Back to chapter

4.6:

תמיסות אלקטרוליטיות ולא אקלטרוליטיות

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Electrolyte and Nonelectrolyte Solutions

Languages

Share

מים יכולים להמיס חומרים רבים בגלל ההרכב הכימי שלהם. למרות שהמטען החשמלי הכולל של המים הוא ניטרלי, למולקולת מים יש מטען שלילי חלקי בקצה החמצן שלה, ומטען חיובי חלקי בשני קצוות המימן שלה. תכונה זו הופכת את המים לממס קוטבי.כשמוסיפים מומס יוני כמו תרכובת יונית מוצקה למים, מולקולות המים פועלות עם היונים של המומס. אם כוחות המשיכה החזקים של המומס-ממס מתגברים על קשרי הגומלין מומס-מומס, שמחזיקים את התרכובת יחד, יוני המומס מופרדים. מולקולות המים הקוטביות מקיפות, או ממיימות”את היונים כשהם נפרדים.לאחר מכן היונים הממוימים מתפזרים בצורה אחידה ברחבי התמיסה. כשמפעילים שפוטנציאל חשמלי על תמיסה יונית, היונים הופכים לנושאי מטען, הנעים קדימה לכיוון האלקטרודה בעלת המטען הנגדי. זה יוצר זרם בתמיסה.במלים אחרות, היא מוליכה חשמל. חומרים שמייצרים תמיסות מוליכות חשמל כשהם מומסים בממסים קוטביים, נקראים אלקטרוליטים. נתרן כלורי הוא דוגמה כזאת.יחד עם זאת, כשתרכובת מולקולרית כמו סוכרוז מומסת במים, המולקולות שלה נשארות שלמות כשהן מוקפות במולקולות מים. התמיסה מכילה רק מולקולות סוכרוז ניטרליות ולכן לא מוליכה חשמל. חומרים שלא מייצרים תמיסות מוליכות חשמל כשהם מומסים בממסים קוטביים נקראים חומרים לא-אלקטרוליטיים.כמות החומר המתפרק ליונים מתוך התרכובת היא זו שקובעת את חוזקתו כאלקטרוליט. כמעט כל המולקולות של אלקטרוליט חזק, כמו חומצה חזקה כגון חומצת מימן כלורי, יתפרקו ליונים במים ויהפכו את התמיסה למוליך חשמלי טוב. מצד שני, רק כמה מהמולקולות של אלקטרוליט חלש, כמו חומצה חלשה כגון חומצה הידרופלואורית, יתפרקו ליונים.לכן אלקטרוליט חלש יכול להוליך חשמל במידה מעטה בלבד.

4.6:

תמיסות אלקטרוליטיות ולא אקלטרוליטיות

Substances that undergo either a physical or a chemical change in solution to yield ions that can conduct electricity are called electrolytes. If a substance yields ions in solution, that is, if the compound undergoes 100% dissociation, then the substance is a strong electrolyte. Complete dissociation is indicated by a single forward arrow. For example, water-soluble ionic compounds like sodium chloride dissociate into sodium cations and chloride anions in aqueous solution.

Eq1

Other examples of strong electrolytes are hydroxides of group 1 and group 2 metals, and strong acids like HCl and HNO3.

If only a tiny fraction of the substance dissociates into ions, that is, if the compound undergoes partial dissociation in solution, it is called a weak electrolyte. Partial dissociation is indicated by a reversible arrow. For example, weak acids like acetic acid partially ionize in water to give acetate ions and hydronium ions.

Eq2

Other examples of weak electrolytes are poorly soluble salts like AgCl and PbCl2, and weak bases like ammonia.        

The electrostatic attraction between an ion and a molecule with a dipole – called the ion-dipole attraction – plays an important role in the dissolution of ionic compounds in water. When ionic compounds dissolve in water, the ions in the solid separate and disperse uniformly throughout the solution because water molecules surround and solvate the ions, reducing the strong electrostatic forces between them.

Solutions of covalent compounds conduct electricity because the solute molecules react chemically with the solvent to produce ions. For example, pure hydrogen chloride is a gas consisting of covalent HCl molecules. This gas contains no ions. However, an aqueous solution of HCl is a very good conductor, indicating that an appreciable concentration of ions exists within the solution.

Because HCl is an acid, its molecules react with water, transferring H+ ions to form hydronium ions (H3O+) and chloride ions (Cl):

Eq3

This reaction is essentially 100% complete for HCl (a strong electrolyte). Likewise, weak acids and bases that only react partially generate relatively low concentrations of ions when dissolved in water and are classified as weak electrolytes.     

Substances that do not yield ions when dissolved in water are called nonelectrolytes. Such substances dissolve as neutral molecules in solution, each surrounded by water molecules. For example, a molecular compound like sucrose dissolves in water as intact molecules.

Eq4

In summary, substances may be identified as strong, weak, or nonelectrolytes by measuring the electrical conductance of an aqueous solution containing the substance. To conduct electricity, a substance must contain freely mobile, charged species. Most familiar is the conduction of electricity through metallic wires, in which case the mobile, charged entities are electrons. Solutions may also conduct electricity if they contain dissolved ions, with conductivity increasing as ion concentration increases. Applying a voltage to electrodes immersed in a solution permits assessment of the relative concentration of dissolved ions, either quantitatively, by measuring the electrical current flow, or qualitatively, by observing the brightness of a light bulb included in the circuit. 

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 11.2: Electrolytes.