Elektrinė disociacija: teoriniai elektrochemijos pagrindai

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Elektrinė disociacija atlieka didžiulį vaidmenį mūsų gyvenime, nors dažniausiai apie tai nesusimąstome. Būtent su šiuo reiškiniu siejamas druskų, rūgščių ir bazių elektrinis laidumas skystoje terpėje. Nuo pirmųjų širdies plakimų, kuriuos sukelia „gyva“elektra žmogaus kūne, kuris yra aštuoniasdešimt procentų skystas, iki automobilių, mobiliųjų telefonų ir grotuvų, kurių baterijos iš esmės yra elektrocheminės baterijos, elektros disociacija nepastebimai yra visur šalia mūsų.

Gigantiškose kubiluose, išskiriančiose toksiškus dūmus iš aukštoje temperatūroje ištirpusio boksito, elektrolizės būdu gaunamas „sparnuotas“metalas – aliuminis. Viskas aplink mus – nuo chromuotų radiatoriaus grotelių iki pasidabruotų auskarų ausyse – vieną kartąarba susidūrę su tirpalais ar išlydytomis druskomis, taigi ir su šiuo reiškiniu. Ne veltui elektrinę disociaciją tiria visa mokslo šaka – elektrochemija.

Ištirpusios tirpiklio skysčio molekulės užmezga cheminį ryšį su ištirpusios medžiagos molekulėmis, sudarydamos solvatus. Vandeniniame tirpale druskos, rūgštys ir bazės yra jautriausios disociacijai. Dėl šio proceso ištirpusios medžiagos molekulės gali suskaidyti į jonus. Pavyzdžiui, veikiant vandeniniam tirpikliui, Na⁺ ir CI^{- jonai NaCl joniniame kristale pereina į tirpiklio terpę. nauja solvatuotų (hidratuotų) dalelių kokybė.}

Šis reiškinys, kuris iš esmės yra visiško arba dalinio ištirpusios medžiagos skilimo į jonus procesas, veikiant tirpikliui, vadinamas „elektrine disociacija“. Šis procesas yra nepaprastai svarbus elektrochemijai. Labai svarbu yra tai, kad sudėtingų daugiakomponentinių sistemų disociacijai būdingas laipsniškas srautas. Dėl šio reiškinio taip pat smarkiai padidėja jonų skaičius tirpale, todėl elektrolitinės medžiagos skiriasi nuo neelektrolitinių medžiagų.

Elektrolizės procese jonai turi aiškią judėjimo kryptį: dalelės su teigiamu krūviu (katijonai) - į neigiamai įkrautą elektrodą, vadinamą katodu, o teigiami jonai (anijonai) - į anodą, elektrodas su priešingu krūviu, kur jie išsikrauna. Katijonai redukuojami, o anijonai oksiduojami. Todėl disociacija yra grįžtamasis procesas.

Viena iš pagrindinių šio elektrocheminio proceso charakteristikų yra elektrolitinės disociacijos laipsnis, kuris išreiškiamas kaip hidratuotų dalelių skaičiaus ir bendro ištirpusios medžiagos molekulių skaičiaus santykis. Kuo šis indikatorius didesnis, tuo ši medžiaga yra stipresnis elektrolitas. Tuo remiantis visos medžiagos skirstomos į silpnus, vidutinio stiprumo ir stiprius elektrolitus.

Disociacijos laipsnis priklauso nuo šių veiksnių: a) tirpios medžiagos prigimties; b) tirpiklio prigimtis, jo dielektrinė konstanta ir poliškumas; c) tirpalo koncentracija (kuo mažesnis šis rodiklis, tuo didesnis disociacijos laipsnis); d) tirpstančios terpės temperatūra. Pavyzdžiui, acto rūgšties disociaciją galima išreikšti šia formule:

CH₃COOH H⁺ + CH₃COO^-

Stiprūs elektrolitai disocijuoja beveik negrįžtamai, nes jų vandeniniame tirpale nėra pradinių molekulių ir nehidratuotų jonų. Taip pat reikėtų pridurti, kad visos medžiagos, turinčios joninius ir kovalentinius poliarinius cheminius ryšius, yra pavaldžios disociacijos procesui. Elektrolitinės disociacijos teoriją 1887 m. suformulavo žymus švedų fizikas ir chemikas Svante Arrhenius.