4.6
Roztwory elektrolitów i nieelektrolitów
Substancje, które w roztworze ulegają przemianom fizycznym lub chemicznym w celu wytworzenia jonów mogących przewodzić prąd, nazywane są elektrolitami…
Woda może rozpuszczać wiele substancji ze względu na swój skład chemiczny. Chociaż jej ogólny ładunek elektryczny jest neutralny, cząsteczka wody ma częściowy ładunek ujemny na końcu tlenu i częściowy ładunek dodatni na każdym z końców wodoru. To sprawia, że woda jest rozpuszczalnikiem polarnym.
Kiedy jonowa substancja rozpuszczona, taka jak stały związek jonowy, jest dodawana do wody, cząsteczki wody oddziałują z jonami substancji rozpuszczonej.
Jeśli silne siły przyciągania substancja rozpuszczona-rozpuszczalnik pokonają oddziaływania substancja rozpuszczona-substancja rozpuszczona utrzymująca związek razem, jony substancji rozpuszczonej są rozrywane.
Polarne cząsteczki wody otaczają lub "nawilżają" jony, gdy są one oddzielane. Uwodnione jony są następnie równomiernie rozpraszane w całym roztworze.
Kiedy potencjał elektryczny jest przykładany do roztworu jonowego, jony stają się nośnikami ładunku, które przemieszczają się w kierunku przeciwnie naładowanych elektrod. Powoduje to powstanie prądu w roztworze; Innymi słowy, przewodzi prąd.
Substancje, które po rozpuszczeniu w rozpuszczalnikach polarnych wytwarzają roztwory przewodzące prąd elektryczny, nazywane są elektrolitami. Jednym z takich przykładów jest chlorek sodu.
Jednak gdy związek molekularny, taki jak sacharoza, rozpuszcza się w wodzie, jego cząsteczki pozostają nienaruszone, gdy są otoczone cząsteczkami wody. Roztwór zawiera tylko obojętne cząsteczki sacharozy i dlatego nie przewodzi elektryczności.
Substancje, które po rozpuszczeniu w rozpuszczalnikach polarnych nie wytwarzają roztworów przewodzących prąd elektryczny, nazywane są nieelektrolitami.
To, ile związku dysocjuje na jony, decyduje o jego sile jako elektrolitu.
Prawie każda cząsteczka silnego elektrolitu, takiego jak mocny kwas, taki jak kwas solny, dysocjuje na jony w wodzie, dzięki czemu roztwór jest dobrym przewodnikiem elektryczności.
Z drugiej strony tylko niektóre cząsteczki słabego elektrolitu, takie jak słaby kwas, taki jak kwas fluorowodorowy, ulegną dysocjacji na jony. Dlatego może przewodzić prąd tylko w niewielkim stopniu.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: Why does water dissolve ionic compounds?
Water dissolves ionic compounds because it is a polar solvent with partial negative charge at oxygen and partial positive charge at hydrogen. When ionic solutes are added, water molecules interact with the ions. If solute-solvent attractive forces overcome solute-solute interactions, the ions separate and become hydrated by surrounding water molecules, dispersing uniformly throughout the solution.
Q2: What is the difference between electrolytes and nonelectrolytes?
Electrolytes are substances that produce electrically conductive solutions when dissolved in polar solvents because they yield ions. Nonelectrolytes do not conduct electricity because they dissolve as neutral molecules. For example, sodium chloride is an electrolyte that dissociates into ions, while sucrose is a nonelectrolyte that remains intact in solution.
Q3: How do strong and weak electrolytes differ in their conductivity?
Strong electrolytes dissociate nearly completely into ions, making their solutions good conductors of electricity. Weak electrolytes only partially dissociate, so their solutions conduct electricity to a small degree. For example, hydrochloric acid is a strong electrolyte while hydrofluoric acid is a weak electrolyte, resulting in different levels of electrical conductivity in their aqueous solutions.
Q4: What role does ion-dipole attraction play in dissolving ionic compounds?
Ion-dipole attraction is the electrostatic attraction between an ion and a molecule with a dipole, such as water. When ionic compounds dissolve, water molecules surround and solvate the ions through ion-dipole interactions, reducing the strong electrostatic forces between them. This allows the ions to separate and disperse uniformly throughout the solution.
Q5: Why does hydrogen chloride gas conduct electricity when dissolved in water?
Pure hydrogen chloride gas contains covalent HCl molecules with no ions and does not conduct electricity. However, when dissolved in water, HCl molecules react chemically with water, transferring H+ ions to form hydronium ions and chloride ions. This reaction is nearly 100% complete, producing appreciable ion concentration that makes the aqueous solution a very good conductor.
Q6: How can you experimentally determine if a substance is a strong, weak, or nonelectrolyte?
You can measure electrical conductance by applying voltage to electrodes immersed in an aqueous solution. Quantitatively, measure electrical current flow; qualitatively, observe light bulb brightness in the circuit. Conductivity increases with ion concentration, allowing you to classify substances as strong electrolytes (high conductivity), weak electrolytes (low conductivity), or nonelectrolytes (no conductivity).
Q7: What happens when a weak acid dissolves in water?
When a weak acid like acetic acid dissolves in water, only some molecules dissociate into ions through a reversible reaction. This partial dissociation produces relatively low concentrations of ions, such as acetate ions and hydronium ions. Because ion concentration remains low, weak acids are classified as weak electrolytes and conduct electricity only to a limited degree.