Ηλεκτρική διάσταση: τα θεωρητικά θεμέλια της ηλεκτροχημείας

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η ηλεκτρική διάσταση παίζει τεράστιο ρόλο στη ζωή μας, αν και συνήθως δεν το σκεφτόμαστε. Με αυτό το φαινόμενο συνδέεται η ηλεκτρική αγωγιμότητα των αλάτων, οξέων και βάσεων σε ένα υγρό μέσο. Από τους πρώτους καρδιακούς παλμούς που προκαλούνται από «ζωντανό» ηλεκτρισμό στο ανθρώπινο σώμα, που είναι ογδόντα τοις εκατό υγρό, μέχρι αυτοκίνητα, κινητά τηλέφωνα και παίκτες, των οποίων οι μπαταρίες είναι ουσιαστικά ηλεκτροχημικές μπαταρίες, η ηλεκτρική διάσταση είναι αόρατα παρούσα παντού κοντά μας.

Σε γιγαντιαίες δεξαμενές που εκπέμπουν τοξικές αναθυμιάσεις από λιωμένο σε υψηλές θερμοκρασίες βωξίτη, το «φτερωτό» μέταλλο - αλουμίνιο λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση. Τα πάντα γύρω μας, από χρωμιωμένες γρίλιες ψυγείου μέχρι επάργυρα σκουλαρίκια στα αυτιά μας, μια φοράή αντιμέτωποι με διαλύματα ή λιωμένα άλατα, και ως εκ τούτου με αυτό το φαινόμενο. Δεν είναι τυχαίο ότι η ηλεκτρική διάσταση μελετάται από έναν ολόκληρο κλάδο της επιστήμης - την ηλεκτροχημεία.

Όταν διαλύονται, τα μόρια του υγρού διαλύτη συνάπτουν χημικό δεσμό με τα μόρια της διαλυμένης ουσίας, σχηματίζοντας διαλυτώματα. Σε ένα υδατικό διάλυμα, τα άλατα, τα οξέα και οι βάσεις είναι πιο ευαίσθητα στη διάσπαση. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, τα μόρια της διαλυμένης ουσίας μπορούν να αποσυντεθούν σε ιόντα. Για παράδειγμα, υπό την επίδραση ενός υδατικού διαλύτη, τα ιόντα Na⁺ και CI^{- στον ιοντικό κρύσταλλο NaCl περνούν στο διαλυτικό μέσο σε νέας ποιότητας επιδιαλυτωμένα (ενυδατωμένα) σωματίδια.}

Αυτό το φαινόμενο, που είναι ουσιαστικά η διαδικασία πλήρους ή μερικής αποσύνθεσης μιας διαλυμένης ουσίας σε ιόντα ως αποτέλεσμα της δράσης ενός διαλύτη, ονομάζεται «ηλεκτρική διάσταση». Αυτή η διαδικασία είναι εξαιρετικά σημαντική για την ηλεκτροχημεία. Μεγάλη σημασία έχει το γεγονός ότι η διάσταση πολύπλοκων συστημάτων πολλαπλών συστατικών χαρακτηρίζεται από μια σταδιακή ροή. Με αυτό το φαινόμενο, υπάρχει επίσης μια απότομη αύξηση του αριθμού των ιόντων στο διάλυμα, γεγονός που διακρίνει τις ηλεκτρολυτικές ουσίες από τις μη ηλεκτρολυτικές.

Στη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, τα ιόντα έχουν μια σαφή κατεύθυνση κίνησης: σωματίδια με θετικό φορτίο (κατιόντα) - σε ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο, που ονομάζεται κάθοδος, και θετικά ιόντα (ανιόντα) - στην άνοδο, ηλεκτρόδιο με το αντίθετο φορτίο, όπου αποφορτίζονται. Τα κατιόντα ανάγεται και τα ανιόντα οξειδώνονται. Επομένως, η διάσταση είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία.

Ένα από τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά αυτής της ηλεκτροχημικής διεργασίας είναι ο βαθμός ηλεκτρολυτικής διάστασης, ο οποίος εκφράζεται ως η αναλογία του αριθμού των ένυδρων σωματιδίων προς τον συνολικό αριθμό μορίων της διαλυμένης ουσίας. Όσο υψηλότερος είναι αυτός ο δείκτης, τόσο ισχυρότερος είναι ο ηλεκτρολύτης είναι αυτή η ουσία. Σε αυτή τη βάση, όλες οι ουσίες χωρίζονται σε ασθενείς, μέτριας ισχύος και ισχυρούς ηλεκτρολύτες.

Ο βαθμός διάστασης εξαρτάται από τους ακόλουθους παράγοντες: α) τη φύση της διαλυμένης ουσίας. β) τη φύση του διαλύτη, τη διηλεκτρική σταθερά και την πολικότητα του. γ) συγκέντρωση του διαλύματος (όσο χαμηλότερος είναι αυτός ο δείκτης, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός διάστασης). δ) τη θερμοκρασία του διαλυτικού μέσου. Για παράδειγμα, η διάσταση του οξικού οξέος μπορεί να εκφραστεί με τον ακόλουθο τύπο:

CH₃COOH H⁺ + CH₃COO^-

Οι ισχυροί ηλεκτρολύτες διασπώνται σχεδόν μη αναστρέψιμα, καθώς το υδατικό τους διάλυμα δεν περιέχει τα αρχικά μόρια και μη ενυδατωμένα ιόντα. Πρέπει επίσης να προστεθεί ότι όλες οι ουσίες που έχουν χημικούς δεσμούς ιοντικού και ομοιοπολικού πολικού τύπου υπόκεινται στη διαδικασία διάσπασης. Η θεωρία της ηλεκτρολυτικής διάστασης διατυπώθηκε από τον εξαιρετικό Σουηδό φυσικό και χημικό Svante Arrhenius το 1887.