Почему именно электролиты проводят электрический ток?

– В самом деле, что отличает эти вещества от остальных? Почему говорят о сильных и слабых электролитах и почему они различаются по степени электролитической диссоциации?

– Значительная часть электролитов – соли, т. е. кристаллические вещества. В узлах этих кристаллических решеток располагаются положительные и отрицательные ионы (значит, молекула уже диссоциирована), и эти ионы совершают колебательные движения около положения равновесия. Примером такого соединения является хлорид натрия NaCl. Опустим кристаллик поваренной соли в воду – он растворяется у нас на глазах.

– В чем причина этого?

– Процесс растворения начинается при соприкосновении молекул воды с поверхностью кристалла, т. е. на границе раздела твердого тела (NaCl) и жидкости (Н2О). Молекулы Н2О приближаются к ионам Na и Cl, расположенным в узлах поверхностного слоя кристаллической решетки, причем они ориентируются атомом кислорода к иону натрия, а одним из атомов водорода к ионам хлора, происходит взаимодействие ионов Na и С1 с молекулами воды, ионы отрываются от поверхности кристалла (решетка разрушается), переходят в жидкость (в воду); с этого момента жидкость состоит уже не только из молекул Н2О, но и их ионов Na и С1 – так образуется водный раствор хлорида натрия. Процесс растворения закончится, когда молекулы воды полностью разрушат решетку кристалла, он исчезнет, все ионы перейдут в раствор.

Что же происходит с ионом в растворе? Когда ион отрывается от поверхности кристалла, его сразу же окружают молекулы воды, ион гидратируется, причем молекулы воды, которые ближе всех к иону, ведут себя иначе, чем те, что находятся в отдалении. Ведь ионы обладают электрическим зарядом, и молекулы воды, попадая в электрическое поле заряженного иона, испытывают воздействие с его стороны. Ясно, что самое большое влияние электрическое поле иона будет оказывать на ближайшие к нему молекулы воды. Для разных ионов число таких молекул воды будет разным, оно зависит от размера иона и его заряда. Эти молекулы воды образуют гидратную оболочку иона в растворе.

– А молекулы? Где молекулы хлорида натрия?

– Но их ведь и не было в кристалле. Нет их и сейчас в растворе. Оказывается, Гельмгольц был совсем близок к истине. Растворы неорганических солей, этих сильных электролитов, действительно, содержат только ионы. Почему Аррениус говорил о различных степенях электролитической диссоциации? Понятно, что если все соли будут диссоциировать, как хлорид натрия, тогда степень их электролитической диссоциации станет равна единице, т. е. они будут диссоциированы на 100 %. Но всегда ли бывает именно так?

Все обстоит не так-то просто. Соли и в самом деле диссоциируют полностью. При попытке экспериментально определить степень электролитической диссоциации этих соединений часто оказывается, что а меньше, чем ожидалось, т. е. не все молекулы распадаются на ионы. Почему это происходит? Один из путей определения степени электролитической диссоциации состоит в измерении электропроводимости раствора. Чем она выше, тем больше ионов содержится в растворе и тем выше степень электролитической диссоциации. Погрузим в раствор хлорида натрия два платиновых электрода и соединим их с источником постоянного напряжения. В цепи потечет ток. Мы можем его регистрировать с помощью амперметра или электролампочки. Как ток проходит через раствор? Ведь электрический ток представляет собой целенаправленное движение электронов по замкнутому контуру, а в растворе нет свободных электронов. Они протекают только по внешней, металлической, цепи. В растворе есть другие носители электрических зарядов – это ионы. Попробуем объяснить их поведение с помощью представлений теории сильных, электролитов, известной под названием теории Дебая и Хюккеля.

В растворе каждый положительный ион кроме гидратной оболочки окружен несколькими отрицательными ионами и, наоборот, у каждого отрицательного иона есть оболочка из положительных ионов. При включении источника постоянного напряжения, раствор «оживает»: катион направляется к катоду, но его продвижение затруднено, потому что анионы вместе со своими гидратными оболочками движутся в противоположном направлении и тормозят перемещение положительно заряженного иона. Точно так же направленному движению анионов к аноду мешают гидратированные катионы. Перемещение ионов в концентрированных растворах происходит очень трудно: при своем движении они встречают большое сопротивление со стороны ионов с зарядом противоположного знака. По этой причине в концентрированных растворах электропроводимость раствора будет меньше по сравнению с разбавленными растворами, где ионы движутся свободнее.

Итак, хотя ионов в концентрированных растворах много (все молекулы электролита распались на ионы, в действительности не все они активно участвуют в получении электрического тока. При столкновениях часть ионов вновь соединяется в молекулы, которые через некоторое время вновь распадаются из-за столкновения с другими ионами, т. е. эффективная, активная концентрация электролита будет меньше истинной концентрации соли в воде. Таким образом, число ионов, способных переносить электричество, всегда меньше числа ионов реально присутствующих в растворе и соответствующих данной концентрации электролита. В этом случае принято говорить не о концентрации ионов электролита в воде, а об их активности. Понятие активности ионов ввели в теорию растворов П. Дебай и В. Хюккель. Почему возник вопрос

Все виды клининга - покрытие пола лаком. Выезд в на дом и в офис


Полезное чтиво:
Концентрация или активность?
Растворение электролитов в воде
Электролиз
Явление электролиза в водных растворах
Об электрометаллургии
Где используется явление электролиза