Растворы электролитов

Растворы электролитов представляют собой особые жидкости, которые частично либо полностью находятся в виде заряженных частиц (ионов). Сам процесс расщепления молекул на отрицательно (анионы) и положительно заряженные (катионы) частицы называют электролитической диссоциацией. Диссоциация в растворах возможна только благодаря способности ионов взаимодействовать с молекулами полярной жидкости, которая выступает в качестве растворителя.

Какими бывают электролиты

Растворы электролитов делятся на водные и неводные. Водные изучены довольно хорошо и получили очень широкое распространение. Они есть практически в каждом живом организме и активно участвуют во многих важных биологических процессах. Неводные электролиты применят для проведения электрохимических процессов и различных химических реакций. Их использование привело к изобретению новых химических источников энергии. Они играют важную роль в фотоэлектрохимических элементах, органическом синтезе, электролитных конденсаторах.

Растворы электролитов в зависимости от степени диссоциации можно разделить на сильные, средние и слабые. Степень диссоциации (α) – это отношение количества распавшихся на заряженные частицы молекул к суммарному числу молекул. У сильных электролитов значение α приближается к 1, у средних α≈0,3, а у слабых α<0,1.

К сильным электролитам обычно относят соли, ряд некоторых кислот – HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄, гидроксиды бария, стронция, кальция и щелочных металлов. Прочие основания и кислоты – электролиты средней или слабой силы.

Свойства растворов электролитов

Образование растворов часто сопровождается тепловыми эффектами и изменением объема. Процесс растворения электролита в жидкости проходит в три этапа:

1. Разрушение межмолекулярных и химических связей растворяемого электролита требует затраты определенного количества энергии и поэтому происходит поглощение тепла (∆Н_разр > 0).
2. На этой стадии растворитель начинает взаимодействовать с ионами электролита, в результате чего образуются сольваты (в водных растворах - гидраты). Этот процесс называется сольватацией и является экзотермическим, т.е. происходит выделение тепла (∆ Н_гидр < 0).
3. Последний этап – диффузия. Это равномерное распределение гидратов (сольватов) в объеме раствора. Данный процесс требует энергетических затрат и поэтому раствор охлаждается (∆Н_диф > 0).

Таким образом, суммарный тепловой эффект растворения электролита можно записать в таком виде:

∆Н_раств = ∆Н_разр + ∆Н_гидр + ∆Н_диф

От того, какими окажутся составляющие энергетические эффекты зависит конечный знак общего теплового эффекта растворения электролита. Обычно этот процесс носит эндотермический характер.

Свойства раствора зависят прежде всего от природы образующих его компонентов. Кроме того, на свойства электролита оказывает влияние состав раствора, давление и температура.

В зависимости от содержания растворенного вещества все растворы электролитов можно разделить на предельно разбавленные (в которых содержатся лишь «следы» электролита), разбавленные (с небольшим содержанием растворенного вещества) и концентрированные (со значительным содержанием электролита).

Химические реакции в растворах электролитов, которые вызываются прохождением электрического тока приводят к выделению на электродах определенных веществ. Это явление называется электролизом и часто применяется в современной промышленности. В частности, благодаря электролизу получают алюминий, водород, хлор, гидроксид натрия, пероксид водорода и многие другие важные вещества.