Сумма катионов образующихся в результате электролитической диссоциации: При диссоциации 2 молекул фосфата натрия и двух молекул сульфида калия сумма катионов

§ 58. Состав электролита

Электролиты —это жидкие или твердые вещества и системы, в которых в сколько-нибудь заметной концентрации присутствуют попы, обусловливающие прохождение электрического тока. Распад молекул растворенных веществ на ионы в результате взаимодействия с растворителем называется электролитической диссоциацией. Ионы, образующиеся в результате электролитической диссоциации, несут положительны” (катионы) или отрицательный (анионы) заряд. При диссоциации любого соединения суммарный заряд катионов равен суммарному заряду анионов.

Проводники электрического тока, которые обладают ионной проводимостью, относятся к проводникам Bтopoгo ряда в отлично от проводников первого ряда, обладающих электронной проводимостью. Электролиты относятся к проводникам второго рода. Ими являются водные растворы кислот, щелочей и солей, а также соли и другие вещества в расплавленном состоянии.

Совокупность процессов электрохимического окисления (восcтaнoвлениe), происходящих на погруженных в электролит электродах (катодах и анодах) при прохождении электрического тока, называется электролизом. Чтобы вызвать разряд катиона, необходимо создать па катоде избыток электронов, придав катиону некоторый отрицательный потенциал относительно раствора или расплава. Причем для каждого типа катионов значение этого потенциала различно. Чем легче катион присоединяет электроны, тем меньший избыток их на катоде требуется для разряда этого катнопа. Аналогичные превращения происходят с анионами, только в этом случае нужно придать аноду определенный для каждого вида анионов положительный потенциал относительно раствора или расплава.

Следует отметить, что требуемый для разряда скачок потенциала (электродный потенциал) зависит от природы растворителя и температуры, чем и объясняются некоторые особенности протекания процесса электролиза в расплавленных средах. В зависимости от величины электродного потенциала металлы, а также водород можно расположить в следующий так называемый электрохимический ряд напряжений: литий, калий, кальций, натрий, магнии, алюминии, кремний, железо, водород, медь и так далее¹.

В этом ряду элементы расположены слева направо по мере возрастания электродного потенциала. Следовательно, при электролизе они будут выделяться в обратной очередности.

Алюминий обладает высокой химической активностью и большой энергией образования соединений. В электрохимическом ряду напряжений алюминий занимает место среди наиболее электроотрицательных металлов. Высокий отрицательный потенциал алюминия делает невозможным выделение его электролизом из водных растворов, так как при этом на катоде в первую очередь будет выделяться водород. Этот же фактор создает большие ограничения в выборе расплавленных электролитов для осуществления процесса электролиза алюминия. Рассматривая электрохимический ряд напряжений, легко убедиться, что в состав такого электролита, кроме соединений алюминия, могут входить лишь соединения щелочных и щелочноземельных металлов.

До настоящего времени единственным применяющимся в крупномасштабном промышленном производстве способом получения металлического алюминия является электролитическое разложение его оксида, растворенного в расплавленном криолите Na₃AlF₆ (или ЗNаF.AlF₃).

С 1886 г., когда Эру во Франции и Холл в Америке практически одновременно предложили использовать в качестве электролита для электролиза алюминия криолито-глиноземный расплав. электролит принципиально не изменился. Все многочисленные попытки изыскания лучшего состава электролита для процесса электролиза алюминия, не увенчались успехом.

Применяемый в настоящее время для электролиза алюминия промышленный электролит в основном состоит из обогащенного фтористым алюминием криолито-глиноземного расплава, свойств которого улучшены добавками различных химических соединений.

Сумма этих добавок, как правило, не превышает 8—10%. Наибольшее распространение в качестве добавок к промышленному электролиту получили следующие соединения: CaF₂, LiF, NaCl. MgF₂. Основное назначение добавок — снижение температуры плавления электролита и увеличение его электропроводности. Однако все добавки приводят в той или иной степени к снижению растворимости глинозема в электролите, что ограничивает их содержание в промышленном электролите.

В промышленных электролитах практически всегда содержится 2—3 % CaF₂, поступающего в виде примеси с сырьем.

Кроме того, с исходными материалами в электролит поступают следующие примеси: Fe₂О₃, SiO₂, P₂O₅, V₂O₅, SO₄^2-.CuO и др. Следует помнить, что ионы металлов, электродный потенциал которых более электроположительный, чем потенциал алюминия, разряжаются в процессе электролиза и загрязняют алюминий. Поэтому к степени чистоты сырья для производства алюминия всегда предъявляются повышенные требования.

В практике электролиза алюминия принято выражать состав электролита молекулярным отношением его составляющих NaF:AlF₃, так называемым криолитовым отношением. Следовательно, для криолита (ЗNаF.А1F₃) молекулярное отношение равняется 3. При избытке в составе электролита фтористого алюминия криолитовое отношение будет меньше трех (кислые электролиты), а при избытке фтористого натрия —больше трех (щелочные электролиты).

Ниже приведено содержание основных компонентов и кислых промышленных электролитах различного состава, % (по массе):

§ 59. Свойства криолито-глиноземного расплава

Физико-химические свойства криолито-глиноземного расплава определяются свойствами его компонентов и продуктов их взаимодействия. К основным физико-химическим свойствам относятся: температура плавления, растворимость глинозема, плотность, электропроводность, вязкость, поверхностное натяжение и давление насыщенных паров.

Используя свойство расплава скачкообразно изменять энтальпию при охлаждении в момент перехода из одного состояния в другое и измеряя во времени температуру охлаждающегося сплава, можно установить, при каком ее значении происходит то или иное превращение. Все превращения, происходящие с расплавом при изменении температуры и состава, обычно выражают графически в виде диаграммы состояния, которая представляет собой обобщение результатов всех наблюдении за данной системой расплавов.

В диаграммах состояния систем, включающих две пли более фаз, форма границы между жидким н твердым состоянием позволяет обнаружить химические соединения, возникающие между компонентами смеси, и судить о степени их термической диссоциации в расплаве. Кроме того, по форме этой границы в известной степени удастся предсказать изменение свойств смеси в зависимости от ее состава, так как максимумы и минимумы на этой границе обычно соответствуют изменениям физико-химических свойств.

Впервые фундаментальные исследования физико-химических свойств криолито-глиноземного расплава были выполнены П. П. Федотьевым и В. П. Ильинским. Приведенная ими диаграмма состояния системы NaF—AlF₃ (рис. 96) подтверждена рядом исследователей с незначительными уточнениями.

Фтористый натрии имеет температуру плавления 997°С; фтористый алюминий возгоняется при 1270 °С, не плавясь. Криолит Na₃AlF₆ образуется при 25 % (мол.) AlF₃; температура его плавления около 1000 °С. Резко выраженный максимум, отвечающий образованию криолита, свидетельствует о прочности этого химического соединения. При 37,5 % (мол.) АlF₃ образуется другое химическое соединение—хиолит 5NаF.ЗАlF₃, температура плавления которого около 725°С. Это соединение непрочно и распадается при температуре его плавления на криолит и фтористый алюминий. Более поздними исследованиями и данной системе найдено еще одно химическое соединение (NaAlF₄) и одна эвтектика.

На диаграмме видно, что при избытке фтористого алюминия (уменьшение криолитового отношения) в избытке фтористого натрия (увеличение криолитового отношения) понижается температура плавления расплава. Добавление к криолито-глиноземному расплаву фтористого алюминия нашло практическое использование при электролизе алюминия. Однако не следует забывать, что увеличение содержания фтористого алюминия в смеси приводит к увеличению испарения расплава. Избыточное содержание фтористого натрия также приводит к нежелательным последствиям, увеличивая вероятность выделения натрия на катоде.

Установлено, что температура плавления глинозема 2030 ºС, а алюминия технической чистоты 659 º.

вов в качестве электролита. Система Na₃AlF₆—Al₂O₃ исследовалась многократно и различными методами. Результаты этих исследований значительно расходятся, особенно в области заэвтсктнческих сплавов. Предпочтение отдастся результатам, полученным 3. Ф. Лундиной (рис. 97). Анализ этой диаграммы состояния показывает, что глинозем значительно снижает температуру плавления криолита, по имеет ограниченную растворимость в нем. При содержании около 15 % (по массе) Al₂O₃ криолит с глиноземом образуют эвтектику, температура плавления которой 938 ºС. Дальнейшее незначительное растворение глинозема происходит при существенном повышении температуры расплава. При 950 °С растворимость глинозема в криолите составляет примерно 15 % (по массе).

Для снижения температуры плавления промышленною электролита в него всегда вводят некоторый избыток фтористого алюминия.

Наиболее полно тронная система Nа₃AlF₆— АlF₃—Al₂O₃ исследована А. А. Костюковым (рис. 98). Эта система характеризуется четырьмя полями первичной кристаллизации —криолита, хиолита, фтористого алюминия и глинозема и двумя тронными точками—тройной эвтектической (678°С) и тройной перитектической (710 ºС). На диаграмме видно, что в области первичной кристаллизации криолита температура плавления расплавов снижается от

Рис. 98. Диаграмма состояния системы Nа₃A1F₆ — АlF₃—Al₂O₃ (по А.А. Костюкову)

криолита к тройной переходной точке. Крутизна поверхности ликвидуса увеличивается по мере повышения концентрации фтористого алюминия в расплаве; при этом содержание глинозема в расплаве понижается.

Многочисленными исследованиями установлено, что растворимость глинозема в криолите при избыточном содержании в нем фтористого алюминия понижается. Для расплава с избытком фтористого алюминия, соответствующим криолитовому отношению 2,2—2,4, растворимость глинозема снижается до 8—10 % (мол.).

При повышении содержания фтористого натрия до 86 % (мол.) растворимость глинозема увеличивается, а затем начинает понижаться. В чистом фтористом натрии глинозем практически не растворяется.

Плотность криолита и алюминия в расплавленном состоянии зависит от температуры. Этa зависимость определяется по уравнениям:

для алюминия d = 2,382 — 0,000273 (t — 659), для криолита d = 2,112 — 0,00093 (t— 1000),

где t— температура, ºС; d—плотность, г/см³. Добавки к криолиту NaF, АlF₃ и Al₂O₃ снижают плотность расплава.

С повышением температуры плотность криолито-глиноземного расплава, как и чистого криолита, понижается. Для расплава, содержащего 5% Al₂O₃, при 960 °С она составляет 2,1 г/см³, при этой же температуре плотность алюминия равна 2,3 г/см³.

Плотность алюминия с повышением температуры понижается медленнее, чем плотность криолито-глиноземных расплавов. При понижении температуры плотности криолито-глиноземного расплава и алюминия увеличиваются не в одинаковой степени. Так как у электролита это происходит быстрее, то при снижении температуры может наступить такой момент, когда плотности металла и электролита будут близки и произойдет их перемешивание. При этом металл может всплыть на поверхность, что нарушит процесс электролиза.

Измерения удельной электропроводности расплавленной смеси фторида натрия и алюминия показывают, что наиболее высокой электропроводностью обладает чистый NaF. Удельная электропроводность уменьшается с возрастанием содержания фтористого алюминия, подчиняясь линейной зависимости. Так, удельная электропроводность NaF при 1000 ºС равна 4,46, криолита 2,67, а смеси с 40 % (мол ) АlF₃ 2,01 См */см.

Удельная электропроводность криолито-глиноземного расплава находится в прямой зависимости от содержания глинозема. При изменении содержания глинозема в криолите от 2 до 15 % удельная электропроводность расплава соответственно уменьшается от 2,6 до 1,9 См/см.

При практических расчетах пользуются обратной величиной—удельным электросопротивлением (ρ, Ξμ.см). Для расплава с 2% Al₂O₃ при 1000 °С удельное электросопротивление будет равно:

ρ= 1/α == 1/2,6=0,385, γде α.—удельная электропроводность, См/см.

* См—симменс (СИ)==1/Ом.

Электропроводность алюминия зависит от содержания в нем примесей. Так, электропроводность алюминия марки А995 составляет 65,45 % от электропроводности меди, а марка А0 62,5 %.

Удельное электросопротивление жидкого алюминия при температурах 950—1000°С равно 3.10^-5 Ом.см, что составляет в 15000 раз меньшую величину, чем удельное электросопротивление промышленного электролиза.

Наибольшее влияние на вязкость криолита оказывают глинозем: при добавлении к криолиту 10% (по массе) Al₂O₃ вязкость криолитоглиноземного расплава увеличивается на 23 % по сравнению с вязкостью расплавленного криолита при 1000°С. Повышение вязкости криолито-глиноземного расплава по мере увеличения концентрации в нем глинозема объясняется Л. П. Беляевым повышением в расплаве концентрации громоздких комплексных
ионов тина А1О₂^— и A1O⁺. Эти ионы увеличивают внутреннее трение, а следовательно, и вязкость расплава.

Вязкость алюминия (99,998% А1) при 950 °С 0,082 Па. с. С понижением температуры вязкость алюминия возрастает и при 660°С составляет 0,118 Па. с.

При электролизе криолито-глиноземных расплавов представляет интерес поверхностное натяжение на границах: расплав—газ, металл—газ, расплав—металл, а также смачиваемость твердых углеродистых материалов криолито-глиноземным расплавом и металлом.

Наибольшим поверхностным натяжением на границе с газовой фазой в системе NaF—АlF₃ обладает NaF—1998 мкН/см при 1000 °С. С повышением содержания А1Рз поверхностное патяженнс системы понижается, и для криолита оно составляет 1455 мкН/см, а для смеси с 50% (мол.) АlF₃ — 863 мкН/см. Поверхностное натяжение этой системы на границе с газовой фазой практически не зависит от содержания глинозема. Поверхностное натяжение металлического алюминия при 1000 °С более чем в три раза выше, чем криолита.

По данным А. Д. Герасимова и А. И. Беляева, поверхностное натяжение на границе жидкий алюминий —расплав в системе NaF—АlF₃ с повышением содержания АlF₃ увеличивайся. Если для криолита оно составляет 5200 мкН/см, тo при содержании 33% (мол.) АlF₃ -5800 мкН/см, а при 40 % (мол.) АlF₃—6400 мкН/см.

Поверхностное натяжение на границе с твердой поверхностью характеризуется краевым углом смачивания (рис. 99). Краевые углы меньше 90° характеризуют низкое, а больше 90°—высокое поверхностное натяжение. В системе NaF—АlF₃ на границе расплав—твердая углеродистая поверхность—фтористый натрий имеет наименьший краевой угол смачивания. Под влиянием АlF₃ краевой угол смачивания возрастает и достает максимальной величины у криолита. Дальнейшее увеличение содержания АlF₃

Электролитическая диссоциация — обзор

1.1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ, ОБЛАДАЮЩИХ КИСЛОТНЫМИ ИЛИ ОСНОВНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Определение Аррениуса, известное как теория электролитической диссоциации (TED), подходящее для описания водных растворов, исторически было первым определением этого Добрый. В нем говорится, что кислота — это вещество, склонное к диссоциации с образованием протонов, H ⁺ :

(1.1.1) HCl⇌H ++ Cl-,

, тогда как основание является донором гидроксид-ионов, OH ^— :

(1.1.2) NaOH⇌Na ++ OH−.

В ионной форме кислотно-основное взаимодействие (нейтрализация) можно записать следующим образом:

(1.1.3) H ++ OH − ⇌h3O.

Подобные взаимодействия в молекулярных растворах характеризуются константой собственной кислотно-основной автоионизации, которая является важным параметром, описывающим кислотно-основные свойства растворителя. Например, константа автоионизации воды определяется следующим произведением:

(1.1.4) Kw⇌H + OH− = 10-14 298.15К.

Чем ниже значение этой константы, тем больше разница в показателях кислотности (pH) между стандартными растворами сильных кислот и оснований, что приводит к более широкому кислотно-щелочному диапазону для растворителя. Это относится не только к кислотно-основным равновесиям в водных растворах, но также относится к любому донорно-акцепторному взаимодействию в молекулярных растворителях, которые склонны к гетеролитической диссоциации с образованием «кислотных» и «основных» частиц, как предусмотрено соответствующим определением. кислот и оснований.Из уравнений (1.1.3) и (1.1.4) следует, что определение Аррениуса можно использовать только для описания кислотно-основных взаимодействий в водных растворах, поскольку реакция между «кислотой» растворителя и «основанием» растворителя может привести к образованию только молекул растворителя. В рассматриваемом случае этим растворителем является вода.

Более общее определение кислотно-щелочного равновесия в молекулярных растворителях было независимо предложено Бронстедом и Лоури, которые расширили термин «основание».По их словам, кислота является донором протонов, а основание они определили только как акцептор H ⁺ . Согласно определению Бренстеда – Лоури, диссоциация кислоты приводит к образованию протона и «сопряженного» основания:

(1.1.5) A⇌B + H +.

В молекулярных растворителях процесс (1.1.5) накладывается на другие кислотно-основные реакции, а именно на реакцию с нейтральными молекулами растворителя или с другими растворенными веществами кислотного или основного характера. Полный кислотно-основной процесс представлен уравнением типа:

(1.16) A1 + B2L⇌A2LH ++ B1.

Конечно, протоны не могут существовать как свободные частицы в молекулярных растворителях: они должны реагировать с молекулами растворителя, и такое взаимодействие в водных растворах приводит к образованию H ₅ O ₂ ⁺ (H ⁺ · 2H ₂ O или [H ₂ O · · · H · · · OH ₂ ] ⁺ ) частиц. Точно так же ионы гидроксида в водных растворах существуют как H ₃ O ₂ ^— (OH ₂ · · · OH ^— ).Чем сильнее кислота A ₁ по сравнению с кислотой A ₂ , тем полнее смещение реакции (1.1.6) вправо. Таким образом, определение Бренстеда-Лоури расширяет термин «кислотно-основное взаимодействие» на реакции, сопровождающиеся переносом протона от одного основания к другому. Например, согласно этому определению гидролиз представляет собой разновидность кислотно-основного взаимодействия

(1.1.7) HCO3- + h3O⇌CO2⋅h3O + OH−

с участием двух пар сопряженных пар, состоящих из кислоты и основание, различающиеся на один протон:

(1.1.8) HCO3− + H + ⇌h3O,

(1.1.9) h3O − H + ⇌OH−.

Очевидным преимуществом определения Бренстеда – Лоури по сравнению с TED является тот факт, что кислотно-основное взаимодействие достигает равновесия между двумя парами конъюгатов в растворителе. При формулировке этого определения в качестве подходящих растворителей рассматривались только различные протолитические среды, процесс диссоциации которых можно описать следующей схемой:

(1.1.10) HL⇌H ++ L-.

Тем не менее, позже оно использовалось для описания реакций протонного обмена в апротонных средах, поскольку это определение не имеет ограничений, касающихся химического состава частиц растворителя, а точнее их склонности к диссоциации с образованием сольватированного протон.

Следует отметить, что термины «кислота» и «основание» в теории Бренстеда – Лоури относятся только к функции данного вещества в протолитической реакции. Одно и то же вещество при определенных условиях может реагировать как кислота, а в других случаях оно может проявлять основные свойства. Кроме того, на относительную силу кислот и оснований значительно влияет сольватация реагентов и продуктов реакции.

Льюис [13] предложил электронную теорию кислот и оснований и дал более общее определение кислот и оснований в ее рамках.Кислоты определяются как акцепторы электронной пары, а ее доноры классифицируются как основания. Принципиальная схема кислотно-основного взаимодействия Льюиса описывается следующим уравнением:

(1.1.11) A +: B⇌A: B.

Согласно этому уравнению, оба рассмотренных выше определения протонной кислотности являются просто частными случаями определения Льюиса. В самом деле, протон — это электронодефицитная частица и акцептор электронной пары, поэтому его называют кислотой, а его акцепторами являются основания.Помимо протонов, к кислотам Льюиса можно отнести и другие электронодефицитные частицы, независимо от их заряда (Ni ^{2 +} , BF ₃ и т. Д.).

Наиболее общее определение кислот и оснований было сформулировано Усановичем [14,15], который предложил определение кислот как участников химической реакции, доставляющей катионы (среди них протон) или фиксирующих анион (включая один электрон). . Таким образом, основания являются донорами анионов (электронов) или акцепторами катиона (протонов).Однако это определение не стало общепринятым, в основном из-за его чрезмерной универсальности, поскольку большинство химических реакций можно отнести к кислотно-основным в рамках определения Усановича. Например, следующая окислительно-восстановительная реакция будет кислотно-основной реакцией:

(1.1.12) Fe3 ++ Cu + ⇌Fe2 ++ Cu2 +.

здесь Fe ^{3 +} (электронодонор) — кислота, а Cu ⁺ (акцептор электрона) — основание.

Обычно определения кислот и оснований необходимы для классификации различных видов химических реакций, т.е.е. для разделения их на кислотно-основные и «прочие». Например, определение Бренстеда – Лоури делит реакции на кислотно-основные, которые характеризуются перераспределением протонов, и другие. В более широком определении Льюиса реакции делятся на кислотно-основные и окислительно-восстановительные, что означает, что в первом случае происходит перераспределение электронной плотности за счет электронных пар, а во втором случае речь идет о реакциях с переносом отдельных электронов. Поскольку химия касается как раз перераспределения электронов внешних оболочек, мы можем классифицировать все химические реакции как кислотно-основные по определению Усановича.

Тем не менее, в определении Усановича есть и положительные моменты. Итак, кислоты и основания классифицируются на основе их реакций с ионами (анионами и катионами), которыми являются основания и кислоты Льюиса. Следовательно, эту особенность следует добавить к определению Льюиса, чтобы дать наиболее общее определение кислот и оснований [16]: кислоты являются либо акцепторами неразделенной электронной пары (или аниона), либо донорами катиона, а основания являются либо донорами электронная пара (или анион) или акцепторы катиона.

Однако рассмотрим следующую реакцию, являющуюся кислотно-основной (согласно принципу Люкса – Флуда):

(1.1.13) S2O72− + O2 − ⇌2SO42−.

Согласно приведенным выше определениям, оба реагента в левой части реакции (1.1.13) являются акцепторами аниона и, следовательно, должны рассматриваться как кислоты. Однако это не так, и известно, что расплавленные пиросульфаты являются очень агрессивной кислой средой. Определение Lux предоставляет один из возможных способов устранить это кажущееся противоречие.Напомним, что в 1939 году Люкс предложил определение, в котором кислоты были определены как акцепторы оксид-ионов, а основания — как оксид-ионные доноры [17]. Итак, основное кислотно-основное взаимодействие Люкс-Флада можно описать уравнением (0.1). Позже некоторые исследования были выполнены Flood et al. на расплав пиросульфата калия [18–20]. Раздел исследований, изучающий реакции оксидного ионного обмена в расплавленных солях, теперь получил название «оксокислотность».

Следует отметить, что в литературе есть несколько любопытных интерпретаций оксокислотности, которые в большей или меньшей степени искажают исходное определение.Например, Делимарский и Барчук [3] дают «определение Люкс», где основание является донором оксидных или галогенид-ионов. Более того, по крайней мере, в русском переводе книги [21], «определение Lux – Flood» означает, что кислота является донором оксидных ионов, а основание — акцептором O ^{2 —} . Конечно, эти «определения» ошибочны, как можно убедиться, прочитав исходную статью Lux [17].

Электролиз | Безграничная химия

Прогнозирование продуктов электролиза

Электролиз — это способ разделения соединения путем пропускания через него электрического тока; продукты представляют собой ионы, входящие в состав соединения.

Цели обучения

Предсказать продукты реакции электролиза

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Основными компонентами электролитической ячейки являются электролит, постоянный ток и два электрода.
• Ключевой процесс электролиза — это обмен атомами и ионами путем удаления или добавления электронов во внешнюю цепь.
• Окисление ионов или нейтральных молекул происходит на аноде, а восстановление ионов или нейтральных молекул происходит на катоде.

Ключевые термины

• электролит : Вещество, которое в растворе или в расплавленном состоянии ионизирует и проводит электричество.
• электролиз : химическое изменение, возникающее при пропускании электрического тока через проводящий раствор или расплав соли.

Что такое электролиз?

Чтобы предсказать продукты электролиза, нам сначала нужно понять, что такое электролиз и как он работает. Электролиз — это метод разделения связанных элементов и соединений путем пропускания через них электрического тока.Он использует постоянный электрический ток (DC), чтобы запустить в противном случае несамопроизвольную химическую реакцию. Электролиз очень важен с коммерческой точки зрения как стадия отделения элементов из природных источников, таких как руды, с использованием электролитической ячейки.

Основными компонентами, необходимыми для проведения электролиза, являются:

• Электролит: вещество, содержащее свободные ионы, которые являются переносчиками электрического тока в электролите. Если ионы неподвижны, как в твердой соли, то электролиз не может происходить.
• Источник постоянного тока (DC): обеспечивает энергию, необходимую для создания или разряда ионов в электролите. Электрический ток переносится электронами во внешней цепи.
• Два электрода: электрический проводник, который обеспечивает физический интерфейс между электрической цепью, обеспечивающей энергию, и электролитом.

Обмен атомами и ионами

Ключевым процессом электролиза является обмен атомами и ионами путем удаления или добавления электронов во внешнюю цепь.Необходимые продукты электролиза находятся в физическом состоянии, отличном от состояния электролита, и могут быть удалены некоторыми физическими процессами.

Каждый электрод притягивает ионы противоположного заряда. Положительно заряженные ионы или катионы движутся к катоду, обеспечивающему электроны, который является отрицательным; отрицательно заряженные ионы или анионы движутся к положительному аноду. Вы могли заметить, что это противоположность гальванической ячейки, где анод отрицательный, а катод положительный.

На электродах электроны поглощаются или высвобождаются атомами и ионами. Те атомы, которые приобретают или теряют электроны, становятся заряженными ионами, которые переходят в электролит. Те ионы, которые приобретают или теряют электроны, становясь незаряженными атомами , отделяются от электролита. Образование незаряженных атомов из ионов называется разрядкой. Энергия, необходимая для миграции ионов к электродам, и энергия, вызывающая изменение ионного состояния, обеспечивается внешним источником.{4 -} _ 6 [/ латекс]

Нейтральные молекулы также могут реагировать на любом электроде. Реакции электролиза с участием ионов H ⁺ довольно распространены в кислых растворах. В щелочных водных растворах реакции с участием гидроксид-ионов (OH ^— ) обычны. Окисленные или восстановленные вещества также могут быть растворителем, которым обычно является вода, или электродами. Возможен электролиз с участием газов.

Прогнозирование продуктов электролиза

Давайте посмотрим, как прогнозировать продукты.Например, на какие два иона распадется CuSO ₄ ? Ответ: Cu ²⁺ и SO ₄ ^2-. Давайте посмотрим на эту реакцию внимательнее.

Электролиз сульфата меди : два медных электрода помещают в раствор синего сульфата меди и подключают к источнику электрического тока. Ток включен на некоторое время.

Берем два медных электрода и помещаем их в раствор синего сульфата меди (CuSO ₄ ) и включаем ток.- [/ латекс]

Мы только что видели электрический ток, используемый для расщепления CuSO ₄ на составляющие ионы. Это все, что нужно для предсказания продуктов электролиза; все, что вам нужно сделать, это разложить соединение на составляющие ионы.

Электролиз хлорида натрия

Два обычно используемых метода электролиза включают расплав хлорида натрия и водный раствор хлорида натрия, которые дают разные продукты.

Цели обучения

Предсказать продукты электролиза хлорида натрия в расплавленных и водных условиях

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Металлический натрий и газообразный хлор могут быть получены электролизом расплавленного хлорида натрия.
• Электролиз водного раствора хлорида натрия дает водород и хлор, при этом водный гидроксид натрия остается в растворе.
• Причина различия заключается в том, что восстановление Na ⁺ (E ° = –2,7 v) энергетически сложнее, чем восстановление воды (–1,23 v).

Ключевые термины

• анод : электрод электрохимической ячейки, на которой происходит окисление.
• катод : электрод электрохимической ячейки, на которой происходит восстановление.

Электролиз NaCl

Как мы уже говорили, электролиз — это прохождение постоянного электрического тока через ионное вещество, которое либо расплавлено, либо растворено в подходящем растворителе. Это приводит к химическим реакциям на электродах и разделению материалов. Два обычно используемых метода электролиза включают расплав хлорида натрия и водный раствор хлорида натрия. Вы можете подумать, что оба метода дадут вам одинаковые продукты, но это не так. Давайте рассмотрим каждый из методов, чтобы понять различные процессы.

Электролиз расплавленного NaCl

Если хлорид натрия расплавляется (выше 801 ° C), два электрода вставляются в расплав и через расплав соли пропускается электрический ток, после чего на электродах происходят химические реакции.

Электролизная ячейка для расплавленного хлорида натрия : Промышленная электролизная ячейка для производства металлического натрия и газообразного хлора из расплавленного NaCl. Жидкий натрий всплывает в верхнюю часть расплава над катодом и сливается в резервуар для хранения.{-} [/ латекс]

Общая реакция — это разложение хлорида натрия на элементы:

[латекс] 2 \ text {NaCl} \ rightarrow 2 \ text {Na} (\ text {s}) + {\ text {Cl}} _ {2} (\ text {g}) [/ latex]

Электролиз водного NaCl

Что происходит, когда у нас есть водный раствор хлорида натрия? Что ж, мы не можем забыть, что мы должны учитывать воду в уравнении. Поскольку вода может как окисляться, так и восстанавливаться, она конкурирует с растворенными ионами Na ⁺ и Cl ^— .Вместо производства натрия производится водород.

Электролиз водного раствора хлорида натрия : Электролиз водного раствора NaCl приводит к образованию водорода и хлористого газа. На аноде (A) хлорид (Cl-) окисляется до хлора. Ионоселективная мембрана (B) позволяет противоиону Na + свободно проходить через нее, но предотвращает диффузию анионов, таких как гидроксид (OH-) и хлорид. На катоде (C) вода восстанавливается до гидроксида и газообразного водорода. Чистый процесс представляет собой электролиз водного раствора NaCl на промышленно полезные продукты — гидроксид натрия (NaOH) и газообразный хлор.{-} (\ text {aq}) + {\ text {H}} _ {2} (\ text {g}) + \ frac {1} {2} {\ text {Cl}} _ {2} ( \ text {g}) [/ latex]

Восстановление Na ⁺ (E ° = –2,7 об.) Энергетически сложнее, чем восстановление воды (–1,23 об.), Поэтому в водном растворе будет преобладать последнее.

Вывести продукты электролиза расплава соли : Электролиз расплава соли дает элементы из соли. Итак, электролиз WCl4 дает W и Cl2.Ионы металлов получают электроны на отрицательном электроде, а неметаллы теряют их на положительном электроде.

Электролиз воды

Чистая вода не может подвергаться значительному электролизу без электролита, такого как кислота или основание.

Цели обучения

Вспомните свойства электролита, которые позволяют проводить электролиз воды

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Электролиз раствора серной кислоты или соли, такой как NaNO ₃ , приводит к разложению воды на обоих электродах.
• На катоде появится водород, а на аноде появится кислород.
• Количество образующегося водорода в два раза превышает количество молей кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором.

Ключевые термины

• электролиз : химическое изменение, возникающее при пропускании электрического тока через проводящий раствор или расплав соли.

Чистая вода не может подвергаться значительному электролизу без добавления электролита.{-} [/ латекс]

E ° = -1,23 В

Умножение катодной реакции на 2, чтобы соответствовать количеству перенесенных электронов, дает это чистое уравнение после объединения ионов OH ^— и H ⁺ с образованием воды:

Сеть: [латекс] 2 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} (\ text {l}) \ rightarrow 2 {\ text {H}} _ {2} (\ text {g} ) + {\ text {O}} _ {2} (\ text {g}) [/ latex]

E = -1,23 v

Водород появится на катоде, отрицательно заряженном электроде, где электроны входят в воду, и кислород появится на аноде, положительно заряженном электроде.Количество образовавшихся молей водорода в два раза больше количества молей кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором. Количество электронов, проталкиваемых через воду, в два раза превышает количество образованных молекул водорода и в четыре раза больше, чем количество образованных молекул кислорода.

Иоганн Риттер, который изобрел первую электрохимическую ячейку, был одним из первых, кто открыл разложение воды электричеством.

Электролиз воды : Устройство, изобретенное Иоганном Вильгельмом Риттером для проведения электролиза воды.

Стехиометрия электролиза

Количество химического изменения, которое происходит при электролизе, стехиометрически связано с количеством электронов, проходящих через элемент.

Цели обучения

Предсказать, сколько кулонов потребуется для данной электрохимической реакции

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• С точки зрения источника напряжения и цепи вне электродов, поток электронов обычно описывается в терминах электрического тока с использованием кулонов и ампер в единицах СИ.
• Требуется 96 485 кулонов, чтобы составить моль электронов, единицу, известную как фарадей (F).
• Эквивалентный вес вещества определяется как молярная масса, деленная на количество электронов, необходимых для окисления или восстановления каждой единицы вещества.

Ключевые термины

• кулонов : В Международной системе единиц — производная единица электрического заряда; количество электрического заряда, переносимого током в 1 ампер, протекающим в течение 1 секунды.Символ: C.
• фарадей : количество электричества, необходимое для депонирования или высвобождения 1 грамма эквивалентного веса вещества во время электролиза; приблизительно 96 487 кулонов.

Стехиометрия электролитической ячейки

Степень химического изменения, происходящего в электролитической ячейке, стехиометрически зависит от количества молей электронов, проходящих через ячейку. С точки зрения источника напряжения и цепи вне электродов, поток электронов обычно описывается в терминах электрического тока с использованием единиц СИ — кулонов и ампер.Для образования моля электронов требуется 96 485 кулонов — единица, известная как фарадей (F).

Это соотношение было впервые сформулировано Майклом Фарадеем в 1832 году в форме двух законов электролиза:

1. Вес веществ, образующихся на электроде во время электролиза, прямо пропорционален количеству электричества, которое проходит через электролит.
2. Вес различных веществ, образованных при прохождении одного и того же количества электричества, пропорционален эквивалентному весу каждого вещества.- \ rightarrow \ text {V} [/ latex]).

   Большинство стехиометрических задач, связанных с электролизом, могут быть решены без явного использования законов Фарадея. «Химия» в этих проблемах обычно очень элементарна; основные трудности обычно возникают из-за незнания основных электрических устройств:

   • ток (в амперах) — это скорость переноса заряда: 1 ампер = 1 [латекс] \ frac {\ text {Coulombs}} {\ text {second}} [/ latex].
   Мощность
   • (в ваттах) — это скорость производства или потребления энергии: 1 Вт = 1 [латекс] \ frac {\ text {Джоуль}} {\ text {second}} [/ latex]. -} = 1184 \ \ text {Coulombs} [/ latex]

     1.5 часов эквивалентны 5400 секундам:

     [латекс] \ frac {1184 \ \ text {Coulombs}} {5400 \ \ text {секунды}} = 0,22 \ \ text {Amps} [/ latex]

     17,5: Факторы, влияющие на растворимость

     Если 12,5 г Cu (NO ₃ ) ₂ • 6H ₂ O добавить к 500 мл 1,00 M водного раствора аммиака, какова равновесная концентрация Cu ^{2 +} (водн.)?

     Добавление ионного соединения, содержащего Cu ^{2 +} , в водный раствор аммиака приведет к образованию [Cu (NH ₃ ) ₄ ] ²⁺ (водн.), Как показано в уравнении \ (\ ref {17.3.2} \). Мы предполагаем, что изменение объема, вызванное добавлением твердого нитрата меди (II) к водному раствору аммиака, незначительно.

     A Начальная концентрация Cu ^{2 +} из количества добавленного нитрата меди перед любой реакцией выглядит следующим образом:

     \ [12.5 \ mathrm {\; \ cancel {g} \; Cu ( NO_3) _2} \ cdot \ mathrm {6H_2O} \ left (\ dfrac {\ textrm {1 mol}} {\ textrm {295.65} \ cancel {g}} \ right) \ left (\ dfrac {1} {\ textrm {500} \; \ cancel {mL}} \ right) \ left (\ dfrac {\ textrm {1000} \; \ cancel {mL}} {\ textrm {1 L}} \ right) = \ textrm {0.0846 M} \]

     Поскольку стехиометрия реакции составляет четыре NH ₃ на одну Cu ^{2 +} , количество NH ₃ , необходимое для полной реакции с Cu ^{2 +} , равно 4 (0,0846) = 0,338 М. Концентрация аммиака после завершения реакции составляет 1,00 М — 0,338 М = 0,66 М. Эти результаты суммированы в первых двух строках следующей таблицы. Поскольку константа равновесия для реакции велика (2,1 × 10 ¹³ ), равновесие будет находиться далеко вправо.Таким образом, мы предположим, что образование [Cu (NH ₃ ) ₄ ] ²⁺ на первом этапе завершено, и позволим некоторой его части диссоциировать на Cu ^{2 +} и NH ₃ . 4} = \ dfrac {0.{-14} \ end {align} \]

     Значение x указывает на то, что наше предположение было оправдано. Таким образом, равновесная концентрация Cu ^{2 +} (водн.) В 1,00 М растворе аммиака составляет 2,1 × 10 ⁻¹⁴ M.

     Влияние образования комплексных ионов на растворимость

     Что произойдет с растворимостью труднорастворимой соли, если к раствору добавить лиганд, образующий стабильный комплексный ион? Один из таких примеров — обычная черно-белая фотография.Напомним, что черно-белая фотопленка содержит светочувствительные микрокристаллы AgBr или смеси AgBr и других галогенидов серебра. AgBr представляет собой труднорастворимую соль с K _sp 5,35 × 10 ^-13 при 25 ° C. Когда затвор камеры открывается, свет от фотографируемого объекта падает на некоторые кристаллы на пленке и инициирует фотохимическую реакцию, которая превращает AgBr в черный металлический Ag. Хорошо сформированные, стабильные негативные изображения отображаются в оттенках серого, что соответствует количеству преобразованных зерен AgBr, причем области, подверженные воздействию самого света, становятся самыми темными.{−13} \ text {при 25 ° C} \ label {17.3.4b} \]

     Равновесие находится далеко слева, а равновесные концентрации ионов Ag ⁺ и Br ^— очень низкие (7,31 × 10 ⁻⁷ M). В результате для удаления непрореагировавшего AgBr даже с одного рулона пленки с использованием чистой воды потребуются десятки тысяч литров воды и много времени. Однако принцип Ле Шателье говорит нам, что мы можем направить реакцию вправо, удалив один из продуктов, что приведет к растворению большего количества AgBr.- (aq)} \ hspace {3mm} K & = K _ {\ textrm {sp}} K _ {\ textrm f} = 15 \ end {align} \ label {17.3.6} \)

     Сравнение K с K _sp показывает, что образование комплексного иона увеличивает растворимость AgBr примерно в 3 × 10 ¹³ . Резкое увеличение растворимости в сочетании с низкой стоимостью и низкой токсичностью объясняет, почему тиосульфат натрия почти повсеместно используется для проявления черно-белой пленки. При желании серебро может быть извлечено из раствора тиосульфата любым из нескольких методов и переработано.

     Если комплексный ион имеет большой K _f , образование комплексного иона может резко увеличить растворимость труднорастворимых солей.

     Пример \ (\ PageIndex {2} \)

     Из-за общего ионного эффекта можно ожидать, что соль, такая как AgCl, будет намного менее растворимой в концентрированном растворе KCl, чем в воде. Однако такое предположение было бы неверным, поскольку оно игнорирует тот факт, что ион серебра имеет тенденцию образовывать двухкоординированный комплекс с ионами хлора (AgCl ₂ ^— ).Рассчитайте растворимость AgCl в каждой ситуации:

     1. в чистой воде
     2. в 1,0 М растворе KCl, игнорируя образование каких-либо комплексных ионов
     3. тот же раствор, что и в части (b), за исключением учета образования комплексных ионов, предполагая, что AgCl ₂ ^— является единственным комплексом Ag ⁺ , который образуется в значительных концентрациях

     При 25 ° C, K _sp = 1,77 × 10 ⁻¹⁰ для AgCl и K _f = 1.1 × 10 ⁵ для AgCl ₂ ^— .

     Дано: K _sp AgCl, K _f AgCl ₂ ^— и концентрация KCl

     Запрошено: Растворимость AgCl в воде и растворе KCl с образованием и без образования комплексных ионов

     Стратегия:

     1. Напишите выражение произведения растворимости для AgCl и вычислите концентрацию Ag ⁺ и Cl ^– в воде.
     2. Рассчитайте концентрацию Ag ⁺ в растворе KCl.
     3. Напишите сбалансированные химические уравнения растворения AgCl и образования комплекса AgCl ₂ ^— . Сложите два уравнения и вычислите константу равновесия для общего равновесия.
     4. Напишите выражение константы равновесия для всей реакции. Найдите концентрацию комплексного иона.

     Решение

     1. A Если мы позволим x равняться растворимости AgCl, тогда в равновесии [Ag + ] = [Cl ^— ] = x M.Подставляя это значение в выражение произведения растворимости,

     K _sp = [Ag ⁺ ] [Cl ^— ] = ( x ) ( x ) = x ² = 1,77 × 10 ⁻¹⁰

     x = 1,33 × 10 ⁻⁵

     Таким образом, растворимость AgCl в чистой воде при 25 ° C составляет 1,33 × 10 ⁻⁵ M.

     2. B Если x равно растворимости AgCl в растворе KCl, то при равновесии [Ag ⁺ ] = x M и [Cl ^— ] = (1.0 + x ) M. Подставляя эти значения в выражение произведения растворимости и предполагая, что x << 1.0,

     K _sp = [Ag ⁺ ] [Cl ^— ] = ( x ) (1,0 + x ) ≈ x (1,0) = 1,77 × 10 ⁻¹⁰ = х

     Если бы эффект обычных ионов был единственным важным фактором, мы бы предсказали, что AgCl примерно на пять порядков менее растворим в 1. — (aq)} \ hspace {3mm} K _ {\ textrm { sp}} & = 1.{-5} = х \)

     То есть AgCl растворяется в 1,0 M KCl с образованием 1,9 × 10 ⁻⁵ M раствора комплексного иона AgCl ₂ ^–. Таким образом, мы прогнозируем, что AgCl имеет примерно такую ​​же растворимость в 1,0 M растворе KCl, как и в чистой воде, что в 10 ⁵ раз больше, чем предсказано на основе эффекта обычных ионов. (Фактически, измеренная растворимость AgCl в 1,0 М KCl почти в 10 раз больше, чем в чистой воде, в основном из-за образования других хлоридсодержащих комплексов.)

     Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

     Рассчитайте растворимость иодида ртути (II) (HgI ₂ ) в каждой ситуации:

     1. чистая вода
     2. 3,0 М раствор NaI, при условии, что [HgI ₄ ] ^2- является единственной ртутьсодержащей разновидностью, присутствующей в значительных количествах

     K _sp = 2,9 × 10 ⁻²⁹ для HgI ₂ и K _f = 6,8 × 10 ²⁹ для [HgI ₄ ] ^2–.

     Ответ

     1. 1,9 × 10 ⁻¹⁰ M
     2. 1,4 млн

     Комплексообразующие агенты, молекулы или ионы, которые увеличивают растворимость солей металлов за счет образования растворимых комплексов металлов, являются обычными компонентами моющих средств для стирки. Карбоновые кислоты с длинной цепью, основные компоненты мыла, образуют нерастворимые соли с Ca ^{2 +} и Mg ^{2 +} , которые присутствуют в высоких концентрациях в «жесткой» воде.4 \ label {17.3.7b} \]

     Однако фосфаты могут нанести ущерб окружающей среде, способствуя эвтрофикации, росту чрезмерного количества водорослей в водоеме, что в конечном итоге может привести к значительному снижению уровня растворенного кислорода, который убивает рыбу и другие водные организмы. Следовательно, многие штаты в США запретили использование фосфатсодержащих моющих средств, а Франция запретила их использование начиная с 2007 года. «Безфосфатные» моющие средства содержат различные виды комплексообразователей, такие как производные уксусной кислоты или других карбоновых кислот. кислоты.Разработка заменителей фосфата — область интенсивных исследований.

     В промышленных установках для смягчения воды также используется комплексообразующий агент для обработки жесткой воды путем пропускания воды через ионообменные смолы, которые представляют собой комплексные соли натрия. Когда вода течет по смоле, ион натрия растворяется, и нерастворимые соли осаждаются на поверхности смолы. Обработанная таким образом вода имеет более соленый вкус из-за присутствия Na ⁺ , но содержит меньше растворенных минералов.

     Еще одно применение комплексообразователей — медицина.В отличие от рентгеновских лучей, магнитно-резонансная томография (МРТ) может дать относительно хорошие изображения мягких тканей, таких как внутренние органы. МРТ основана на магнитных свойствах ядра ¹ H атомов водорода в воде, которая является основным компонентом мягких тканей. Поскольку свойства воды не сильно зависят от того, находится ли она внутри клетки или в крови, трудно получить подробные изображения этих тканей с хорошим контрастом. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали класс металлических комплексов, известный как «контрастные вещества для МРТ».«Введение контрастного вещества для МРТ пациенту выборочно влияет на магнитные свойства воды в клетках нормальных тканей, опухолях или кровеносных сосудах и позволяет врачам« видеть »каждый из них по отдельности (Рисунок \ (\ PageIndex {4} \ )). Одним из наиболее важных ионов металла для этого приложения является Gd ^{3 +} , который с семью неспаренными электронами очень парамагнитен. Поскольку Gd ^{3 +} (водн.) Довольно токсичен, его необходимо вводить в виде очень стабильного комплекса, который не диссоциирует в организме и может выводиться почками в неизменном виде.Комплексообразующие агенты, используемые для гадолиния, представляют собой лиганды, такие как DTPA ^5- (диэтилентриаминпентауксусная кислота), полностью протонированная форма которой показана здесь.

     Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): МРТ-изображение сердца, артерий и вен. Когда пациенту вводят парамагнитный катион металла в форме стабильного комплекса, известного как контрастное вещество для МРТ, магнитные свойства воды в клетках изменяются. Поскольку разные среды в разных типах клеток реагируют по-разному, врач может получить подробные изображения мягких тканей.{-2} \) зависимость. Следовательно, поведение раствора электролита значительно отличается от поведения идеального раствора. В самом деле, именно поэтому мы используем активность отдельных компонентов, а не концентрацию для расчета отклонений от идеального поведения. В 1923 году Питер Дебай и Эрих Хюккель разработали теорию, которая позволила нам вычислить средний коэффициент ионной активности раствора, \ (\ gamma _ {\ pm} \), и объяснить, как поведение ионов в растворе способствует этому. постоянный.

     Предположения теории Дебая-Хюккеля

     Теория Дебая-Хюккеля основана на трех предположениях о том, как ионы действуют в растворе:

     1. В растворе электролиты полностью диссоциируют на ионы. {2} \ label {2} \]

        где \ (m_ {i} \) и \ (z_ {i} \) — молярность и заряд i-го иона в электролите.Поскольку большинство исследуемых нами растворов электролитов являются водными \ ((\ varepsilon = 78,54) \) и имеют температуру 298 К, ​​предельный закон в уравнении \ ref {1} сводится к

        .

        \ [\ log \ gamma _ {\ pm} = — 0,509 \ mid z _ {+} z _ {-} \ mid \ sqrt {I} \ label {3} \]

        Пример \ (\ PageIndex {1} \)

        Рассчитайте ионную силу, средний коэффициент ионной активности \ (\ gamma _ {\ pm} \) и среднюю ионную моляльность \ (m _ {\ pm} \) для 0,02 моль водного раствора хлорида цинка, \ (\ ce {ZnCl2} \).{−0.10188} ≈0.7909 \ nonumber \]

        \ [a_ ± = 0,7909 \ умножить на 0,2785 \, m = 0,2203 \, m \ nonumber \]

        Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Пример коэффициентов активности. https://www.youtube.com/watch?v=MZCNooIEzQQ

        Кинетический солевой эффект — это влияние солей, установленных в растворе, на скорость реакции.

        Кинетический солевой эффект

        В биологических системах соли влияют на то, насколько хорошо функционируют белки и ДНК. Соли образуются ионными связями между металлом и электромагнитным атомом (атомами).o \ rightarrow Продукт \ label {2A} \]

        Кинетический солевой эффект описывает способ, которым соли стабилизируют реагенты. Например, в приведенной выше реакции у каждого реагента есть заряд. Отрицательно заряженный реагент стабилизируется положительными зарядами соли, а положительно заряженный реагент стабилизируется отрицательными зарядами соли. В результате скорость, с которой соединяются реагенты, уменьшается, тем самым уменьшая скорость образования E. Поскольку заряженный промежуточный продукт также стабилизируется в растворе, период полураспада промежуточного продукта в состоянии равновесия увеличивается, смещая реакцию в сторону образования продукта.o} + 2Z_AZ_B \ sqrt {I} \ label {3A} \]

        где

        • Z — заряд катиона и иона от соли. Z _A Z _B — стоимость продукта.
        • I — ионная сила. I также зависит от растворимости соли в реакционной смеси. Ионная сила прямо пропорциональна растворимости соли. Изменение ионной силы влияет на сольватацию реагентов и промежуточных продуктов, таким образом изменяя ΔS и влияя на скорость реакции.o}} \) — константа скорости без соли в реакционной смеси.
        • A также является константой для растворителя, в котором находится раствор. Значение A для воды составляет 0,509 при 298 К.

        Взаимосвязь между Z _A Z _B , I и скоростью реакции представлена ​​в табличной форме ниже:

        Z A Z B	Скорость реакции
        +	Увеличивает (наличие соли в реакционной смеси)
        –	Уменьшается (увеличивается ионная сила)

        Примечание: I = 0 при очень разбавленных концентрациях соли или если соль инертна.

        Список литературы

        1. Аткинс, П.В. Физическая химия. 5-е изд. Нью-Йорк: WH Freeman, 1994.
        .
        2. Чанг, Раймонд. Физическая химия для биологических наук. Саусалито, Калифорния: University Science Books, 2005.

        Авторы и указание авторства

        • Константин Маллей (UCD)
        • Артика Сингх (UCD)

        Разница между ионизацией и диссоциацией

        Главное отличие — ионизация против диссоциации

        Ионизация и диссоциация — два связанных термина, которые выражают почти одно и то же значение, но используются в разных случаях.Ионизация может относиться к разным типам разделения. Это может быть ионизация атомов за счет удаления электронов или образования ионов в жидком растворе. С другой стороны, диссоциация — это разделение вещества на более мелкие составляющие, такие как атомы, ионы или радикалы. Основное различие между ионизацией и диссоциацией состоит в том, что при ионизации всегда образуются электрически заряженные частицы, тогда как при диссоциации могут образовываться или не образовываться электрически заряженные частицы.

        Основные зоны покрытия

        1.Что такое ионизация
        — Определение, объяснение
        2. Что такое диссоциация
        — Определение, объяснение, константа диссоциации
        3. В чем разница между ионизацией и диссоциацией
        — Сравнение

        Ключевые термины: атом, диссоциация, константа диссоциации, электроны, ионное соединение, ионизация, энергия ионизации, ионные пары, излучение, радикал

        Что такое ионизация

        Ионизация — это процесс, при котором атомы или молекулы получают положительный или отрицательный заряд.Это происходит из-за получения или потери электронов атомами или молекулами, и образующиеся ионы могут быть катионами или анионами. Потеря электронов нейтральным атомом или молекулой образует катион, а усиление электронов нейтральным атомом дает ему отрицательный заряд, образуя анион.

        Ионизация атомов происходит за счет удаления из атома электронов. Когда электрон удаляется из нейтрального газообразного атома путем добавления энергии, он образует одновалентный катион. Количество энергии, необходимое для этого, называется первой энергией ионизации этого атома.

        Рисунок 1: Энергии ионизации некоторых элементов

        Ионизация жидкого раствора — это образование ионов в растворе. Например, когда молекулы HCl растворяются в воде, образуются ионы гидроксония (H ₃ O ⁺ ). Здесь HCl реагирует с молекулами воды и образует положительно заряженные ионы гидроксония и отрицательно заряженные ионы хлорида (Cl ^— ).

        Ионизация может происходить из-за столкновений. Это происходит в основном в газах, когда через газ пропускают электрический ток.Если электроны в токе обладают достаточным количеством энергии, необходимой для удаления электронов из молекул газа, они вытеснят электроны из молекул газа, создавая ионные пары, состоящие из отдельного положительного иона и отрицательного электрона. Здесь также могут образовываться отрицательные ионы, потому что некоторые электроны имеют тенденцию присоединяться к молекулам газа, а не вытягивать электроны.

        Ионизация происходит, когда энергия излучения или достаточно энергичные заряженные частицы проходят через твердые тела, жидкости или газы; например, альфа-частицы, бета-частицы и гамма-излучение могут ионизировать вещества.

        Что такое диссоциация

        В химии диссоциация — это распад вещества на более мелкие частицы, такие как атомы, ионы или молекулы. Эти более мелкие частицы обычно способны рекомбинировать вместе при определенных условиях. Диссоциация может происходить с образованием атомов, ионов или радикалов.

        Основными причинами диссоциации являются добавление растворителя и добавление энергии в виде тепла. Когда ионное соединение растворяется в воде, оно распадается на свои ионные составляющие.Когда NaCl растворяется в воде, полученный раствор содержит катионы Na ⁺ и анионы Cl ^— .

        Рисунок 2: Диссоциация ацетилсалициловой кислоты

        Константа диссоциации

        Константа диссоциации — это соотношение между концентрациями продуктов и концентрацией реагента после диссоциации. Это имеет постоянное значение, если температура постоянна. Рассмотрим для примера воду.

        H ₂ O ↔ H ⁺ + OH ^—

        Тогда константа диссоциации воды равна

        .

        кВт = [H ⁺ ] [OH ^— ] / [H ₂ O]

        Разница между ионизацией и диссоциацией

        Определение

        Ионизация: Ионизация — это процесс, при котором атомы или молекулы получают положительный или отрицательный заряд.

        Диссоциация: Диссоциация — это распад вещества на более мелкие частицы, такие как атомы, ионы или молекулы.

        Концепт

        Ионизация: Ионизация — это образование ионов.

        Диссоциация: Диссоциация — это образование небольших составляющих из более крупных соединений.

        Теория

        Ионизация: Ионизация происходит, когда атом или молекула получает или теряет электрон (или несколько электронов).

        Диссоциация: Диссоциация происходит при добавлении растворителя и энергии в виде тепла.

        Конечный продукт

        Ионизация: Ионизация всегда приводит к образованию ионов.

        Диссоциация: При диссоциации образуются атомы, ионы или молекулы, которые меньше исходного материала.

        Заключение

        Ионизация и диссоциация в основном выражают одну и ту же теорию: разделение компонентов.Основное различие между ионизацией и диссоциацией состоит в том, что ионизация всегда формирует электрически заряженные частицы, тогда как диссоциация может формировать или не формировать электрически заряженные частицы.

        Артикул:

        1. «Ионизация». Encyclopdia Britannica, Encyclopdia Britannica, inc., 17 октября 2016 г., доступно здесь.
        2. «Диссоциация». Encyclopdia Britannica, Encyclopdia Britannica, inc., 7 декабря 2011 г., доступно здесь.
        3. «Константа диссоциации». Википедия, Фонд Викимедиа, 22 января.2018, доступно здесь.

        Изображение предоставлено:

        1. «Энергия ионизации щелочных и щелочноземельных металлов» Депип — собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia
        2. «Диссоциация ацетилсалициловой кислоты» Автор: Фвасконселлос 19:57, 7 сентября 2007 г. (UTC) — Собственная работа, после изображения: диссоциация кислоты Asa 342.jpg Автор Bfesser (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia

        Сванте Август Аррениус | Институт истории науки

        В 1903 году Сванте Август Аррениус (1859–1927) получил Нобелевскую премию по химии за свою электролитическую теорию диссоциации, согласно которой молекулы кислот, оснований и солей диссоциируют на ионы при растворении в воде.

        Он также был одним из первых исследователей эффектов увеличения содержания углекислого газа в атмосфере, предполагая, что температура воздуха повысится, что, по его мнению, окажет положительное влияние на холодный климат Швеции.
        

        Ранние теории электролитической диссоциации

        Аррениус получил образование как по химии, так и по физике. Он начал в университете Упсалы, но затем подал прошение о работе в Шведской королевской академии наук в Стокгольме, потому что он нашел профессоров химии в университете жесткими и скучными.

        Его докторская диссертация, представленная в 1883 году, описывала его экспериментальную работу по электропроводности разбавленных растворов; он также содержал умозрительный раздел, в котором излагалась ранняя форма его теории о том, что молекулы кислот, оснований и солей диссоциируют на ионы, когда эти вещества растворяются в воде — в отличие от идеи Майкла Фарадея и других о том, что ионы образуются только когда электрический ток начинает течь. Согласно Аррениусу, кислоты были веществами, которые содержали водород и давали ионы водорода в водном растворе; основания содержали группу ОН и давали гидроксид-ионы в водном растворе.
        

        Аррениус, Оствальд и Вант Гофф

        Диссертация Аррениуса была холодно принята руководством университета и чуть не испортила его перспективы академической карьеры. В то время его теория многим казалась невероятной, потому что, помимо прочего, раствор хлорида натрия не обладает ни натриевыми, ни хлорными характеристиками. Кроме того, профессора, которых он избегал в своих исследованиях, не были к нему благосклонны.

        Но он предусмотрительно отправил копии своей диссертации нескольким химикам из разных стран, и некоторые были впечатлены его работой, в том числе молодые химики Вильгельм Оствальд и Якобус Хенрикус ван’т Хофф, которые также должны были стать отцами-основателями физической химии. .Оствальд предложил Аррениусу должность в Риге, Латвия, которую Аррениус не мог принять тогда из-за болезни своего отца. Вместо этого ему дали должность в Швеции, а затем грант на поездку от Шведской академии, который позволил ему работать с Оствальдом и Ван’т Хоффом. Впоследствии он развил свою теорию электролитической диссоциации в количественном выражении и написал тексты, пропагандирующие физическую химию.
        

        Более поздние исследования и Нобелевская премия

        Аррениус также применил физико-химические принципы к изучению метеорологии, космологии и биохимии.В метеорологии он предвосхитил научный вывод о том, что увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере вызывает глобальное потепление.

        Хотя ему предлагали возможность переехать в другие европейские университеты, и он читал серию важных лекций в университетах США, Аррениус всегда возвращался в Стокгольм.

        В 1903 году он получил Нобелевскую премию по химии, а в 1905 году он стал директором только что созданного Нобелевского института физической химии.

        Информация, содержащаяся в этой биографии, последний раз обновлялась 14 ноября 2019 г.

        Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

        Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

        ---

        Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

        Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

        • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
        • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
        • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
        • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
        • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

        ---

        Почему этому сайту требуются файлы cookie?

        Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

        ---

        Что сохраняется в файле cookie?

        Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

        Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.