Электролит ерітінділері

Электролиттер дегеніміз балқымалары мен ерітінділері электр тоғын өткізетін, иондық электроөткізгіштікке ие болатын заттар. Электролиттерді ионогендік және ионофорлық деп екіге бөледі. Ионогендік электролиттер таза күйінде диссоциацияланбаған молекулалардан тұрады (мысалы, CH₃COOH, HCl). Ионофорлық электролиттер ерімегеннің өзінде де олардың құрамында иондар болады. Оларға көптеген тұздар жатады.

Электролиттердің қасиеттерін электролиттік диссоциациялану теориясы (ЭДТ) түсіндіреді, оның негізін С.Аррениус қалады (1887ж.). Электролиттік диссоциация – еріткіш әсерінен электролит молекуласының иондарға ыдырауы. Кәзіргі кездегі түсініктер бойынша ерген заттың молекулалары еріткіш молекулаларымен әрекеттеседі. Еріткіш молекулалары заттың кристалдық торын бұзып, иондарын қоршап – сольватталған (гидратталған) иондар түзеді. Диссоциацияның негізгі себебі – иондардың гидратациясы. Электролиттік диссоциациялану кезінде еріткіштің маңызы өте зор.

Сандық жағынан электролиттік диссоциациялану процесін диссоциациялану дәрежесімен сипаттауға болады. Диссоциациялану дәрежесі бойынша электролиттерді күшті және әлсіз деп бөледі.

Күшті электролиттер теориясы (Дебай, Хюккель) бойынша күшті электролиттер ерітіндіде толық диссоциацияланғандықтан иондар концентрациясы жоғары болады. Әр аттас иондар арасында электростатикалық тартылыс күштері туады. Нәтижесінде әр ион қарама-қарсы зарядты ионмен «иондық атмосфера» құрып қоршалады. Бұл иондардың қозғалғыштығын тежейді. Соның салдарынан иондардың активтігі төмендейді. Реакцияға түскенде, олардың концентрациясы нақты концентрациясынан кем болып көрінеді. Осы құбылысты түсіндіру үшін «активтілік» деген ұғым енгізілген. Химиялық реакцияға түсетін концентрацияға сәйкес концентрацияны ионның активтілігі деп атайды:

а = c

а – ионның активтілігі, моль/л;

– активтілік коэффициенті;

с – мольдік концентрация, моль/л

Активтілік коэффиценті ерітіндінің иондық күшіне байланысты. Ерітіндінің иондық күші ондағы барлық иондардың мольдік концентрациясы мен олардың зарядтарының квадратының көбейтіндісінің жартылай қосындысына тең:

- ерітіндінінің иондық күші

С_i – i-ионның мольдік концентрация

Z_i – i-ионның заряды

Электролит ерітінділеріне Вант-Гофф және Рауль заңдарын қолдану үшін ерітінділердің қасиеттерінің концентрацияға тәуелділігін сипаттайтын теңдеулерге қосымша түзету коэффициенті енгізіледі. Ол i деп белгіленіп Вант-Гофф коэффициенті не изотоникалық коэффициенті деп аталады. Бұл коэффициент электролит ерітіндісіндегі кинетикалық активті бөлшектердің концентрациясы электролит емес, еріген молекулалар санынан неше есе артық екендігін көрсетеді:

Электролит ерітінділерінің электр тоғын өткізу қабілеті ондағы иондардың қозғалғыштығына байланысты болады. Заттың электр тоғын өткізу мүмкіндігі электрөткізгіштікпен немесе оған кері шама кедергімен сипатталады. Электролит ерітіндісінің электрөткізгіштігі ерітіндінің көлденең қимасынан бірлік уақытта өткен иондардың мөлшерімен анықталады. Ал ол болса, бірлік көлемдегі ерітіндінің иондарына, олардың қозғалу жылдамдығына, зарядтарына және ерітіндінің температурасына байланысты болады. Ерітіндіні сұйылта бастаған кезде, иондар саны көбейеді де, ерітіндінің меншікті электроөткізгіштігі артады. Одан әрі сұйылту бірлік көлемдегі иондардың абсолюттік санын азайтатындықтан, меншікті электрөткізгіштіктің мәні төмендейді.

Электролиттің меншікті электрөткізгіштігі қалындығы 1 см, көлденен қимасының ауданы 1 см², потенциал градиенті 1 в/см ерітіндінің бойынан өткен тоққа тең:

мұндағы –электролиттің меншікті электрөткізгіштігі, I – ток күші, E – кернеу.

Одан әрі сұйылту бірлік көлемдегі иондардың абсолюттік санын азайтатындықтан, меншікті электрөткізгіштіктің мәні төмендейді. Әр түрлі электролиттердің иондарының электр өрісінде қозғалуы (жылжуы) да әр түрлі болады. Потенциал градиенті 1в/см болғандағы иондардың жылжу жылдамдықтары абсолюттік жылдамдық () деп аталады. Иондардың қозғалу жылдамдықтарының аз болуын олардың ерітіндіде сольваттануымен және ортаның кедергісімен түсіндіруге болады.

Катиондар () мен аниондардың () жылжу жылдамдықтары жалпы алғанда бірдей емес, сондықтан олардың таситын электр мөлшері де әр түрлі болады. Электрдің әртүрлі иондарының таситын мөлшерін иондардың тасымалдау саны деп атап, катиондар үшін, ал аниондар үшіндеп белгілейді:

және

Эквиваленттік электрөткізгіштік () деп әрқайсысы 1 см² электродтардың арақашықтығы 1 см болғанда, сол аралықтағы көлемі (Vсм³) ерітіндінің электрөткізгіштігін айтады.

Кольрауш заңы бойынша шексіз сұйылтқан ерітіндінің эквиваленттік электрөткізгіштіктің () катиондары мен аниондарының (және) қозғалуынан болатын иондық өткізгіштіктердің қосындысынан тұрады:

Қарастырған иондардың электрөткізгіштіктерін кейде иондардың қозғалғыштығы деп атайды. Ал иондардың қозғалғыштығы иондардың абсолюттік жылдамдығын электрөткізгіштіктің бірлігімен өрнектеген шамаға тең, яғни:

және

мұндағы F – Фарадей саны, ендеше:

Әлсіз электролиттер үшін эквиваленттік электрөткізгіштіктің және шексіз сұйылтқандағы эквиваленттік электрөткізгіштіктің қатынасы диссоциациялану дәрежесіне (), ал күшті электролиттер үшін бұл қатынас электроөткізгіштік коэффициентке (f) тең:

және