Elektrolyyttiliuokset ovat erikoisnesteitä, jotka ovat osittain tai kokonaan varautuneiden hiukkasten (ionien) muodossa. Itse prosessia, jossa molekyylit jakautuvat negatiivisesti (anionit) ja positiivisesti varautuneiksi (kationit) hiukkasiksi, kutsutaan elektrolyyttiseksi dissosiaatioksi. Dissosiaatio liuoksissa on mahdollista vain johtuen ionien kyvystä olla vuorovaikutuksessa polaarisen nesteen molekyylien kanssa, joka toimii liuottimena.
Mitä ovat elektrolyytit
Elektrolyyttiliuokset jaetaan vesipitoisiin ja vedettömiin. Vesistöjä on tutkittu melko hyvin ja ne ovat hyvin yleisiä. Niitä löytyy melkein jokaisesta elävästä organismista ja ne ovat aktiivisesti mukana monissa tärkeissä biologisissa prosesseissa. Ei-vesipitoisia elektrolyyttejä käytetään sähkökemiallisten prosessien ja erilaisten kemiallisten reaktioiden suorittamiseen. Niiden käyttö on johtanut uusien kemiallisten energialähteiden keksimiseen. Niillä on tärkeä rooli valosähkökemiallisissa kennoissa, orgaanisessa synteesissä ja elektrolyyttikondensaattoreissa.
Elektrolyyttiliuokset voidaan jakaa dissosiaatioasteesta riippuenvahva, keskikokoinen ja heikko. Dissosiaatioaste (α) on varautuneiksi hiukkasiksi hajottujen molekyylien lukumäärän suhde molekyylien kokonaismäärään. Vahvilla elektrolyyteillä α:n arvo lähestyy 1:tä, keskisuurilla elektrolyyteillä α≈0,3 ja heikkoilla elektrolyyteillä α<0, 1.
Vahvat elektrolyytit sisältävät yleensä suoloja, useita happoja - HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4, barium-, strontium-, kalsium- ja alkalimetallien hydroksidit. Muut emäkset ja hapot ovat keskisuuria tai heikkoja elektrolyyttejä.
Elektrolyyttiliuosten ominaisuudet
Liuosten muodostumiseen liittyy usein lämpövaikutuksia ja tilavuuden muutoksia. Elektrolyytin liukenemisprosessi nesteeseen tapahtuu kolmessa vaiheessa:
- Liuenneen elektrolyytin molekyylien välisten ja kemiallisten sidosten tuhoaminen vaatii tietyn määrän energiaa ja siksi lämpö imeytyy (∆Нresolved > 0).
- Tässä vaiheessa liuotin alkaa olla vuorovaikutuksessa elektrolyytti-ionien kanssa, mikä johtaa solvaattien muodostumiseen (vesiliuoksissa - hydraatit). Tätä prosessia kutsutaan solvataatioksi ja se on eksoterminen, ts. lämpöä vapautuu (∆ Нhydr < 0).
- Viimeinen vaihe on diffuusio. Tämä on hydraattien (solvaattien) tasainen jakautuminen liuoksen tilavuudessa. Tämä prosessi vaatii energiakustannuksia ja siksi ratkaisu jäähdytetään (∆Нdif > 0).
Siksi elektrolyytin liukenemisen kokonaislämpövaikutus voidaan kirjoittaa seuraavasti:
∆Нsolv=∆Нjulkaisu + ∆Нhydr + ∆Н diff
Viimeinen merkki elektrolyytin liukenemisen kokonaislämpövaikutuksesta riippuu siitä, millaisiksi ainesosien energiavaikutukset osoittautuvat. Tämä prosessi on yleensä endoterminen.
Ratkaisun ominaisuudet riippuvat ensisijaisesti sen muodostavien komponenttien luonteesta. Lisäksi elektrolyytin ominaisuuksiin vaikuttavat liuoksen koostumus, paine ja lämpötila.
Liuenneen aineen pitoisuudesta riippuen kaikki elektrolyyttiliuokset voidaan jakaa erittäin laimeiksi (jotka sisältävät vain "jäämiä" elektrolyyttiä), laimenneiksi (pienellä pitoisuudella liuennutta ainetta) ja konsentroituihin (jossa on merkittävä elektrolyyttipitoisuus).
Elektrolyyttiliuosten kemialliset reaktiot, jotka aiheutuvat sähkövirran kulkemisesta, johtavat tiettyjen aineiden vapautumiseen elektrodeille. Tätä ilmiötä kutsutaan elektrolyysiksi, ja sitä käytetään usein nykyaikaisessa teollisuudessa. Erityisesti elektrolyysi tuottaa alumiinia, vetyä, klooria, natriumhydroksidia, vetyperoksidia ja monia muita tärkeitä aineita.