коргошун-кислота аккумуляторлору колдонулат, анын ичиндеги электролит 40% күкүрт кислотасы. Бул заттын эмне үчүн керек экенин түшүнүү үчүн батарейкалардын өзгөчөлүктөрүн түшүнүү керек.
Ошондо ар кандай батареянын принциби кандай? Аларда бир заттын экинчи затка айланышынын кайтуучу реакциясы жүрүп, анын натыйжасында электрондор бөлүнүп чыгат. Батарея заряддалганда кадимки шарттарда алынбаган заттардын өз ара аракеттенүүсү ишке ашат. Муну химиялык реакциянын натыйжасында затта электр энергиясынын топтолушу катары көрсөтсө болот. Разряд башталганда, системаны баштапкы абалга алып баруучу тескери трансформация башталат. Бул эки процесс чогуу бир заряд-разряд циклин түзөт.
Келгиле, жогорудагы процессти конкреттүү мисал – коргошун-кислота аккумулятору боюнча карап көрөлү. Сиз ойлогондой, бул учурдагы булак коргошун (ошондой эле коргошун диоксиди PbO2) жана кислота камтыган элементтен турат. Ар кандай аккумулятор электроддордон жана электролит менен толтурулган алардын ортосундагы боштуктан турат. Акыркысы катары, биз буга чейин билгендей, биздин мисалда күкүрт кислотасы 40 пайыз концентрациясында колдонулат. Мындай аккумулятордун катоду коргошундун диоксидинен, ал эми аноду таза коргошундан жасалган. Мунун баары бул эки электроддо кислота диссоциацияланган иондордун катышуусу менен ар кандай реверсивдүү реакциялар болгондугунда:
- PbO2 + SO42-+ 4H+ + 2e-=PbSO4 + 2H2O(терс электрод - катоддо болгон реакция).
- Pb + SO42- - 2e-=PbSO 4 (Оң электроддогу реакция - анод).
Эгер реакцияларды солдон оңго карай окусак - батареянын заряды түгөнгөндө, ал эми оңдон солго карай болсо - заряддоодо болгон процесстерди алабыз. Ар бир химиялык ток булагында бул реакциялар ар түрдүү, бирок алардын пайда болуу механизми жалпысынан бирдей сүрөттөлөт: эки процесс жүрөт, алардын биринде электрондор "сортулуп", экинчисинде, тескерисинче, алар " кет». Эң негизгиси, жутулган электрондордун саны эмиссиянын санына барабар.
Чынында, батарейкалардан тышкары, бул заттардын көптөгөн колдонулуштары бар. Жалпысынан алганда, биз мисалдарды келтирген электролиттер бул терминдин астында бириккен ар түрдүү заттардын бир даны гана. Алар бизди бардык жерде, бардык жерде курчап турат. Мисалы, адамдын денесин алалы. Бул заттар жок деп ойлойсузбу? Сиз абдан жаңылып жатасыз. Алар биздин бардык жерде бар жана эң чоңу кан электролиттери. Аларга, мисалы, гемоглобиндин бир бөлүгү болгон жана денебиздин кыртыштарына кычкылтекти ташууга жардам берген темир иондору кирет. Кандагы электролиттер суу-туз балансын жана жүрөктүн иштешин жөнгө салууда да негизги ролду ойнойт. Бул функцияны калий жана натрий иондору аткарат (жадакалса клеткаларда пайда болгон процесс бар, ал калий-натрий насосу деп аталат).
Кичине болсо да эрите турган бардык зат электролиттер болуп саналат. Ал эми мындай өнөр жана биздин жашоо сиз менен жок, кайдаалар кандай гана колдонулат. Бул унаалардагы жана аккумуляторлордогу батареялар гана эмес. Бул ар кандай химиялык жана тамак-аш өндүрүшү, аскердик заводдор, кийим фабрикалары жана башкалар.
Электролиттин курамы, демек, ар кандай. Ошентип, кычкыл жана щелочтук электролитти айырмалоого болот. Алар өз касиеттери боюнча принципиалдуу түрдө айырмаланат: жогоруда айткандай, кислоталар протондук донорлор, ал эми щелочтор - акцепторлор. Бирок убакыттын өтүшү менен заттын бир бөлүгүнүн жоголушуна байланыштуу электролиттин курамы өзгөрөт, концентрация же азаят же көбөйөт (баары жоголгон нерседен, суудан же электролиттен көз каранды).
Аларды биз күн сайын кезиктиребиз, бирок электролиттер деген терминдин аныктамасын так билгендер аз. Биз конкреттүү заттардын мисалдарын карап чыктык, андыктан бир аз татаалыраак түшүнүктөргө өтөлү.
Электролиттердин физикалык касиеттери
Эми физика жөнүндө. Бул теманы окуп жатканда түшүнүү керек болгон эң маанилүү нерсе - бул электролиттердеги токтун кантип өткөрүлүшү. Мында иондор чечүүчү роль ойнойт. Бул заряддуу бөлүкчөлөр зарядды эритменин бир бөлүгүнөн экинчи бөлүгүнө өткөрө алат. Ошентип, аниондор ар дайым оң электродго, ал эми катиондор терс жагына ыкташат. Ошентип, электр тогу менен чечимге аракет кылып, системанын ар кайсы тарабындагы заряддарды бөлөбүз.
Тығыздык сыяктуу физикалык мүнөздөмөсү абдан кызыктуу. Биз сөз кылып жаткан кошулмалардын көптөгөн касиеттери андан көз каранды. Жана суроо көп пайда болот: "Электролиттин тыгыздыгын кантип көтөрүү керек?" Чынында, жооп жөнөкөй: мазмунду төмөндөтүү керекэритмедеги суу. Электролиттин тыгыздыгы көбүнесе күкүрт кислотасынын тыгыздыгы менен аныкталгандыктан, ал көбүнчө акыркысынын концентрациясына көз каранды. Планды аткаруунун эки жолу бар. Биринчиси абдан жөнөкөй: аккумулятордогу электролиттерди кайнатыңыз. Бул үчүн аны ичиндеги температура Цельсий боюнча жүз градустан бир аз жогору тургандай кылып заряддоо керек. Бул ыкма жардам бербесе, кабатыр болбоңуз, башкасы бар: жөн гана эски электролитти жаңысына алмаштырыңыз. Бул үчүн, эски эритмени төгүп, күкүрт кислотасынын калдыктарынын ичин дистилденген суу менен тазалап, андан кийин жаңы порцияга куюңуз. Эреже катары, жогорку сапаттагы электролит эритмелери дароо керектүү концентрацияга ээ. Алмаштыргандан кийин, сиз электролиттин тыгыздыгын кантип жогорулатууну көпкө унута аласыз.
Электролиттин курамы негизинен анын касиеттерин аныктайт. Мисалы, электр өткөрүмдүүлүк жана тыгыздык сыяктуу мүнөздөмөлөр эриген заттын табиятына жана анын концентрациясына абдан көз каранды. Батареяда канча электролит болушу мүмкүн экендиги жөнүндө өзүнчө суроо бар. Чынында, анын көлөмү продуктунун жарыяланган кубаттуулугуна түздөн-түз байланыштуу. Батареянын ичинде күкүрт кислотасы канчалык көп болсо, ал ошончолук күчтүү болот, б.а. чыңалуу ошончолук көп болот.
Бул кайдан пайдалуу?
Эгер сиз унаа ышкыбозу болсоңуз же жөн гана унааларды сүйүүчү болсоңуз, анда баарын өзүңүз түшүнөсүз. Албетте, сиз азыр батареяда канча электролит бар экенин кантип аныктоону билесиз. Ал эми унаадан алыс болсоң, анда билимбул заттардын касиеттери, алардын колдонулушу жана бири-бири менен кандайча өз ара аракеттениши ашыкча болбойт. Муну билип туруп, сизден аккумулятордо кайсы электролит бар экенин айтып бериңиз деп сураса, эч нерседен коркпойсуз. Эгер сиз унаа ышкыбозу болбосоңуз да, бирок сизде унаа бар болсо да, анда батареянын түзүлүшүн билүү ашыкча болбойт жана оңдоого жардам берет. Автоборборго барганга караганда баарын өзүңүз жасоо бир топ жеңил жана арзан болот.
Ал эми бул теманы жакшыраак изилдөө үчүн мектептер жана университеттер үчүн химия окуу китебин окууну сунуштайбыз. Эгер сиз бул илимди жакшы билсеңиз жана окуу китептерин жетиштүү окусаңыз, Варыпаевдин «Химиялык токтун булактары» эң жакшы вариант болмок. Анда батарейкалардын, ар кандай батарейкалардын жана суутек клеткаларынын иштешинин бүткүл теориясы кеңири баяндалган.
Тыянак
Биз аягына чыктык. Жыйынтыктап көрөлү. Жогоруда биз электролиттер сыяктуу түшүнүккө тиешелүү нерселердин бардыгын талдап чыктык: мисалдар, түзүлүш жана касиеттердин теориясы, функциялар жана колдонуу. Дагы бир жолу айта кетели, бул кошулмалар биздин жашообуздун бир бөлүгү, ансыз биздин денебиз жана өнөр жайдын бардык тармактары жашай албайт. Кандагы электролиттер эсиңиздеби? Алардын аркасында жашап жатабыз. Биздин машиналар жөнүндө эмне айтууга болот? Бул билим менен биз батарейкага байланыштуу кандайдыр бир көйгөйдү чече алабыз, анткени андагы электролиттин тыгыздыгын кантип жогорулатууну эми түшүнөбүз.
Баардыгын айтуу мүмкүн эмес, биз мындай максатты койгон эмеспиз. Анткени, бул укмуштуудай заттар жөнүндө айтууга болот.
