Dysocjacja elektryczna: teoretyczne podstawy elektrochemii

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Dysocjacja elektryczna odgrywa ogromną rolę w naszym życiu, chociaż zwykle o tym nie myślimy. To właśnie z tym zjawiskiem wiąże się przewodnictwo elektryczne soli, kwasów i zasad w ciekłym ośrodku. Od pierwszych uderzeń serca spowodowanych przez „żywą” elektryczność w ludzkim ciele, która w 80 procentach jest płynna, po samochody, telefony komórkowe i odtwarzacze, których baterie są zasadniczo bateriami elektrochemicznymi, dysocjacja elektryczna jest niewidoczna wszędzie w pobliżu.

W gigantycznych kadziach wydzielających toksyczne opary z roztopionego w wysokich temperaturach boksytu, "skrzydlaty" metal - aluminium jest pozyskiwany przez elektrolizę. Wszystko wokół nas, od chromowanych osłon chłodnicy po posrebrzane kolczyki w naszych uszach, razlub w obliczu roztworów lub stopionych soli, a więc z tym zjawiskiem. Nie bez powodu dysocjacja elektryczna jest badana przez całą gałąź nauki - elektrochemię.

Po rozpuszczeniu cząsteczki płynu rozpuszczalnika wchodzą w wiązanie chemiczne z cząsteczkami rozpuszczonej substancji, tworząc solwaty. W roztworze wodnym najbardziej podatne na dysocjację są sole, kwasy i zasady. W wyniku tego procesu cząsteczki substancji rozpuszczonej mogą rozpaść się na jony. Na przykład pod wpływem rozpuszczalnika wodnego jony Na⁺ i CI^{- w krysztale jonowym NaCl przechodzą do ośrodka rozpuszczalnika w nowa jakość solwatowanych (uwodnionych) cząstek.}

Zjawisko to, które jest zasadniczo procesem całkowitego lub częściowego rozkładu rozpuszczonej substancji na jony w wyniku działania rozpuszczalnika, nazywa się „dysocjacją elektryczną”. Proces ten jest niezwykle ważny dla elektrochemii. Ogromne znaczenie ma fakt, że dysocjacja złożonych układów wieloskładnikowych charakteryzuje się przepływem krokowym. Wraz z tym zjawiskiem następuje również gwałtowny wzrost liczby jonów w roztworze, co odróżnia substancje elektrolityczne od nieelektrolitycznych.

W procesie elektrolizy jony mają wyraźny kierunek ruchu: cząstki o ładunku dodatnim (kationy) - do ujemnie naładowanej elektrody zwanej katodą, a jony dodatnie (aniony) - do anody, elektrody o przeciwnym ładunku, gdzie są rozładowywane. Kationy są redukowane, a aniony utleniane. Dlatego dysocjacja jest procesem odwracalnym.

Jedną z podstawowych cech tego procesu elektrochemicznego jest stopień dysocjacji elektrolitycznej, wyrażony jako stosunek liczby uwodnionych cząstek do całkowitej liczby cząsteczek rozpuszczonej substancji. Im wyższy ten wskaźnik, tym silniejszy elektrolit jest ta substancja. Na tej podstawie wszystkie substancje dzielimy na elektrolity słabe, średnio mocne i mocne.

Stopień dysocjacji zależy od następujących czynników: a) natury substancji rozpuszczonej; b) rodzaj rozpuszczalnika, jego stałą dielektryczną i polarność; c) stężenie roztworu (im niższy ten wskaźnik, tym większy stopień dysocjacji); d) temperatura ośrodka rozpuszczającego. Na przykład dysocjację kwasu octowego można wyrazić następującym wzorem:

CH₃COOH H⁺ + CH₃COO^-

Silne elektrolity dysocjują prawie nieodwracalnie, ponieważ ich wodny roztwór nie zawiera oryginalnych cząsteczek i nieuwodnionych jonów. Należy również dodać, że wszystkie substancje, które posiadają jonowy i kowalencyjny polarny typ wiązań chemicznych podlegają dysocjacji. Teoria dysocjacji elektrolitycznej została sformułowana przez wybitnego szwedzkiego fizyka i chemika Svante Arrheniusa w 1887 roku.