4.6: Elektrolyt- und Nichtelektrolytlösungen

Stoffe, die in Lösung eine physikalische oder chemische Veränderung durchlaufen und dabei elektrisch leitende Ionen erzeugen, werden als Elektrolyte bezeichnet. Wenn ein Stoff in Lösung Ionen abgibt, das heißt, wenn die Verbindung zu 100 % dissoziiert, dann ist der Stoff ein starker Elektrolyt. Die vollständige Dissoziation wird durch einen einzelnen Vorwärtspfeil angezeigt. Beispielsweise dissoziieren wasserlösliche ionische Verbindungen wie Natriumchlorid in wässriger Lösung in Natriumkationen und Chloridanionen.

Weitere Beispiele für starke Elektrolyte sind Hydroxide von Metallen der Gruppen 1 und 2 sowie starke Säuren wie HCl und HNO₃.

Wenn nur ein winziger Teil der Substanz in Ionen dissoziiert, das heißt, wenn die Verbindung in Lösung teilweise dissoziiert, spricht man von einem schwachen Elektrolyten. Eine teilweise Dissoziation wird durch einen umkehrbaren Pfeil angezeigt. Beispielsweise ionisieren schwache Säuren wie Essigsäure teilweise in Wasser zu Acetationen und Hydroniumionen.

Weitere Beispiele für schwache Elektrolyte sind schwerlösliche Salze wie AgCl und PbCl₂ sowie schwache Basen wie Ammoniak.

Die elektrostatische Anziehung zwischen einem Ion und einem Molekül mit einem Dipol – die sogenannte Ionen-Dipol-Anziehung – spielt eine wichtige Rolle bei der Auflösung ionischer Verbindungen in Wasser. Wenn sich ionische Verbindungen in Wasser lösen, trennen sich die Ionen im Feststoff und verteilen sich gleichmäßig in der Lösung, da Wassermoleküle die Ionen umgeben und lösen, wodurch die starken elektrostatischen Kräfte zwischen ihnen verringert werden.

Lösungen kovalenter Verbindungen leiten Elektrizität, da die gelösten Moleküle chemisch mit dem Lösungsmittel reagieren und Ionen erzeugen. Reiner Chlorwasserstoff ist beispielsweise ein Gas, das aus kovalenten HCl-Molekülen besteht. Dieses Gas enthält keine Ionen. Allerdings ist eine wässrige HCl-Lösung ein sehr guter Leiter, was darauf hindeutet, dass in der Lösung eine beträchtliche Ionenkonzentration vorhanden ist.

Da HCl eine Säure ist, reagieren seine Moleküle mit Wasser und übertragen H+-Ionen unter Bildung von Hydroniumionen (H₃O⁺) und Chloridionen (Cl⁻):

Diese Reaktion ist für HCl (ein starker Elektrolyt) im Wesentlichen zu 100 % vollständig. Ebenso erzeugen schwache Säuren und Basen, die nur teilweise reagieren, beim Lösen in Wasser relativ geringe Ionenkonzentrationen und werden als schwache Elektrolyte eingestuft.

Stoffe, die beim Auflösen in Wasser keine Ionen abgeben, werden Nichtelektrolyte genannt. Solche Stoffe lösen sich in Lösung als neutrale Moleküle auf, die jeweils von Wassermolekülen umgeben sind. Beispielsweise löst sich eine molekulare Verbindung wie Saccharose als intakte Moleküle in Wasser auf.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Substanzen durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit einer wässrigen Lösung, die die Substanz enthält, als starke, schwache oder Nichtelektrolyte identifiziert werden können. Um Elektrizität zu leiten, muss ein Stoff frei bewegliche, geladene Spezies enthalten. Am bekanntesten ist die Leitung von Elektrizität durch Metalldrähte. In diesem Fall sind die beweglichen, geladenen Einheiten Elektronen. Lösungen können auch Elektrizität leiten, wenn sie gelöste Ionen enthalten, wobei die Leitfähigkeit mit zunehmender Ionenkonzentration zunimmt. Das Anlegen einer Spannung an in eine Lösung eingetauchte Elektroden ermöglicht die Beurteilung der relativen Konzentration gelöster Ionen, entweder quantitativ durch Messung des elektrischen Stromflusses oder qualitativ durch Beobachtung der Helligkeit einer im Stromkreis enthaltenen Glühbirne.

Dieser Text wurde angepasst von Openstax, Chemistry 2e, Section 11.2: Electrolytes.

Wasser kann viele Stoffe lösen, dank seiner chemischen Zusammensetzung. Obwohl seine elektrische Gesamtladung neutral ist, hat ein Wassermolekül eine teilweise negative Ladung an seiner Sauerstoff-Gruppe, und eine teilweise positive Ladung an jedem seiner Wasserstoff-Gruppen. Dadurch wird Wasser zu einem polarem Lösungsmittel.

Wenn ein ionisch gelöster Stoff, wie z. B.eine feste ionische Verbindung, mit Wasser gemischt wird, werden die Wassermoleküle mit den Ionen des gelösten Stoffes wechselwirken. Wenn die Solvat:Solvens Anziehungskräfte stärker sind als die Solvat:Solvat Wechselwirkungen, die die Verbindung zusammen halten, dann werden die löslichen Ionen auseinander gezogen.

Die polaren Wassermoleküle umgeben, oder hydratisieren"die Ionen, wenn sie getrennt werden. Die hydratisierten Ionen werden dann gleichmäßig in der gesamten Lösung verteilt. Wenn ein elektrisches Potential an eine ionische Lösung angelegt wird, werden die Ionen zu Ladungsträgern, die sich auf die entgegengesetzt geladenen Elektroden hin bewegen.

Dadurch entsteht eine Strömung in der Lösung;mit anderen Worten, es leitet Elektrizität. Stoffe, die elektrisch leitfähige Lösungen produzieren, wenn sie in polaren Lösungsmitteln gelöst sind, werden Elektrolyte genannt. Natriumchlorid ist ein solches Beispiel.

Wenn jedoch eine molekulare Verbindung wie Saccharose sich in Wasser löst, bleiben seine Moleküle intakt, da sie von Wassermolekülen umgeben sind. Die Lösung enthält nur neutrale Saccharose Moleküle und leitet daher keinen Strom. Stoffe, die keine elektrisch leitfähig Lösungen produzieren, wenn sie in polaren Lösungsmitteln gelöst sind, werden als Nicht-Elektrolyte bezeichnet.

Wie viel von einer Verbindung in Ionen dissoziiert bestimmt seine Stärke als Elektrolyt. Nahezu jedes Molekül eines starken Elektrolyten, wie zum Beispiel eine starke Säure wie Salzsäure, wird als Ionen in Wasser dissoziieren, um die Lösung in einen guten Stromleiter zu verwandeln. Auf der anderen Seite können nur einige Moleküle eines schwachen Elektrolyten, wie z.

B.einer schwachen Säure wie Flusssäure, in Ionen dissoziiert werden. Daher kann es Elektrizität nur in geringem Maße leiten.