פתרונות אלקטרוליטים

פתרונות אלקטרוליטים מיוחדיםנוזלים באופן חלקי או מלא בצורה של חלקיקים טעונים (יונים). תהליך של פיצול מולקולות לתוך שלילי (אניונים) ו טעון חיובי (קטיונים) חלקיקים נקרא דיסוציאציה אלקטרוליטי. דיסוציאציה בפתרונות מתאפשרת רק בשל יכולתם של יונים לקיים אינטראקציה עם מולקולות של נוזל קוטבי, הפועל כממס.

מה הם אלקטרוליטים

פתרונות אלקטרוליט מחולקים למים ולא מים. מים נחקרו היטב והם נפוצים מאוד. הם קיימים כמעט בכל אורגניזם חי ומעורבים באופן פעיל בתהליכים ביולוגיים חשובים רבים. אלקטרוליטים לא מימיים ישמשו לביצוע תהליכים אלקטרוכימיים ותגובות כימיות שונות. השימוש בהם הוביל להמצאת מקורות אנרגיה כימיים חדשים. הם ממלאים תפקיד חשוב בתאים פוטו-אלקטרוכימיים, סינתזה אורגנית, קבלים אלקטרוליטים.

פתרונות אלקטרוליט בהתאם לתוארניתן לחלק דיסוציאציות לחזקים, בינוניים וחלשים. דרגת הניתוק (α) היא היחס בין מספר המולקולות המתפוררות לחלקיקים טעונים לבין המספר הכולל של מולקולות. עבור אלקטרוליטים חזקים, הערך של α מתקרב 1, עבור אלקטרודות בינוניות, α≈0.3, ועבור חלשים, α <0.1.

לרוב מכנים מלחים אלקטרוליטים חזקים; חומצות מסוימות הן HCl, HBr, HI, HNO₃, ח₂CO₄HClO₄, הידרוקסיד של מתכות בריום, סטרונציום, סידן ואלקלי. בסיסים וחומצות אחרים הם אלקטרוליטים בעלי חוזק בינוני או חלש.

מאפייני פתרונות אלקטרוליטים

היווצרות פתרונות מלווה לרוב בהשפעות תרמיות ושינויי נפח. תהליך פירוק האלקטרוליט בנוזל מתרחש בשלושה שלבים:

1. הרס הקשרים הבין-מולקולריים והכימיים של האלקטרוליט המומס דורש הוצאה של כמות מסוימת של אנרגיה ולכן חום נספג (∆Н_קצת > 0).
2. בשלב זה הממס מתחילאינטראקציה עם יוני אלקטרוליט, וכתוצאה מכך נוצרת סולבטים (הידרטים בתמיסות מימיות). תהליך זה נקרא solvation והוא אקסותרמי, כלומר נוצר חום (∆ N_הידרה <0).
3. השלב האחרון הוא דיפוזיה. זוהי חלוקה אחידה של hydrates (solvates) בנפח התמיסה. תהליך זה דורש עלויות אנרגיה ולכן הפתרון מקורר (∆Н_{דיפרנציאלי} > 0).

לפיכך, ניתן לכתוב את האפקט התרמי הכולל של פירוק אלקטרוליטים באופן הבא:

∆Н_סול = ∆Н_קצת + ∆Н_הידרה + ∆Н_{דיפרנציאלי}

הסימן הסופי של ההשפעה התרמית הכללית של פירוק אלקטרוליטים תלוי במה שההשפעות האנרגטיות המרכיבות הן. בדרך כלל תהליך זה הוא אנדותרמי.

תכונותיו של פתרון תלויים בעיקר באופי מרכיביה המרכיבים. בנוסף, הרכב התמיסה, הלחץ והטמפרטורה משפיעים על תכונות האלקטרוליט.

תלוי בתוכן המומסחומרים, ניתן לחלק את כל תמיסות האלקטרוליטים לדילול קיצוני (המכיל רק "עקבות" של אלקטרוליט), לדילול (עם תכולה קטנה של מומסים) ומרוכז (עם תוכן משמעותי של אלקטרוליט).

תגובות כימיות בתמיסות אלקטרוליט,אשר נגרמים כתוצאה ממעבר זרם חשמלי מובילים לשחרור חומרים מסוימים על האלקטרודות. תופעה זו נקראת אלקטרוליזה ומשמשת לעיתים קרובות בתעשייה המודרנית. במיוחד מתקבלים באמצעות אלקטרוליזה אלומיניום, מימן, כלור, נתרן הידרוקסיד, מי חמצן וחומרים חשובים רבים אחרים.