การแตกตัวของเกลือกรดและด่าง ทฤษฎีและการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ

เคมีเชิงฟิสิกส์และชีวเคมีมีลักษณะร่วมกันกระบวนการที่อนุภาคของสารเป็นโมเลกุลไอออน (อนุภาคที่มีประจุบวกเรียกว่าไอออนบวกและอนุภาคที่มีประจุลบเรียกว่าแอนไอออน) อนุมูลจะแตกตัวเป็นอนุภาคที่ง่ายกว่า กระบวนการนี้เรียกว่าการแยกตัวออกจากกันซึ่งแปลมาจากภาษาละติน "dissociation" หมายถึง "การแยกจากกัน" มีลักษณะเป็นตัวบ่งชี้เช่น "ระดับการแยกตัว" ซึ่งแสดงอัตราส่วนของจำนวนอนุภาคที่แยกตัวออกจากกันต่อจำนวนอนุภาคทั้งหมดก่อนการสลายตัวนั่นคือเศษของอนุภาคที่สลายตัว กระบวนการแตกตัวของอนุภาคอาจเกิดขึ้นได้จากผลกระทบบางอย่างที่มีต่อสารลักษณะของผลกระทบเหล่านี้เป็นตัวกำหนดประเภทของการแยกตัว แยกความแตกต่างระหว่างการแยกตัวด้วยความร้อนการแยกตัวจากแสงการแยกตัวภายใต้อิทธิพลของรังสีไอออไนซ์การแยกตัวด้วยไฟฟ้า การแยกตัวเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการเชื่อมโยงและการรวมตัวกันใหม่ กระบวนการนี้มักสับสนกับการแตกตัวเป็นไอออน

Electrolytic dissociation คือชนิดของการแยกตัวดำเนินการภายใต้อิทธิพลของโมเลกุลของตัวทำละลายที่มีขั้วและเป็นสารเคมีในธรรมชาติ สารที่อยู่ในตัวทำละลายสามารถแยกตัวเป็นไอออนและนำกระแสไฟฟ้าเรียกว่าอิเล็กโทรไลต์ (กรดเกลือเบส) สารที่เมื่อละลายแล้วจะไม่สลายตัวเป็นอิออน (แอลกอฮอล์อีเทอร์คาร์โบไฮเดรต ฯลฯ ) ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์ ตัวทำละลายที่สำคัญที่สุดสำหรับอิเล็กโทรไลต์คือน้ำ น้ำมีลักษณะเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ ตัวทำละลายที่มีขั้ว (เช่นเอทานอลแอมโมเนียและกรดอะซิติก) สามารถละลายอิเล็กโทรไลต์ได้เช่นกัน การแยกตัวของกรดด่างและการแยกตัวของเกลือจะดำเนินการในสารละลายที่เป็นน้ำ เกลือเป็นสารประกอบทางเคมีประเภทหนึ่งที่มีโมเลกุลประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก (ไอออนบวกโลหะ) และอนุภาคที่มีประจุลบ (แอนไอออนของกรดตกค้าง) เกลือของกรดซึ่งแตกต่างจากเกลือทั่วไปประกอบด้วยไอออนบวกสองประเภท (โลหะและไฮโดรเจน) และประจุลบของกรด เมื่อละลายน้ำโมเลกุลของเกลือจะแตกตัวเป็นอิออน เกลือสามารถฟื้นฟูได้โดยการระเหยน้ำ

มีอิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแรงและอ่อนแอ ในทฤษฎีคลาสสิกของการแยกตัวด้วยไฟฟ้ากระบวนการนี้ได้รับการยอมรับว่าสามารถย้อนกลับได้ แต่ข้อความนี้ใช้กับอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอในสารละลายเจือจางเท่านั้น การแยกตัวด้วยไฟฟ้าของกรดเบสเกลือเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เนื่องจากเกลือ (เกือบทั้งหมดยกเว้นสิ่งที่ซับซ้อนบางชนิด) กรดและเบส (ที่เกิดจากโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ ธ ) เป็นอิเล็กโทรไลต์ที่มีความเข้มข้นและในสารละลายที่อ่อนแอโมเลกุลของพวกมันจะสมบูรณ์ (ต่อ 100 %) แยกตัวเป็นไอออน อิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่ง: NaCl (โซเดียมคลอไรด์), HNO3 (กรดไนตริก), HClO3 (กรดคลอริก), CaCl2 (แคลเซียมคลอไรด์), NaOH (โซเดียมไฮดรอกไซด์) อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ: NH4OH (แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์), H2CO3 (กรดคาร์บอนิก), CH3COOH (กรดอะซิติก) และกรดอินทรีย์และเบสส่วนใหญ่ เมื่อละลายในน้ำพวกมันสามารถแยกตัวออกได้บางส่วน (โดยปกติค่านี้อยู่ระหว่าง 1 ถึง 10%)

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องจริงในการแก้ปัญหาอิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแรงประกอบด้วยไอออนเท่านั้นและในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลที่ไม่ย่อยสลายของสาร การแยกตัวของเกลือนำไปสู่ความจริงที่ว่าสารละลายมีเฉพาะไอออนของโลหะและสารตกค้างที่เป็นกรด (ตัวอย่างเช่นโซเดียมไอออนบวก Na + และคลอรีนแอนไอออน Cl-) และไม่มีโมเลกุลของเกลือที่ไม่ย่อยสลาย (NaCl) การแยกตัวของเกลือของกรดนำไปสู่การก่อตัวของไอออนบวกโลหะไอออนบวกของไฮโดรเจนและกรดที่ตกค้างในสารละลาย ตัวอย่างเช่นเกลือที่เป็นกรด NaHCO3 (โซเดียมไบคาร์บอเนต) จะแยกตัวออกเป็นไอออนบวกโซเดียม (Na +) ไอออนบวกของไฮโดรเจน (H-) และแอนไอออนของกรดคาร์บอนิกที่เป็นกรด (CO3-)

หากใส่สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (ละลาย) เข้าไปอิเล็กโทรไลเซอร์ (ภาชนะที่มีแคโทดและแอโนด) จากนั้นเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าอนุภาคที่มีประจุจะเริ่มเคลื่อนที่ไปยังอิเล็กโทรดที่มีประจุตรงกันข้าม: ไอออนบวก - ไปยังแคโทดที่มีประจุลบและแอนไอออนลบไปยังขั้วบวกที่มีประจุบวก คุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์โดยเฉพาะการแยกตัวของเกลือถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในเทคโนโลยี การผลิตอลูมิเนียมและทองแดงในภาคอุตสาหกรรมดำเนินการโดยวิธีอิเล็กโทรลิซิส (โดยวิธีการกลั่นด้วยไฟฟ้า) อิเล็กโทรลิซิสช่วยให้คุณได้สารที่บริสุทธิ์ที่สุดระดับความบริสุทธิ์ดังกล่าวไม่สามารถทำได้โดยวิธีอื่น (การแก้ไขการตกผลึก ฯลฯ ) ด้วยความช่วยเหลือของอิเล็กโทรลิซิสโลหะที่สกัดจากแร่จะถูกทำให้บริสุทธิ์เนื่องจากมีเพียงไอออนบวกโลหะที่สะสมอยู่บนแคโทดและสิ่งสกปรกยังคงอยู่ในสารละลายหรือละลาย ปรากฏการณ์ที่เกิดจากการแยกตัวของเกลือเป็นผลมาจากการผลิตไฮโดรเจนบริสุทธิ์และคลอรีนบริสุทธิ์ ในน้ำโซเดียมคลอไรด์จะแตกตัวเป็นไอออน: โซเดียมไอออนบวกและคลอรีนแอนไอออน คลอรีนที่บริสุทธิ์ที่สุดจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกไฮโดรเจนจะเป็นผลพลอยได้ที่แคโทดและผลพลอยได้ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือโซเดียมไฮดรอกไซด์จะก่อตัวในสารละลาย