الشوارد: أمثلة. تكوين وخصائص الشوارد. شوارد قوية وضعيفة

الكهارل كما هي معروفة المواد الكيميائية معالعصور القديمة. ومع ذلك، فإن معظم مجالات تطبيقها قد اكتسبت مؤخرا نسبيا. وسوف نناقش المجالات الأكثر أولوية لاستخدام هذه المواد في هذه الصناعة وفهم ما تمثله الأخيرة وكيف تختلف عن بعضها البعض. ولكن دعونا نبدأ بجولة في التاريخ.

قصة

أقدم الشوارد المعروفة هي الأملاح والأحماض، اكتشف في العالم القديم. ومع ذلك، والأفكار حول هيكل وخصائص الشوارد وضعت مع مرور الوقت. نظريات هذه العمليات تطورت، ابتداء من 1880s، عندما تم إجراء عدد من الاكتشافات، تتعلق نظريات خصائص بالكهرباء. وقد لوحظت عدة قفزات نوعية في النظريات التي تصف آليات التفاعل من الشوارد بالماء (في الواقع، فقط في حل يكتسبون تلك الخصائص التي تجعلها تستخدم في الصناعة).

الآن سوف نناقش عدة نظريات بالتفصيل،كان لها أكبر تأثير على تطوير مفاهيم الشوارد وممتلكاتهم. دعونا نبدأ مع النظرية الأكثر شيوعا وبسيطة، أن كل واحد منا أخذ في المدرسة.

نظرية التفكك كهربائيا أرينيوس

في عام 1887 الكيميائي السويدي سفانتي أرينيوس وخلق الكيميائي الروسي الألماني ويلهلم أوستوالد نظرية التفكك الكهربائي. ومع ذلك، هنا، أيضا، انها ليست بهذه البساطة. كان أرينيوس نفسه مؤيدا لما يسمى نظرية المادية للحلول، والتي لم تأخذ في الاعتبار التفاعل بين المواد المكونة بالماء وادعى أنه في الحل هناك جسيمات مشحونة مجانا (أيونات). بالمناسبة، فمن من هذه المواقف التي التفكك كهربائيا في المدرسة ويجري النظر اليوم.

دعونا نتحدث عن ما تعطيه هذه النظرية وكيف يفسر آلية تفاعل المواد مع الماء. مثل أي دولة أخرى، لديها العديد من المفاهيم التي تستخدمها:

1. في اتصال مع المواد المياه يتحلل إلى أيونات (موجب - والسلبية الموجبة - أنيون). وتتعرض هذه الجسيمات لترطيب أنها تجذب جزيئات الماء والتي، بالمناسبة، واتهم من ناحية إيجابية ومن جهة أخرى - سلبي (ثنائي القطب تشكيل) لتشكيل في المجمعات المائية (solvates).

2. إن عملية التفكك قابلة للانعكاس، أي إذا كانت المادة قد تكسرت إلى أيونات، ثم تحت تأثير بعض العوامل يمكن أن تتحول مرة أخرى إلى الأولي.

3. إذا قمت بتوصيل الأقطاب الكهربائية إلى الحل والبدء في التيار، فإن الكاتيونات تبدأ تتحرك إلى القطب السالب - الكاثود، والأنيونات إلى مشحونة إيجابيا - الأنود. هذا هو السبب في المواد التي هي قابلة للذوبان في الماء جدا إجراء تيار كهربائي أفضل من المياه نفسها. لنفس السبب كانت تسمى الشوارد.

4. درجة التفكك من بالكهرباء يميز النسبة المئوية للمادة التي خضعت للذوبان. هذا المؤشر يعتمد على خصائص المذيب والمواد الأكثر الذائبة، على تركيز هذا الأخير وعلى درجة الحرارة الخارجية.

هنا، في الواقع، وجميع المفاهيم الأساسية لهذانظرية بسيطة. وسوف تستخدم في هذه المقالة لوصف ما يحدث في حل بالكهرباء. وستناقش أمثلة هذه المركبات لاحقا، ولكننا سننظر الآن في نظرية أخرى.

نظرية الأحماض وقواعد لويس

وفقا لنظرية التفكك كهربائيا، حمضهو مادة في الحل الذي يوجد فيه كاتيون الهيدروجين، والقاعدة هي مركب يتحلل في محلول إلى أنيون هيدروكسيد. هناك نظرية أخرى، سميت باسم الكيميائي الشهير جيلبرت لويس. انها تسمح لنا لتوسيع مفهوم حمض وقاعدة إلى حد ما. وفقا لنظرية لويس، الأحماض هي أيونات أو جزيئات المادة التي لديها مدارات الإلكترون الحرة وقادرة على أخذ إلكترون من جزيء آخر. فمن السهل تخمين أن القواعد ستكون تلك الجسيمات التي هي قادرة على إعطاء واحد أو أكثر من الإلكترونات إلى "استخدام" من الحمض. ومن المثير جدا للاهتمام هنا أن حمض أو قاعدة يمكن أن يكون ليس فقط بالكهرباء، ولكن أي مادة، حتى غير قابلة للذوبان في الماء.

نظرية النموذجية من براندستد لوري

في عام 1923، بشكل مستقل عن بعضها البعض، وهماالعلماء - J. برونستد و T. لوري - اقترح نظرية، والتي هي الآن تستخدم بنشاط من قبل العلماء لوصف العمليات الكيميائية. جوهر هذه النظرية هو أن معنى التفكك يقلل إلى نقل البروتون من الحمض إلى القاعدة. وهكذا، فإن هذا الأخير يفهم هنا كمتقبل بروتون. ثم الحمض هو المانح. كما تفسر النظرية جيدا وجود مواد تظهر الخصائص والأحماض والقواعد. وتسمى هذه المركبات مذبذب. في نظرية برونستد لوري، يستخدم مصطلح أمفوليتس أيضا بالنسبة لهم، في حين أن الحمض أو القواعد تسمى عادة بروتوليثس.

لقد وصلنا إلى الجزء التالي من المقال. نحن هنا تصف كيف تختلف الشوارد القوية والضعيفة مختلفة عن بعضها البعض ومناقشة تأثير العوامل الخارجية على خصائصها. وبعد ذلك سنبدأ في وصف تطبيقها العملي.

شوارد قوية وضعيفة

كل مادة تتفاعل مع الماءبشكل فردي. بعض تذوب في ذلك جيدا (على سبيل المثال، ملح الطعام)، والبعض لا تذوب على الإطلاق (على سبيل المثال، الطباشير). وهكذا، وتنقسم جميع المواد إلى الشوارد قوية وضعيفة. هذه الأخيرة هي المواد التي تتفاعل سيئة مع الماء وتستقر في الجزء السفلي من الحل. وهذا يعني أن لديهم درجة منخفضة جدا من التفكك وطاقة ملزمة عالية، والتي لا تسمح للجزيء لتتحلل إلى أيونات المكونة لها في ظل الظروف العادية. التفكك من الشوارد ضعيفة يحدث إما ببطء شديد، أو مع زيادة في درجة الحرارة وتركيز هذه المادة في الحل.

دعونا نتحدث عن الشوارد قوية. وتشمل هذه جميع الأملاح القابلة للذوبان، وكذلك الأحماض القوية والقلويات. أنها تتحلل بسهولة في الأيونات وأنه من الصعب جدا لجمعها في راسب. بالمناسبة، يتم تنفيذ التيار في الشوارد بدقة من قبل الأيونات الواردة في الحل. ولذلك، فإن أفضل بالكهرباء يسيطر على التيار. أمثلة على هذا الأخير: الأحماض القوية، والقلويات، والأملاح القابلة للذوبان.

العوامل التي تؤثر على سلوك الشوارد

الآن دعونا نرى كيف التغيير في الخارجيةالوضع على خصائص المواد. التركيز يؤثر بشكل مباشر على درجة التفكك من بالكهرباء. وعلاوة على ذلك، يمكن التعبير عن هذه العلاقة رياضيا. ويسمى القانون الذي يصف هذا الصدد قانون تخفيف أوستوالد ويكتب على النحو التالي: a = (K / c)^1/2. هنا، هو درجة التفكك (يؤخذ فيالكسور)، K هو ثابت التفكك، مختلفة لكل مادة، و ج هو تركيز بالكهرباء في الحل. ووفقا لهذه الصيغة، يمكن للمرء أن يتعلم الكثير عن المادة وسلوكها في الحل.

لكننا خرجنا عن الموضوع. بالإضافة إلى التركيز، ويتأثر درجة التفكك أيضا من درجة حرارة المنحل بالكهرباء. وبالنسبة لمعظم المواد، تزيد زيادتها من قابلية الذوبان والنشاط الكيميائي. هذا هو الذي يمكن أن يفسر مسار ردود فعل معينة فقط في درجة حرارة مرتفعة. في ظل الظروف العادية، فإنها تذهب إما ببطء شديد، أو في كلا الاتجاهين (وتسمى هذه العملية عكسها).

لقد قمنا بتحليل العوامل التي تحدد سلوك مثل هذا النظام مثل الحل بالكهرباء. الآن ننتقل إلى التطبيق العملي لهذه، دون أدنى شك، والمواد الكيميائية الهامة جدا.

الاستخدام الصناعي

وبطبيعة الحال، سمع الجميع كلمة "بالكهرباء"تطبق على البطاريات. وتستخدم السيارة بطاريات الرصاص الحمضية، ودور الكهارل الذي يؤدي 40 في المئة حامض الكبريتيك. لفهم لماذا هناك أي حاجة لهذه المادة، فمن الضروري أن نفهم ملامح البطارية.

فما هو مبدأ أي بطارية؟ في رد فعل عكسها من التحول من مادة واحدة إلى آخر يحدث، ونتيجة لذلك يتم الافراج عن الإلكترونات. عندما يتم شحن البطارية، وهناك تفاعل المواد التي لم يتم الحصول عليها في ظل الظروف العادية. ويمكن تمثيل ذلك كتراكم للكهرباء في مادة نتيجة تفاعل كيميائي. عندما يبدأ التفريغ، يبدأ التحول العكسي، مما يؤدي النظام إلى حالته الأولية. وتشكل هاتان العمليتان معا دورة واحدة للتهمة والتفريغ.

النظر في العملية المذكورة أعلاه على محددةمثال - بطارية الرصاص الحمضية. كما قد تخمن، يتكون هذا المصدر الحالي من عنصر يحتوي على الرصاص (وكذلك الرصاص ببو ثاني أكسيد الكربون₂) والأحماض. أي بطارية تتكون من الأقطاب الكهربائية والمسافة بينهما، شغل فقط مع بالكهرباء. كما في الماضي، كما سبق أن أوضحنا، في مثالنا حامض الكبريتيك يستخدم بتركيز 40 في المئة. يتكون الكاثود من هذه البطارية من ثاني أكسيد الرصاص، ويتكون الأنود من الرصاص النقي. كل هذا لأن على هذين القطبين هناك ردود الفعل عكسها مختلفة التي تنطوي على الأيونات، والتي يتم فصل حمض:

1. منع الرشوة₂ + سو₄^2-+ 4H⁺ + 2e^- = بسو₄ + 2H₂O (رد فعل يحدث في القطب السالب الكاثود).
2. ي + سو₄^2- - 2e^- = بسو₄ (رد فعل تتدفق على القطب الموجب الأنود).

إذا قرأنا ردود الفعل من اليسار إلى اليمين، نحصل عليهاالعمليات التي تحدث أثناء تفريغ البطارية، وإذا الحق - في تهمة. كل مصدر في الوقت الراهن الكيميائي لهذه التفاعلات المختلفة، إلا أن آلية حدوثها في عام يصف نفسه: هناك نوعان من العمليات، واحدة منها الإلكترونات "استيعاب" والآخر، على العكس، "الذهاب". الشيء الأكثر أهمية هو أن عدد الإلكترونات استيعابها مساو لعدد المنشورة.

في الواقع، إلى جانب البطاريات، هناك كتلةتطبيقات هذه المواد. بصفة عامة، الشوارد، والأمثلة التي قدمناها، - أنها ليست سوى حبة مجموعة متنوعة من المواد التي متحدون تحت هذا المصطلح. أنها تحيط بنا في كل مكان، في كل مكان. هنا، على سبيل المثال، هو جسم الإنسان. هل تعتقد أن هذه المواد ليست هناك؟ خطأ جدا. فهي موجودة في كل مكان في الولايات المتحدة وتشكل أكبر عدد من الشوارد في الدم. وهي تشمل، على سبيل المثال، أيونات الحديد، والتي هي جزء من خضاب الدم ويساعد الأوكسجين النقل إلى أنسجة الجسم. الشوارد في الدم أيضا أن تلعب دورا رئيسيا في تنظيم توازن الماء الملح وعمل القلب. يتم تنفيذ هذه الوظيفة عن طريق أيونات البوتاسيوم والصوديوم (هناك حتى العملية التي تحدث في الخلايا التي يتم تسمية مضخة البوتاسيوم الصوديوم).

أي المواد التي يمكنك حلعلى الأقل قليلا - الشوارد. وليس هناك مثل هذا الفرع من الصناعة وحياتنا معك، أينما يتم تطبيقها. انها ليست فقط البطاريات في السيارات والبطاريات. هذا هو أي إنتاج المواد الكيميائية والغذائية، المصانع العسكرية، مصانع الملابس وهلم جرا.

تكوين بالكهرباء، بالمناسبة، هو مختلف. وهكذا، فمن الممكن لعزل الالكتروليت الحمضية والقلوية. أنها تختلف أساسا في ممتلكاتهم: كما قلنا بالفعل، والأحماض هي الجهات المانحة من البروتونات، والقلويات - متقبلين. ولكن مع الوقت تكوين الكهارل يتغير بسبب فقدان جزء من المادة، وتركيز إما يقلل أو يزيد (كل شيء يعتمد على ما فقدت، والمياه أو بالكهارل).

نحن نواجههم كل يوم ، لكن قلة قليلة من الناس يعرفون بالضبط تعريف مصطلح مثل الالكتروليت. أمثلة على مواد محددة ، تم تفكيكها ، لذا دعنا ننتقل إلى مفاهيم أكثر تعقيدًا.

الخصائص الفيزيائية للالكهارل

الآن حول الفيزياء. أهم شيء يجب فهمه عند دراسة هذا الموضوع هو كيف يتم نقل التيار في الشوارد. الدور الحاسم في هذا لعبت بواسطة الأيونات. يمكن لهذه الجسيمات المشحونة حمل الشحنة من جزء واحد من المحلول إلى آخر. وبالتالي ، فإن الأنيونات تميل دائما إلى القطب الموجب ، والكاتيونات إلى القطب السالب. وبالتالي ، بالتصرف على الحل بتيار كهربائي ، نقوم بتقسيم الشحنات على جوانب مختلفة من النظام.

سمة جسدية مثيرة جدا للاهتمام،كما الكثافة. العديد من الخصائص للمركبات التي نناقشها تعتمد على ذلك. وغالبا ما يكون السؤال للملوثات العضوية الثابتة: "كيفية رفع كثافة بالكهرباء؟" في الواقع ، الإجابة بسيطة: تحتاج إلى تقليل المحتوى المائي للحل. منذ يتم تحديد كثافة بالكهرباء أساسا من قبل كثافة حامض الكبريتيك، فإنه يعتمد أساسا على تركيز هذا الأخير. هناك طريقتان لإنجاز هذا. الأول بسيط للغاية: قم بغلي الإلكتروليت الموجود في البطارية. للقيام بذلك، تحتاج لشحنه بحيث درجة الحرارة داخل يرتفع قليلا فوق مئة درجة مئوية. إذا كان هذا الأسلوب لا يساعد، لا تقلق، هناك واحد أكثر: ببساطة استبدال بالكهرباء القديمة مع واحدة جديدة. للقيام بذلك، واستنزاف الحل القديم، وتنظيف داخل بقايا حامض الكبريتيك بالماء المقطر، ثم صب جزء جديد. كقاعدة ، فإن الحلول النوعية للكهارل على الفور لها القيمة اللازمة للتركيز. بعد استبدال، يمكنك نسيان كيفية زيادة كثافة المنحل بالكهرباء لفترة طويلة.

تكوين بالكهرباء يحدد إلى حد كبيرخصائص. مثل خصائص التوصيل الكهربائي والكثافة ، على سبيل المثال ، تعتمد بشدة على طبيعة المادة المذابة وتركيزها. هناك سؤال منفصل حول مقدار الإلكتروليت في البطارية. في الواقع ، يرتبط حجمها مباشرة بالقدرة المعلنة للمنتج. وكلما زاد عدد حامض الكبريتيك داخل البطارية ، كلما ازدادت قوة الطاقة كلما ازدادت قدرة الفولتية على التنازل.

أين هو مفيد؟

إذا كنت من عشاق السيارات أو مجرد حريصالسيارات ، ثم تفهم كل شيء بنفسك. من المؤكد أنك حتى تعرف كيفية تحديد مقدار الإلكتروليت في البطارية الآن. وإذا كنت بعيدًا عن السيارات ، فلن تكون معرفة خصائص هذه المواد وتطبيقاتها وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض زائدة عن الحاجة. بمعرفة ذلك ، لن تكون في حالة فقدان إذا طلب منك تحديد أي من المنحل بالكهرباء في البطارية. على الرغم من أنك إذا لم تكن من عشاق السيارات ، ولكن لديك سيارة ، فإن معرفة جهاز البطارية لن تكون زائدة عن الحاجة وستساعدك في الإصلاح. سيكون من الأسهل والأرخص القيام بكل شيء بنفسك ، بدلاً من الذهاب إلى مركز السيارة.

ولإستكشاف هذا الموضوع بشكل أفضل ، نوصي بذلكقراءة كتاب الكيمياء في المدارس والجامعات. إذا كنت تعرف هذا العلم جيدًا وقرأت ما يكفي من الكتب المدرسية ، فإن أفضل خيار سيكون "المصادر الكيميائية الحالية" ل Varypaev. يتم وضع نظرية كاملة من تشغيل المراكم ، والبطاريات المختلفة وعناصر الهيدروجين بالتفصيل هناك.

استنتاج

نحن في نهايته. دعونا نلخص. وفوقنا تفكيك كل ما يتعلق بمفهوم مثل الشوارد: أمثلة، نظرية الهيكل والخصائص، وظائف وتطبيقات. مرة أخرى يجدر القول أن هذه المركبات هي جزء من حياتنا، والتي بدونها أجسادنا وجميع مجالات الصناعة لا يمكن أن توجد. هل تذكرين عن شوارد الدم؟ شكرا لهم نحن نعيش. ماذا عن أجهزتنا؟ بمساعدة هذه المعرفة ، يمكننا إصلاح أي مشكلة تتعلق بالبطارية ، لأننا الآن نفهم كيفية رفع كثافة المنحل بالكهرباء.

لا يمكن قول كل شيء ، ولم نقم بوضع هذا الهدف. بعد كل شيء ، هذا ليس كل ما يمكن أن يقال عن هذه المواد المدهشة.