Los electrolitos como químicos se conocen contiempos antiguos Sin embargo, han conquistado la mayoría de sus aplicaciones relativamente recientemente. Discutiremos las áreas más prioritarias para el uso de estas sustancias para la industria y entenderemos cuáles son estas últimas y cómo se diferencian entre sí. Pero comencemos con una digresión en la historia.
Los electrolitos más antiguos conocidos son sales yácidos descubiertos en el mundo antiguo. Sin embargo, las ideas sobre la estructura y las propiedades de los electrolitos se desarrollaron con el tiempo. Las teorías de estos procesos han evolucionado desde la década de 1880, cuando se hicieron una serie de descubrimientos relacionados con las teorías de las propiedades de los electrolitos. Se observaron varios saltos cualitativos en las teorías que describen los mecanismos de interacción de los electrolitos con el agua (después de todo, solo en solución adquieren las propiedades por las cuales se usan en la industria).
Ahora analizaremos en detalle varias teorías,teniendo la mayor influencia en el desarrollo de ideas sobre electrolitos y sus propiedades. Y comencemos con la teoría más común y simple por la que pasamos cada uno de nosotros en la escuela.
en 1887 el químico sueco Svante Arrhenius yEl químico ruso-alemán Wilhelm Ostwald creó la teoría de la disociación electrolítica. Sin embargo, aquí tampoco es tan simple. El propio Arrhenius fue partidario de la llamada teoría física de las soluciones, que no tuvo en cuenta la interacción de las sustancias constituyentes con el agua y argumentó que existen partículas cargadas libres (iones) en la solución. Por cierto, es desde tales posiciones que la disociación electrolítica se considera hoy en la escuela.
Hablemos sobre lo que ofrece esta teoría y cómo nos explica el mecanismo de interacción de las sustancias con el agua. Como cualquier otro, ella tiene varios postulados que usa:
1)Al interactuar con el agua, la sustancia se descompone en iones (catión positivo y anión negativo). Estas partículas se hidratan: atraen moléculas de agua que, por cierto, están cargadas positivamente, por un lado y negativamente (por otro lado (forman un dipolo), y como resultado se forman complejos acuáticos (solvatos).
2. El proceso de disociación es reversible, es decir, si una sustancia se descompone en iones, entonces, bajo la influencia de algunos factores, puede volver a convertirse en el original.
3.Si conecta los electrodos a la solución y pone corriente, entonces los cationes comenzarán a moverse hacia el electrodo negativo (el cátodo y los aniones hacia la carga positiva) hacia el ánodo. Es por eso que las sustancias que son fácilmente solubles en agua conducen la corriente eléctrica mejor que el agua misma. Por la misma razón, fueron llamados electrolitos.
4)El grado de disociación del electrolito caracteriza el porcentaje de la sustancia que se disolvió. Este indicador depende de las propiedades del solvente y de la sustancia disuelta en sí, de la concentración de este último y de la temperatura externa.
Aquí, de hecho, todos los principios básicos de estoTeoría simple. Los usaremos en este artículo para describir lo que sucede en una solución electrolítica. Analizaremos ejemplos de estos compuestos un poco más tarde, pero ahora consideraremos otra teoría.
По теории электролитической диссоциации, кислота - esta es una sustancia en la solución de la cual hay un catión de hidrógeno, y la base es un compuesto que se descompone en solución en un anión hidróxido. Hay otra teoría que lleva el nombre del famoso químico Gilbert Lewis. Le permite expandir un poco el concepto de ácido y base. Según la teoría de Lewis, los ácidos son iones o moléculas de una sustancia que tienen orbitales electrónicos libres y pueden recibir un electrón de otra molécula. Es fácil adivinar que las partículas serán aquellas que sean capaces de donar uno o más de sus electrones al "uso" del ácido. Es muy interesante aquí que el ácido o la base pueden ser no solo un electrolito, sino también cualquier sustancia, incluso insoluble en agua.
En 1923, independientemente uno del otro, dosLos científicos, J. Bronsted y T. Lowry, propusieron una teoría que ahora los científicos utilizan activamente para describir los procesos químicos. La esencia de esta teoría es que el significado de disociación se reduce a la transferencia de un protón de un ácido a una base. Por lo tanto, este último se entiende aquí como un aceptor de protones. Entonces el ácido es su donante. La teoría también explica bien la existencia de sustancias que exhiben propiedades tanto de ácido como de base. Tales compuestos se llaman anfóteros. En la teoría de Bronsted-Lowry, el término anfolitos también se usa para ellos, mientras que el ácido o las bases se denominan comúnmente protolitos.
Llegamos a la siguiente parte del artículo.Aquí describimos cómo los electrolitos fuertes y débiles difieren entre sí y discutimos la influencia de factores externos en sus propiedades. Y luego procedemos a describir su aplicación práctica.
Cada sustancia interactúa con el agua.individualmente Algunos se disuelven bien en él (por ejemplo, sal), mientras que otros no se disuelven en absoluto (por ejemplo, tiza). Por lo tanto, todas las sustancias se dividen en electrolitos fuertes y débiles. Estas últimas son sustancias que interactúan mal con el agua y se asientan en el fondo de la solución. Esto significa que tienen un grado muy bajo de disociación y una alta energía de unión, que, en condiciones normales, no permite que la molécula se descomponga en sus iones constituyentes. La disociación de electrolitos débiles se produce muy lentamente o al aumentar la temperatura y la concentración de esta sustancia en solución.
Habla sobre electrolitos fuertes.Estos incluyen todas las sales solubles, así como ácidos y álcalis fuertes. Se descomponen fácilmente en iones y es muy difícil recogerlos en precipitación. La corriente en electrolitos, por cierto, se lleva a cabo precisamente gracias a los iones contenidos en la solución. Por lo tanto, los electrolitos fuertes conducen la corriente lo mejor de todo. Ejemplos de esto último: ácidos fuertes, álcalis, sales solubles.
Ahora veamos cómo el cambio en lo externomedio ambiente en las propiedades de las sustancias. La concentración afecta directamente el grado de disociación electrolítica. Además, esta relación se puede expresar matemáticamente. La ley que describe esta relación se llama ley de dilución de Ostwald y se escribe como: a = (K / c)1/2. Aquí a es el grado de disociación (tomado enfracciones), K es la constante de disociación diferente para cada sustancia, y c es la concentración de electrolito en solución. Con esta fórmula, puede aprender mucho sobre la sustancia y su comportamiento en la solución.
Pero nos desviamos del tema.Además de la concentración, el grado de disociación también se ve afectado por la temperatura del electrolito. Para la mayoría de las sustancias, su aumento aumenta la solubilidad y la actividad química. Esto puede explicar el curso de algunas reacciones solo a temperaturas elevadas. En condiciones normales, van muy lentamente o en ambas direcciones (este proceso se llama reversible).
Examinamos los factores que determinan el comportamiento de un sistema, como una solución electrolítica. Pasamos ahora a la aplicación práctica de estos, sin duda, químicos muy importantes.
Por supuesto, todos escucharon la palabra "electrolito"en relación con las baterías. El automóvil utiliza baterías de plomo-ácido, en las cuales el 40 por ciento de ácido sulfúrico desempeña el papel de un electrolito. Para comprender por qué se necesita esta sustancia, vale la pena comprender las características de la batería.
Entonces, ¿cuál es el principio de funcionamiento de cualquier batería?Sufren una reacción reversible de la conversión de una sustancia en otra, como resultado de lo cual se liberan electrones. Cuando la batería se carga, se produce una interacción de sustancias que no funciona en condiciones normales. Esto puede representarse como la acumulación de electricidad en una sustancia como resultado de una reacción química. Durante una descarga, comienza la transformación inversa, lo que lleva al sistema a su estado inicial. Estos dos procesos juntos constituyen un ciclo de carga-descarga.
Considere el proceso anterior en un específicoUn ejemplo es una batería de plomo-ácido. Como puede suponer, esta fuente de corriente consta de un elemento que contiene plomo (así como dióxido de plomo PbO2) y ácidos.Cualquier batería consta de electrodos y el espacio entre ellos, llenos solo de electrolitos. Como este último, como ya hemos descubierto, en nuestro ejemplo, se usa ácido sulfúrico con una concentración del 40 por ciento. El cátodo de dicha batería está hecho de dióxido de plomo, y el ánodo consiste en plomo puro. Todo esto porque se producen diferentes reacciones reversibles en estos dos electrodos con la participación de iones a los que se disocia el ácido:
Si lees las reacciones de izquierda a derecha, obtenemosprocesos que ocurren cuando la batería está descargada, y si es de derecha a izquierda, durante la carga. En cada fuente de corriente química, estas reacciones son diferentes, pero el mecanismo de su curso generalmente se describe de la misma manera: ocurren dos procesos, en uno de los cuales los electrones son "absorbidos", y en el otro, por el contrario, "salen". Lo más importante es que el número de electrones absorbidos es igual al número de emitidos.
En realidad, además de las baterías, hay una masaaplicaciones de estas sustancias. En general, los electrolitos, cuyos ejemplos hemos citado, son solo un grano de la variedad de sustancias que se combinan bajo este término. Nos rodean en todas partes, en todas partes. Por ejemplo, el cuerpo humano. ¿Crees que estas sustancias no están allí? Muy mal Están en todas partes en nosotros, y el mayor número son electrolitos en la sangre. Estos incluyen, por ejemplo, iones de hierro, que son parte de la hemoglobina y ayudan a transportar oxígeno a los tejidos de nuestro cuerpo. Los electrolitos en la sangre también juegan un papel clave en la regulación del equilibrio agua-sal y la función cardíaca. Esta función es realizada por los iones de potasio y sodio (incluso hay un proceso que ocurre en las células, que se llama la bomba de sodio y potasio).
Cualquier sustancia que pueda disolveral menos un poco - electrolitos. Y no existe tal industria y nuestra vida, donde sea que se utilicen. Estas no son solo baterías en automóviles y baterías. Esta es cualquier producción química y alimentaria, fábricas militares, fábricas de ropa, etc.
La composición del electrolito, por cierto, es diferente.Por lo tanto, es posible distinguir electrolitos ácidos y alcalinos. Difieren fundamentalmente en sus propiedades: como hemos dicho, los ácidos son donantes de protones y los álcalis son aceptores. Pero con el tiempo, la composición del electrolito cambia debido a la pérdida de parte de la sustancia, la concentración disminuye o aumenta (todo depende de si se pierde agua o electrolito).
Todos los días nos encontramos con ellos, pero pocas personas saben con certeza la definición de un término como electrolitos. Hemos analizado ejemplos de sustancias específicas, por lo que pasaremos a conceptos ligeramente más complejos.
Ahora sobre física.Lo más importante que debe entender al estudiar este tema es cómo se transmite la corriente en los electrolitos. El papel decisivo en esto lo juegan los iones. Estas partículas cargadas pueden transferir carga de una parte de la solución a otra. Por lo tanto, los aniones siempre tienden a un electrodo positivo y los cationes a uno negativo. Por lo tanto, actuando sobre la solución con corriente eléctrica, separamos las cargas en diferentes lados del sistema.
Esta característica física es muy interesante,como densidad. Muchas propiedades de los compuestos que estamos discutiendo dependen de ello. Y a menudo surge la pregunta: "¿Cómo aumentar la densidad del electrolito?" De hecho, la respuesta es simple: debe reducir el contenido de agua en la solución. Dado que la densidad del electrolito está determinada en gran medida por la densidad del ácido sulfúrico, depende principalmente de la concentración de este último. Hay dos formas de implementar su plan. El primero es bastante simple: hervir el electrolito contenido en la batería. Para hacer esto, debe cargarlo para que la temperatura en el interior aumente ligeramente por encima de los cien grados centígrados. Si este método no ayuda, no se preocupe, hay una cosa más: simplemente reemplace el electrolito viejo por uno nuevo. Para hacer esto, debe drenar la solución anterior, limpiar el interior de los restos de ácido sulfúrico con agua destilada y luego llenar una nueva porción. Como regla, las soluciones de electrolitos de alta calidad tienen inmediatamente el valor de concentración deseado. Después del reemplazo, puede olvidarse de cómo aumentar la densidad del electrolito durante mucho tiempo.
La composición electrolítica determina en gran medida supropiedades. Características como la conductividad eléctrica y la densidad, por ejemplo, dependen en gran medida de la naturaleza del soluto y su concentración. Hay una pregunta separada sobre cuánto electrolito en la batería puede ser. De hecho, su volumen está directamente relacionado con la potencia declarada del producto. Cuanto más ácido sulfúrico dentro de la batería, más potente es, es decir, más voltaje puede producir.
Si eres un entusiasta del automóvil o simplemente adictoautos, entonces tú mismo entiendes todo. Seguramente incluso sabe cómo determinar cuánto electrolito hay en la batería ahora. Y si está lejos de los automóviles, el conocimiento de las propiedades de estas sustancias, su uso y cómo interactúan entre sí no será superfluo. Sabiendo esto, no se perderá si se le pide que diga qué electrolito hay en la batería. Aunque incluso si no es un entusiasta del automóvil, pero tiene un automóvil, el conocimiento del dispositivo de batería no será superfluo y lo ayudará a repararlo. Será mucho más fácil y barato hacer todo usted mismo que ir al centro de automóviles.
Y para estudiar mejor este tema, recomendamoslea un libro de texto de química para escuelas y universidades. Si conoce bien esta ciencia y ha leído suficientes libros de texto, la mejor opción serían las fuentes químicas de corriente de Varypaev. Expone en detalle toda la teoría del funcionamiento de las baterías, varias baterías y elementos de hidrógeno.
Hemos llegado a su fin. Para resumir.Arriba, examinamos todo lo relacionado con un concepto como los electrolitos: ejemplos, teoría de la estructura y propiedades, funciones y aplicaciones. Una vez más, vale la pena decir que estos compuestos son parte de nuestra vida, sin los cuales nuestros cuerpos y todas las esferas de la industria no podrían existir. ¿Recuerdas los electrolitos de la sangre? Gracias a ellos vivimos. ¿Qué hay de nuestros autos? Con la ayuda de este conocimiento, podemos solucionar cualquier problema asociado con la batería, ya que ahora entendemos cómo aumentar la densidad del electrolito en ella.
Es imposible contarlo todo, y no establecimos tal objetivo. Después de todo, esto está lejos de todo lo que se puede decir acerca de estas increíbles sustancias.
