सल्फ्यूरिक एसिड एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट है। कार्बोनिक एसिड और उसके लवण - उत्पादन और उपयोग

1. इलेक्ट्रोलाइट्स

1.1. इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण। पृथक्करण की डिग्री। इलेक्ट्रोलाइट्स की ताकत

इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण के सिद्धांत के अनुसार, पानी में घुलने वाले लवण, एसिड, हाइड्रॉक्साइड, पूरी तरह से या आंशिक रूप से स्वतंत्र कणों - आयनों में विघटित हो जाते हैं।

ध्रुवीय विलायक अणुओं की क्रिया के तहत पदार्थों के अणुओं के आयनों में विघटन की प्रक्रिया को इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण कहा जाता है। वे पदार्थ जो विलयन में आयनों में वियोजित होते हैं, कहलाते हैं इलेक्ट्रोलाइट्स।नतीजतन, समाधान विद्युत प्रवाह का संचालन करने की क्षमता प्राप्त करता है, क्योंकि। इसमें विद्युत आवेश के मोबाइल वाहक दिखाई देते हैं। इस सिद्धांत के अनुसार, पानी में घुलने पर, इलेक्ट्रोलाइट्स सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों में विघटित (पृथक) हो जाते हैं। धनावेशित आयन कहलाते हैं फैटायनों; इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन और धातु आयन। ऋणावेशित आयन कहलाते हैं आयनों; इनमें एसिड अवशेषों के आयन और हाइड्रॉक्साइड आयन शामिल हैं।

पृथक्करण प्रक्रिया की मात्रात्मक विशेषता के लिए, पृथक्करण की डिग्री की अवधारणा पेश की जाती है। एक इलेक्ट्रोलाइट के पृथक्करण की डिग्री (α) किसी दिए गए समाधान में आयनों में विघटित इसके अणुओं की संख्या का अनुपात है (एन ), विलयन में इसके अणुओं की कुल संख्या तक (और न

α = .

इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण की डिग्री आमतौर पर या तो एक इकाई के अंशों में या प्रतिशत के रूप में व्यक्त की जाती है।

0.3 (30%) से अधिक पृथक्करण की डिग्री वाले इलेक्ट्रोलाइट्स को आमतौर पर मजबूत कहा जाता है, 0.03 (3%) से 0.3 (30%) - मध्यम, 0.03 (3%) से कम - कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स के पृथक्करण की डिग्री के साथ। तो, 0.1 एम समाधान के लिए CH3COOH α = 0.013 (या 1.3%)। इसलिए, एसिटिक एसिड एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है। पृथक्करण की डिग्री से पता चलता है कि किसी पदार्थ के घुले हुए अणुओं का कौन सा भाग आयनों में विघटित हो गया है। जलीय घोल में इलेक्ट्रोलाइट के इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण की डिग्री इलेक्ट्रोलाइट की प्रकृति, इसकी एकाग्रता और तापमान पर निर्भर करती है।

उनकी प्रकृति से, इलेक्ट्रोलाइट्स को दो बड़े समूहों में विभाजित किया जा सकता है: मजबूत और कमजोर. मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्सलगभग पूरी तरह से अलग कर दें (α = 1)।

मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स में शामिल हैं:

1) एसिड (एच 2 एसओ 4, एचसीएल, एचएनओ 3, एचबीआर, एचआई, एचसीएलओ 4, एच एम एनओ 4);

2) आधार - मुख्य उपसमूह (क्षार) के पहले समूह की धातुओं के हाइड्रॉक्साइड - LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH , साथ ही क्षारीय पृथ्वी धातुओं के हाइड्रॉक्साइड -बा (ओएच) 2, सीए (ओएच) 2, सीनियर (ओएच) 2;।

3) पानी में घुलनशील लवण (घुलनशीलता की तालिका देखें)।

कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स आयनों में बहुत कम मात्रा में वियोजित होते हैं, समाधान में वे मुख्य रूप से एक असंबद्ध अवस्था (आणविक रूप में) में होते हैं। कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए, असंबद्ध अणुओं और आयनों के बीच एक संतुलन स्थापित किया जाता है।

कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स में शामिल हैं:

1) अकार्बनिक अम्ल (एच 2 सीओ 3, एच 2 एस, एचएनओ 2, एच 2 एसओ 3, एचसीएन, एच 3 पीओ 4, एच 2 सीओ 3, एचसीएनएस, एचसीएलओ, आदि);

2) पानी (एच 2 ओ);

3) अमोनियम हाइड्रॉक्साइड (एनएच4ओएच);

4) अधिकांश कार्बनिक अम्ल

(उदाहरण के लिए, एसिटिक सीएच 3 सीओओएच, फॉर्मिक एचसीओओएच);

5) कुछ धातुओं के अघुलनशील और कम घुलनशील लवण और हाइड्रोक्साइड (घुलनशीलता की तालिका देखें)।

प्रक्रिया इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करणरासायनिक समीकरणों का उपयोग करके दर्शाया गया है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HC .) का पृथक्करणमैं ) इस प्रकार लिखा गया है:

एचसीएल → एच + + सीएल -।

धातु के धनायन और हाइड्रॉक्साइड आयन बनाने के लिए क्षार अलग हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, KOH . का वियोजन

कोह → के + + ओएच -।

पॉलीबेसिक एसिड, साथ ही पॉलीवैलेंट धातुओं के आधार, चरणों में अलग हो जाते हैं। उदाहरण के लिए,

एच 2 सीओ 3 एच + + एचसीओ 3 -,

एचसीओ 3 - एच + + सीओ 3 2-।

पहला संतुलन - पहले चरण के साथ पृथक्करण - एक स्थिरांक की विशेषता है

.

दूसरे चरण में पृथक्करण के लिए:

.

कार्बोनिक एसिड के मामले में, पृथक्करण स्थिरांक के निम्नलिखित मान हैं: कमैं = 4.3× 10 -7, कद्वितीय = 5.6 × 10-11। स्टेपवाइज डिसोसिएशन के लिए, हमेशा कमैं> कद्वितीय> कतृतीय>... , क्योंकि एक तटस्थ अणु से अलग होने पर आयन को अलग करने के लिए खर्च की जाने वाली ऊर्जा न्यूनतम होती है।

मध्यम (सामान्य) लवण, पानी में घुलनशील, धनात्मक रूप से आवेशित धातु आयनों और अम्ल अवशेषों के ऋणात्मक आवेशित आयनों के निर्माण से अलग हो जाते हैं

Ca(NO 3) 2 → Ca 2+ + 2NO 3 -

अल 2 (SO 4) 3 → 2Al 3+ + 3SO 4 2–.

एसिड लवण (हाइड्रोसाल्ट्स) - आयनों में हाइड्रोजन युक्त इलेक्ट्रोलाइट्स, हाइड्रोजन आयन एच + के रूप में विभाजित होने में सक्षम। एसिड लवण को पॉलीबेसिक एसिड से प्राप्त उत्पाद के रूप में माना जाता है जिसमें सभी हाइड्रोजन परमाणुओं को धातु द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया जाता है। अम्ल लवणों का पृथक्करण चरणों में होता है, उदाहरण के लिए:

केएचसीओ3 → के + + एचसीओ 3 - (प्रथम चरण)

विद्युत प्रवाह के उत्कृष्ट संवाहक - सोना, तांबा, लोहा, एल्यूमीनियम, मिश्र धातु। इनके साथ-साथ अधातु पदार्थों, गलन और जलीय विलयनों का एक बड़ा समूह होता है जिनमें चालकता का गुण भी होता है। ये मजबूत आधार, एसिड, कुछ लवण हैं, जिन्हें सामूहिक रूप से "इलेक्ट्रोलाइट्स" कहा जाता है। आयनिक चालकता क्या है? आइए जानें कि इस सामान्य घटना से इलेक्ट्रोलाइट पदार्थों का क्या संबंध है।

कौन से कण आवेश धारण करते हैं?

चारों ओर की दुनिया विभिन्न कंडक्टरों के साथ-साथ इंसुलेटर से भरी हुई है। शरीर और पदार्थों के इन गुणों को प्राचीन काल से जाना जाता है। ग्रीक गणितज्ञ थेल्स ने एम्बर (ग्रीक में - "इलेक्ट्रॉन") के साथ एक प्रयोग किया। इसे रेशम पर मलते हुए, वैज्ञानिक ने बालों, ऊन के रेशों के आकर्षण की घटना देखी। बाद में यह ज्ञात हुआ कि एम्बर एक इन्सुलेटर है। इस पदार्थ में ऐसे कोई कण नहीं हैं जो विद्युत आवेश को वहन कर सकें। अच्छे चालक धातु होते हैं। उनमें परमाणु, सकारात्मक आयन और मुक्त, असीम रूप से छोटे नकारात्मक कण - इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह वे हैं जो करंट पास होने पर चार्ज ट्रांसफर प्रदान करते हैं। शुष्क रूप में मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स में मुक्त कण नहीं होते हैं। लेकिन विघटन और पिघलने के दौरान, क्रिस्टल जाली नष्ट हो जाती है, साथ ही सहसंयोजक बंधन का ध्रुवीकरण भी होता है।

पानी, गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स और इलेक्ट्रोलाइट्स। विघटन क्या है?

इलेक्ट्रॉन देने या प्राप्त करने से धात्विक और अधात्विक तत्वों के परमाणु आयनों में बदल जाते हैं। क्रिस्टल जालक में उनके बीच काफी मजबूत बंधन होता है। सोडियम क्लोराइड जैसे आयनिक यौगिकों के घुलने या पिघलने से इसका विनाश होता है। ध्रुवीय अणुओं में न तो बाध्य होते हैं और न ही मुक्त आयन, वे पानी के साथ बातचीत करते समय उत्पन्न होते हैं। 19 वीं शताब्दी के 30 के दशक में, एम। फैराडे ने पाया कि कुछ पदार्थों के घोल करंट का संचालन करते हैं। वैज्ञानिक ने ऐसी महत्वपूर्ण अवधारणाओं को विज्ञान में पेश किया:

• आयन (आवेशित कण);
• इलेक्ट्रोलाइट्स (दूसरी तरह के कंडक्टर);
• कैथोड;
• एनोड

यौगिक हैं - मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स, जिनमें से क्रिस्टल जाली आयनों की रिहाई के साथ पूरी तरह से नष्ट हो जाती हैं।

अघुलनशील पदार्थ हैं और जो आणविक रूप में रहते हैं, उदाहरण के लिए, चीनी, फॉर्मलाडेहाइड। ऐसे यौगिकों को गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स कहा जाता है। उन्हें आवेशित कणों के निर्माण की विशेषता नहीं है। कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स (कार्बोनिक और एसिटिक एसिड, और कई अन्य पदार्थ) में कुछ आयन होते हैं।

इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण का सिद्धांत

अपने कार्यों में, स्वीडिश वैज्ञानिक एस। अरहेनियस (1859-1927) ने फैराडे के निष्कर्षों पर भरोसा किया। बाद में, रूसी शोधकर्ता आई। काब्लुकोव और वी। किस्त्यकोवस्की ने अपने सिद्धांत के प्रावधानों को स्पष्ट किया। उन्होंने पाया कि घुलने और पिघलने पर सभी पदार्थ आयन नहीं बनाते, बल्कि केवल इलेक्ट्रोलाइट्स बनाते हैं। एस अरहेनियस के अनुसार पृथक्करण क्या है? यह अणुओं का विनाश है, जिसके कारण विलयन में आवेशित कण दिखाई देते हैं और पिघल जाते हैं। एस। अरहेनियस के मुख्य सैद्धांतिक प्रावधान:

1. विलयन में क्षार, अम्ल और लवण वियोजित रूप में होते हैं।
2. मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स विपरीत रूप से आयनों में विघटित हो जाते हैं।
3. कमजोर कुछ आयन बनाते हैं।

किसी पदार्थ का संकेतक (इसे अक्सर प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है) अणुओं की संख्या का अनुपात है जो आयनों में विघटित हो गए हैं और समाधान में कणों की कुल संख्या है। इलेक्ट्रोलाइट्स मजबूत होते हैं यदि इस सूचक का मूल्य 30% से अधिक है, कमजोर लोगों के लिए - 3% से कम।

इलेक्ट्रोलाइट्स के गुण

एस। अरहेनियस के सैद्धांतिक निष्कर्षों ने रूसी वैज्ञानिकों द्वारा किए गए समाधानों और पिघलने में भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं के बाद के अध्ययनों को पूरक बनाया। क्षार और अम्ल के गुणों की व्याख्या प्राप्त करें। पूर्व में ऐसे यौगिक शामिल हैं जिनके समाधान में केवल धातु आयनों का पता लगाया जा सकता है, आयन OH - कण हैं। एसिड के अणु एसिड अवशेषों और हाइड्रोजन प्रोटॉन (H+) के नकारात्मक आयनों में टूट जाते हैं। विलयन और गलन में आयनों की गति अव्यवस्थित होती है। एक प्रयोग के परिणामों पर विचार करें जिसके लिए आपको एक सर्किट को इकट्ठा करने की आवश्यकता होगी, इसमें एक साधारण गरमागरम प्रकाश बल्ब शामिल करें। आइए विभिन्न पदार्थों के समाधान की चालकता की जांच करें: सोडियम क्लोराइड, एसिटिक एसिड और चीनी (पहले दो इलेक्ट्रोलाइट्स हैं)। विद्युत परिपथ क्या है? यह एक वर्तमान स्रोत और एक दूसरे से जुड़े कंडक्टर हैं। जब सर्किट बंद हो जाता है, तो नमक के घोल में बल्ब तेज जलेगा। आयनों की गति क्रम प्राप्त करती है। आयन धनात्मक इलेक्ट्रोड में जाते हैं, और धनायन ऋणात्मक में जाते हैं।

एसिटिक एसिड में इस प्रक्रिया में कम संख्या में आवेशित कण शामिल होते हैं। चीनी इलेक्ट्रोलाइट नहीं है और बिजली का संचालन नहीं करती है। इस घोल में इलेक्ट्रोड के बीच एक इन्सुलेट परत होगी, बल्ब नहीं जलेगा।

इलेक्ट्रोलाइट्स के बीच रासायनिक बातचीत

समाधान निकालते समय, आप देख सकते हैं कि इलेक्ट्रोलाइट्स कैसे व्यवहार करते हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं के आयनिक समीकरण क्या हैं? सोडियम नाइट्रेट और सोडियम नाइट्रेट के बीच रासायनिक अंतःक्रिया के उदाहरण पर विचार करें:

2NaNO 3 + BaCl 2 + = 2NaCl + Ba(NO 3) 2.

हम इलेक्ट्रोलाइट्स के सूत्र आयनिक रूप में लिखते हैं:

2Na + + 2NO 3- + Ba 2+ + 2Cl - = 2Na + + 2Cl - + Ba 2+ + 2NO 3-।

प्रतिक्रिया के लिए लिए गए पदार्थ मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स हैं। इस मामले में, आयनों की संरचना नहीं बदलती है। के बीच रासायनिक संपर्क तीन मामलों में संभव है:

1. यदि उत्पादों में से एक अघुलनशील पदार्थ है।

आण्विक समीकरण: Na 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2NaCl।

हम आयनों के रूप में इलेक्ट्रोलाइट्स की संरचना लिखते हैं:

2Na + + SO 4 2- + Ba 2+ + 2Cl - \u003d BaSO 4 (सफेद अवक्षेप) + 2Na + 2Cl -।

2. गठित पदार्थों में से एक गैस है।

3. प्रतिक्रिया उत्पादों में एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट होता है।

पानी सबसे कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स में से एक है

रासायनिक रूप से शुद्ध बिजली का संचालन नहीं करता है। लेकिन इसमें थोड़ी मात्रा में आवेशित कण होते हैं। ये एच + प्रोटॉन और ओएच - आयन हैं। पानी के अणुओं की एक नगण्य संख्या पृथक्करण से गुजरती है। एक मूल्य है - पानी का आयनिक उत्पाद, जो 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर स्थिर रहता है। यह आपको एच + और ओएच - की एकाग्रता का पता लगाने की अनुमति देता है। अम्ल विलयन में हाइड्रोजन आयन प्रबल होते हैं, क्षार में हाइड्रॉक्साइड आयन अधिक होते हैं। तटस्थ में - एच + और ओएच की मात्रा - मेल खाती है। समाधान का माध्यम भी हाइड्रोजन इंडेक्स (पीएच) द्वारा विशेषता है। यह जितना अधिक होता है, उतने ही अधिक हाइड्रॉक्साइड आयन मौजूद होते हैं। माध्यम 6-7 के करीब पीएच रेंज पर तटस्थ है। एच + और ओएच आयनों की उपस्थिति में, संकेतक पदार्थ अपना रंग बदलते हैं: लिटमस, फिनोलफथेलिन, मिथाइल ऑरेंज और अन्य।

इलेक्ट्रोलाइट समाधान और पिघलने के गुणों का व्यापक रूप से उद्योग, प्रौद्योगिकी, कृषि और चिकित्सा में उपयोग किया जाता है। वैज्ञानिक आधार कई प्रमुख वैज्ञानिकों के काम में निहित है जिन्होंने लवण, अम्ल और क्षार बनाने वाले कणों के व्यवहार की व्याख्या की। उनके विलयन में विभिन्न आयन विनिमय अभिक्रियाएँ होती हैं। उनका उपयोग कई औद्योगिक प्रक्रियाओं में, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री, इलेक्ट्रोप्लेटिंग में किया जाता है। जीवों में प्रक्रियाएँ विलयन में आयनों के बीच भी होती हैं। कई गैर-धातु और धातुएं जो परमाणुओं और अणुओं के रूप में जहरीली होती हैं, आवेशित कणों (सोडियम, पोटेशियम, मैग्नीशियम, क्लोरीन, फास्फोरस, और अन्य) के रूप में अपरिहार्य हैं।

इलेक्ट्रोलाइट्स ऐसे पदार्थ होते हैं जिनके घोल या मेल्ट बिजली का संचालन करते हैं। इलेक्ट्रोलाइट्स में एसिड, बेस और लवण शामिल हैं। वे पदार्थ जो विलेय या गलित अवस्था में विद्युत धारा का संचालन नहीं करते हैं, अ-इलेक्ट्रोलाइट कहलाते हैं। इनमें कई कार्बनिक पदार्थ शामिल हैं, जैसे कि शर्करा, आदि। विद्युत प्रवाह के संचालन के लिए इलेक्ट्रोलाइट समाधानों की क्षमता को इस तथ्य से समझाया जाता है कि इलेक्ट्रोलाइट अणु, जब भंग हो जाते हैं, तो विद्युत रूप से सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कणों - आयनों में विघटित हो जाते हैं। एक आयन के आवेश का मान संख्यात्मक रूप से उस परमाणु या परमाणुओं के समूह की संयोजकता के बराबर होता है जो आयन बनाते हैं। आयन न केवल विद्युत आवेशों की उपस्थिति में परमाणुओं और अणुओं से भिन्न होते हैं, बल्कि अन्य गुणों में भी होते हैं, उदाहरण के लिए, आयनों में न तो गंध होती है, न ही रंग, और न ही क्लोरीन अणुओं के अन्य गुण। धनात्मक रूप से आवेशित आयनों को धनायन कहा जाता है, ऋणात्मक रूप से आवेशित आयन। धनायन हाइड्रोजन H + धातु बनाते हैं: K + , Na + , Ca 2+ , Fe 3+ और परमाणुओं के कुछ समूह, उदाहरण के लिए, अमोनियम समूह NH + 4; आयन परमाणु और परमाणुओं के समूह बनाते हैं जो एसिड अवशेष होते हैं, उदाहरण के लिए Cl - , NO - 3 , SO 2- 4 , CO 2- 3 ।

इलेक्ट्रोलाइट अणुओं के आयनों में टूटने को इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण या आयनीकरण कहा जाता है, और यह एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया है, अर्थात एक समाधान में एक संतुलन स्थिति हो सकती है जिसमें कितने इलेक्ट्रोलाइट अणु आयनों में विघटित हो जाते हैं, उनमें से कई फिर से बनते हैं आयनों से। आयनों में इलेक्ट्रोलाइट्स के पृथक्करण को सामान्य समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है: जहां KmAn एक असंबद्ध अणु है, K z + 1 एक धनायन है जिसमें z 1 धनात्मक आवेश होते हैं, A z- 2 एक आयन है जिसमें z 2 ऋणात्मक आवेश होते हैं, m और n एक इलेक्ट्रोलाइट अणु के पृथक्करण के दौरान बनने वाले धनायनों और आयनों की संख्या है। उदाहरण के लिए, ।

किसी विलयन में धनात्मक और ऋणात्मक आयनों की संख्या भिन्न हो सकती है, लेकिन धनायनों का कुल आवेश हमेशा आयनों के कुल आवेश के बराबर होता है, इसलिए संपूर्ण विलयन विद्युत रूप से उदासीन होता है।

मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स समाधान में किसी भी एकाग्रता पर आयनों में लगभग पूरी तरह से अलग हो जाते हैं। इनमें प्रबल अम्ल (देखें), प्रबल क्षार और लगभग सभी लवण (देखें) शामिल हैं। कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स, जिसमें कमजोर एसिड और बेस और कुछ लवण शामिल हैं, जैसे कि मर्क्यूरिक क्लोराइड एचजीसीएल 2, केवल आंशिक रूप से अलग हो जाते हैं; उनके पृथक्करण की डिग्री, यानी, आयनों में विघटित अणुओं का अनुपात, घटते घोल की सांद्रता के साथ बढ़ता है।

समाधान में आयनों में विघटित करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट्स की क्षमता का एक उपाय इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण स्थिरांक (आयनीकरण स्थिर) के बराबर हो सकता है
जहां वर्गाकार कोष्ठक विलयन में संगत कणों की सांद्रता दर्शाते हैं।

जब इलेक्ट्रोलाइट समाधान के माध्यम से एक निरंतर विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है, तो धनायन ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रोड में चले जाते हैं - कैथोड, आयन धनात्मक इलेक्ट्रोड में चले जाते हैं - एनोड, जहां वे अपने आवेशों को छोड़ देते हैं, विद्युत रूप से तटस्थ परमाणुओं या अणुओं में बदल जाते हैं ( धनायन कैथोड से इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं, और आयन एनोड पर इलेक्ट्रॉनों का दान करते हैं)। चूंकि किसी पदार्थ में इलेक्ट्रॉनों को जोड़ने की प्रक्रिया में कमी होती है, और किसी पदार्थ द्वारा इलेक्ट्रॉनों को दान करने की प्रक्रिया ऑक्सीकरण होती है, जब एक विद्युत प्रवाह को इलेक्ट्रोलाइट समाधान के माध्यम से पारित किया जाता है, कैथोड पर धनायन कम हो जाते हैं, और एनोड पर आयनों का ऑक्सीकरण होता है। इस रेडॉक्स प्रक्रिया को इलेक्ट्रोलिसिस कहा जाता है।

इलेक्ट्रोलाइट्स तरल पदार्थ और जीवों के घने ऊतकों का एक अनिवार्य घटक हैं। शारीरिक और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में, ऐसे अकार्बनिक आयन जैसे एच +, ना +, के +, सीए 2+, एमजी 2+, ओएच -, सीएल -, एचसीओ - 3, एच 2 पीओ - ​​4, एसओ 2- 4 (खनिज देखें) अदला-बदली)। आयन एच + और ओएच - मानव शरीर में बहुत कम सांद्रता में होते हैं, लेकिन जीवन प्रक्रियाओं में उनकी भूमिका बहुत बड़ी होती है (एसिड-बेस बैलेंस देखें)। Na + और Cl - आयनों की सांद्रता संयुक्त रूप से अन्य सभी अकार्बनिक आयनों की तुलना में काफी अधिक है। बफर समाधान, आयन एक्सचेंजर्स भी देखें।

इलेक्ट्रोलाइट्स ऐसे पदार्थ होते हैं जिनके घोल या गलन से विद्युत धारा प्रवाहित होती है। विशिष्ट इलेक्ट्रोलाइट्स लवण, अम्ल और क्षार हैं।

इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण के अरहेनियस सिद्धांत के अनुसार, समाधान में इलेक्ट्रोलाइट अणु अनायास सकारात्मक और नकारात्मक रूप से आवेशित कणों - आयनों में विघटित हो जाते हैं। धनात्मक रूप से आवेशित आयनों को धनायन कहा जाता है, ऋणात्मक रूप से आवेशित आयन। एक आयन के आवेश का मान इस आयन को बनाने वाले परमाणु या परमाणुओं के समूह की संयोजकता (देखें) द्वारा निर्धारित किया जाता है। धनायन आमतौर पर धातु के परमाणु बनाते हैं, उदाहरण के लिए, K+, Na+, Ca2+, Mg3+, Fe3+, और अन्य परमाणुओं के कुछ समूह (उदाहरण के लिए, अमोनियम समूह NH 4); आयनों, एक नियम के रूप में, परमाणुओं और परमाणुओं के समूहों द्वारा बनते हैं जो अम्लीय अवशेष हैं, उदाहरण के लिए Cl-, J-, Br-, S2-, NO 3 -, CO 3 , SO 4 , PO 4 । प्रत्येक अणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है, इसलिए धनायनों के प्राथमिक धनात्मक आवेशों की संख्या अणु के पृथक्करण के दौरान बनने वाले आयनों के प्राथमिक ऋणात्मक आवेशों की संख्या के बराबर होती है। आयनों की उपस्थिति विद्युत प्रवाह के संचालन के लिए इलेक्ट्रोलाइट समाधानों की क्षमता की व्याख्या करती है। इसलिए, इलेक्ट्रोलाइट समाधानों को आयनिक कंडक्टर या दूसरी तरह के कंडक्टर कहा जाता है।

इलेक्ट्रोलाइट अणुओं के आयनों में पृथक्करण को निम्नलिखित सामान्य समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:

जहां एक असंबद्ध अणु है, n1 धनात्मक आवेशों वाला एक धनायन है, n2 ऋणात्मक आवेशों वाला एक आयन है, p और q इलेक्ट्रोलाइट अणु बनाने वाले धनायनों और आयनों की संख्या है। इसलिए, उदाहरण के लिए, सल्फ्यूरिक एसिड और अमोनियम हाइड्रॉक्साइड का पृथक्करण समीकरणों द्वारा व्यक्त किया जाता है:

एक घोल में निहित आयनों की संख्या आमतौर पर ग्राम आयनों में प्रति 1 लीटर घोल में मापी जाती है। ग्राम-आयन - किसी दिए गए प्रकार के आयनों का द्रव्यमान, ग्राम में व्यक्त किया जाता है और संख्यात्मक रूप से आयन के सूत्र भार के बराबर होता है। किसी दिए गए आयन को बनाने वाले परमाणुओं के परमाणु भारों के योग से सूत्र भार ज्ञात होता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, SO 4 आयनों का सूत्र भार इसके बराबर है: 32.06+4-16.00=96.06।

इलेक्ट्रोलाइट्स को कम आणविक भार, उच्च आणविक भार (पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स) और कोलाइडल में विभाजित किया जाता है। कम आणविक भार इलेक्ट्रोलाइट्स, या बस इलेक्ट्रोलाइट्स के उदाहरण सामान्य कम आणविक भार एसिड, बेस और लवण हैं, जो बदले में आमतौर पर कमजोर और मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स में विभाजित होते हैं। कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स आयनों में पूरी तरह से अलग नहीं होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आयनों और अविभाजित इलेक्ट्रोलाइट अणुओं (समीकरण 1) के बीच समाधान में एक गतिशील संतुलन स्थापित होता है। कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स में कमजोर एसिड, कमजोर बेस और कुछ लवण शामिल हैं, जैसे कि मर्क्यूरिक क्लोराइड एचजीसीएल 2। मात्रात्मक रूप से, पृथक्करण प्रक्रिया को इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण (आयनीकरण डिग्री) α, आइसोटोनिक गुणांक i और इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण स्थिरांक (आयनीकरण स्थिरांक) K की डिग्री द्वारा विशेषता दी जा सकती है। इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण की डिग्री α इलेक्ट्रोलाइट अणुओं का अंश है जो विघटित हो जाता है किसी दिए गए विलयन में आयन एक इकाई के अंशों में या% में मापा गया मान, इलेक्ट्रोलाइट और विलायक की प्रकृति पर निर्भर करता है: यह समाधान की बढ़ती एकाग्रता के साथ घटता है और आमतौर पर बढ़ते तापमान के साथ थोड़ा (बढ़ता या घटता) बदलता है; यह तब भी कम हो जाता है जब किसी दिए गए इलेक्ट्रोलाइट के घोल में एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट पेश किया जाता है, जो समान नॉन का निर्माण करता है (उदाहरण के लिए, एसिटिक एसिड CH 3 COOH के इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण की डिग्री हाइड्रोक्लोरिक एसिड HCl या सोडियम एसीटेट CH 3 COONa में जोड़ने पर घट जाती है। उसका समाधान)।

आइसोटोनिक गुणांक, या वैन्ट हॉफ गुणांक, मैं समाधान तैयार करने के लिए लिए गए उसके अणुओं की संख्या के लिए आयनों और असंबद्ध इलेक्ट्रोलाइट अणुओं की संख्या के योग के अनुपात के बराबर है। प्रयोगात्मक रूप से, मैं आसमाटिक दबाव को मापकर, एक समाधान के हिमांक को कम करके (क्रायोमेट्री देखें), और समाधान के कुछ अन्य भौतिक गुणों द्वारा निर्धारित किया जाता है। मान i और α समीकरण द्वारा परस्पर जुड़े हुए हैं

जहां n किसी दिए गए इलेक्ट्रोलाइट के एक अणु के पृथक्करण के दौरान बनने वाले आयनों की संख्या है।

इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण स्थिरांक K संतुलन स्थिरांक है। यदि इलेक्ट्रोलाइट समीकरण (1) के अनुसार आयनों में वियोजित हो जाता है, तो

कहाँ पे, और - धनायनों और आयनों के घोल में सांद्रता (g-ion/l में) और असंबद्ध अणु (mol/l में), क्रमशः। समीकरण (3) इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण की प्रक्रिया पर लागू होने वाली सामूहिक क्रिया के नियम की गणितीय अभिव्यक्ति है। जितना अधिक K, उतना ही बेहतर इलेक्ट्रोलाइट आयनों में विघटित होता है। किसी दिए गए इलेक्ट्रोलाइट के लिए, K तापमान पर निर्भर करता है (आमतौर पर यह बढ़ते तापमान के साथ बढ़ता है) और, a के विपरीत, समाधान की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करता है।

यदि एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट अणु दो में नहीं, बल्कि अधिक संख्या में आयनों में अलग हो सकता है, तो पृथक्करण चरणों में होता है (चरणबद्ध पृथक्करण)। उदाहरण के लिए, जलीय घोल में कमजोर कार्बोनिक एसिड H 2 CO 3 दो चरणों में अलग हो जाता है:

इस मामले में, पहले चरण का पृथक्करण स्थिरांक दूसरे चरण की तुलना में काफी अधिक है।

डेबी-हकेल सिद्धांत के अनुसार, मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स, समाधानों में पूरी तरह से आयनों में अलग हो जाते हैं। इन इलेक्ट्रोलाइट्स के उदाहरण मजबूत एसिड, मजबूत आधार और लगभग सभी पानी में घुलनशील लवण हैं। मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के पूर्ण पृथक्करण के कारण, उनके समाधानों में बड़ी संख्या में आयन होते हैं, जिनके बीच की दूरी ऐसी होती है कि इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण बल विपरीत चार्ज किए गए आयनों के बीच दिखाई देते हैं, जिसके कारण प्रत्येक आयन विपरीत चार्ज (आयनिक वातावरण) के आयनों से घिरा होता है। ) एक आयनिक वातावरण की उपस्थिति आयनों की रासायनिक और शारीरिक गतिविधि, एक विद्युत क्षेत्र में उनकी गतिशीलता और आयनों के अन्य गुणों को कम करती है। विपरीत रूप से आवेशित आयनों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण समाधान की आयनिक शक्ति में वृद्धि के साथ बढ़ता है, जो प्रत्येक आयन की सांद्रता C के उत्पादों के योग के आधे के बराबर होता है और इसकी वैलेंस Z का वर्ग होता है:

इसलिए, उदाहरण के लिए, MgSO 4 के 0.01 मोलर घोल की आयनिक शक्ति है

मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान, उनकी प्रकृति की परवाह किए बिना, समान आयनिक शक्ति (हालांकि, 0.1 से अधिक नहीं) के साथ समान आयनिक गतिविधि होती है। मानव रक्त की आयनिक शक्ति 0.15 से अधिक नहीं होती है। मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान के गुणों के मात्रात्मक विवरण के लिए, गतिविधि नामक एक मात्रा पेश की गई थी, जो औपचारिक रूप से सामूहिक क्रिया के कानून से उत्पन्न होने वाले समीकरणों में एकाग्रता को प्रतिस्थापित करती है, उदाहरण के लिए, समीकरण (1) में। गतिविधि ए, जिसमें एकाग्रता का आयाम है, समीकरण द्वारा एकाग्रता से संबंधित है

जहां एफ गतिविधि गुणांक है, यह दर्शाता है कि समाधान में इन आयनों की वास्तविक एकाग्रता का कितना अनुपात उनकी प्रभावी एकाग्रता या गतिविधि है। जैसे-जैसे घोल की सांद्रता घटती जाती है, f बढ़ता जाता है और बहुत तनु विलयन में 1 के बराबर हो जाता है; बाद के मामले में, ए = सी।

कम आणविक भार इलेक्ट्रोलाइट्स तरल पदार्थ और जीवों के घने ऊतकों का एक अनिवार्य घटक हैं। कम आणविक भार इलेक्ट्रोलाइट्स के आयनों में से, H+, Na+, Mg2+, Ca2+ धनायन और आयन OH-, Cl-, HCO 3, H 2 PO 4, HPO 4, SO 4 शारीरिक और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं (खनिज देखें) उपापचय)। मानव शरीर सहित जीवों में आयन एच + और ओएच- बहुत कम सांद्रता में हैं, लेकिन जीवन प्रक्रियाओं में उनकी भूमिका बहुत बड़ी है (एसिड-बेस बैलेंस देखें)। Na+ और Cl- की सांद्रता अन्य सभी संयुक्त आयनों की सांद्रता से बहुत अधिक है।

जीवित जीवों के लिए, आयनों का तथाकथित विरोध अत्यधिक विशेषता है - उनमें से प्रत्येक में निहित क्रिया को पारस्परिक रूप से कम करने के लिए समाधान में आयनों की क्षमता। उदाहरण के लिए, यह स्थापित किया गया है कि रक्त में पाए जाने वाले सांद्रता में Na + आयन जानवरों के कई अलग-अलग अंगों के लिए जहरीले होते हैं। हालाँकि, Na+ की विषाक्तता तब कम हो जाती है जब K+ और Ca2+ आयनों को उचित सांद्रता वाले घोल में मिलाया जाता है। इस प्रकार, K+ और Ca2+ आयन Na+ आयनों के विरोधी हैं। ऐसे विलयन जिनमें प्रतिपक्षी आयनों की क्रिया से किसी आयन का हानिकारक प्रभाव समाप्त हो जाता है, संतुलित विलयन कहलाते हैं। आयनों का विरोध तब खोजा गया जब वे विभिन्न प्रकार की शारीरिक और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं पर कार्य करते हैं।

पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स को उच्च-आणविक इलेक्ट्रोलाइट्स कहा जाता है; उदाहरण प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, और कई अन्य बायोपॉलिमर (मैक्रोमोलेक्यूलर कंपाउंड्स देखें), साथ ही साथ कई सिंथेटिक पॉलिमर हैं। पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स के मैक्रोमोलेक्यूल्स के पृथक्करण के परिणामस्वरूप, कम आणविक भार आयन (काउंटर), एक नियम के रूप में, एक अलग प्रकृति के और एक बहुगुणित मैक्रोमोलेक्यूलर आयन बनते हैं। कुछ काउंटर इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों द्वारा मैक्रोमोलेक्यूलर आयन से मजबूती से बंधे होते हैं; शेष मुक्त अवस्था में समाधान में हैं।

साबुन, टैनिन और कुछ रंग कोलाइडल इलेक्ट्रोलाइट्स के उदाहरण हैं। इन पदार्थों के समाधान संतुलन की विशेषता है:
मिसेल (कोलाइडल कण) → अणु → आयन।

जब विलयन को तनु किया जाता है, तो संतुलन बायें से दायें शिफ्ट हो जाता है।

एम्फोलाइट्स भी देखें।

जलीय वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड के अपघटन के परिणामस्वरूप कार्बोनिक एसिड प्रकट होता है। खनिज पानी कृत्रिम रूप से इस पदार्थ से संतृप्त होते हैं। कार्बोनिक अम्ल का सूत्र H2CO3 होता है। इसलिए, जब आप कार्बोनेटेड पानी की बोतल खोलते हैं, तो आप सक्रिय बुलबुले देख सकते हैं। कार्बोनिक एसिड का मुख्य उत्पादन पानी में होता है।

समीकरण

CO2 (g) + H2O CO2। H2O (समाधान) H2CO3 H+ + HCO3- 2H+ + CO32-।

अपने आप में, कार्बोनिक एसिड एक कमजोर, नाजुक यौगिक है जिसे पानी से मुक्त अवस्था में अलग नहीं किया जा सकता है।

लेकिन यह ध्यान देने योग्य है कि अमोनियम बाइकार्बोनेट के अपघटन के दौरान, कार्बोनिक एसिड के स्थिर यौगिक बनते हैं। इस तरह के मजबूत रासायनिक बंधन केवल उस अवधि के दौरान बनते हैं जब अमोनियम बाइकार्बोनेट प्रतिक्रिया के गैस चरण में प्रवेश करता है।

पदार्थ अध्ययन के लिए एक दिलचस्प वस्तु है। इसका अध्ययन ऑस्ट्रेलियाई वैज्ञानिकों द्वारा 6 वर्षों से अधिक समय से किया जा रहा है। निर्जल अवस्था में, यह एसिड पारदर्शी क्रिस्टल जैसा दिखता है, जो कम तापमान के लिए अत्यधिक प्रतिरोधी होते हैं, लेकिन गर्म होने पर, कार्बोनिक एसिड क्रिस्टल विघटित होने लगते हैं।

इस पदार्थ को इसकी संरचना में कमजोर माना जाता है, लेकिन साथ ही, कार्बोनिक एसिड बोरिक एसिड से अधिक मजबूत होता है। पूरा रहस्य हाइड्रोजन परमाणुओं की संख्या में निहित है। कार्बोनिक एसिड में दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, इसलिए इसे डिबासिक माना जाता है, और बोरिक एसिड मोनोबैसिक होता है।

कार्बोनिक एसिड के लवण की विशेषताएं

इस अम्ल को द्विक्षारकीय माना जाता है, इसलिए यह दो प्रकार के लवण बना सकता है:

• . कार्बोनिक एसिड के कार्बोनेट - मध्यम लवण,
• . बाइकार्बोनेट अम्लीय लवण हैं।

कार्बोनिक एसिड के कार्बोनेट यौगिकों में कार्य कर सकते हैं: Na2CO3, (NH4)2CO3। वे जलीय वातावरण में घुलने में सक्षम नहीं हैं। इस पदार्थ के अम्ल लवण में शामिल हैं: NaHCO3, Ca(HCO3)2 बाइकार्बोनेट। बाइकार्बोनेट प्राप्त करने के लिए, एक प्रतिक्रिया की जाती है जिसमें मुख्य पदार्थ होते हैं: कार्बोनिक एसिड और सोडियम।

कार्बोनिक एसिड के लवण ने मानव जाति को निर्माण, दवा और यहां तक ​​कि खाना पकाने में मदद की है। क्योंकि वे इसमें पाए जाते हैं:

• . चाक,
• . भोजन, सोडा ऐश और क्रिस्टलीय सोडा,
• . चूना पत्थर की चट्टान,
• . संगमरमर पत्थर,
• . पोटाश

एक एसिड के बाइकार्बोनेट और कार्बोनेट एसिड के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं, इन प्रतिक्रियाओं के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड जारी किया जा सकता है। साथ ही, ये पदार्थ विनिमेय हो सकते हैं, वे तापमान के प्रभाव में विघटित होने में सक्षम होते हैं।

कार्बोनिक एसिड की प्रतिक्रियाएं:

2NaHCO3 → Na2CO3 +H2O +CO2
Na2CO3 + H2O + CO2 →2NaHCO3

रासायनिक गुण

इसकी संरचना में यह एसिड कई पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम है।

प्रतिक्रियाओं में कार्बोनिक एसिड के गुण प्रकट होते हैं:

• . पृथक्करण,
• . धातुओं के साथ
• . आधार के साथ
• . मूल ऑक्साइड के साथ।

Na2O + CO2 → Na2CO3
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
NaOH + CO2 → NaHCO3

कार्बोनिक एसिड एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है, क्योंकि एक कमजोर वाष्पशील एसिड एक शक्तिशाली इलेक्ट्रोलाइट के रूप में कार्य नहीं कर सकता है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के विपरीत। इस तथ्य को कार्बोनिक एसिड के घोल में लिटमस मिलाने के परिणामस्वरूप देखा जा सकता है। रंग परिवर्तन मामूली होगा। इसलिए, यह तर्क दिया जा सकता है कि कार्बोनिक एसिड पृथक्करण के 1 स्तर को बनाए रख सकता है।

आवेदन पत्र

यह पदार्थ कार्बोनेटेड पानी की संरचना में देखा जा सकता है। लेकिन कार्बोनिक एसिड के लवण व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं:

• . निर्माण उद्योग के लिए,
• . कांच उत्पादन प्रक्रिया में,
• . डिटर्जेंट और सफाई उत्पादों के उत्पादन में,
• . कागज उत्पादन,
• . पौधों के लिए कुछ शीर्ष ड्रेसिंग और उर्वरकों के लिए,
• . चिकित्सा में।

घरेलू और विश्व बाजार बिक्री के लिए विभिन्न तैयारियों और रसायनों की पेशकश करता है, जिसमें कार्बोनिक एसिड शामिल हैं:

• . यूरिया या कार्बामाइड,
• . कार्बोनिक एसिड का लिथियम नमक,
• . कैल्शियम कार्बोनेट (चाक),
• . सोडा ऐश (सोडियम कार्बोनेट), आदि।

कार्बामाइड का उपयोग फलों और सजावटी पौधों के लिए उर्वरक के रूप में किया जाता है। इसकी औसत कीमत 30-40 रूबल प्रति 1 किलो है। तैयार उत्पादों को प्लास्टिक की थैलियों और बैगों में पैक किया जाता है, जिनका वजन 1, 5, 25, 50 किलोग्राम होता है।

कार्बोनिक एसिड के लिथियम नमक का उपयोग सिरेमिक उत्पादों, कांच-सिरेमिक की संरचना में किया जाता है। इस सामग्री का उपयोग जेट इंजनों के लिए दहन कक्षों के उत्पादन के लिए किया जाता है, इसे विभिन्न धातुओं के लिए ग्लेज़, एनामेल्स, प्राइमरों में जोड़ा जाता है। एल्युमिनियम, कच्चा लोहा और स्टील के प्रसंस्करण के लिए प्राइमरों में लिथियम नमक मिलाया जाता है।

यह रसायन कांच बनाने की प्रक्रिया के दौरान जोड़ा जाता है। चश्मा, जिसमें लिथियम नमक मिलाया गया था, में प्रकाश प्रवाह पारगम्यता में वृद्धि हुई है। कभी-कभी आतिशबाज़ी बनाने की प्रक्रिया में कार्बोनिक एसिड के लिथियम नमक का उपयोग किया जाता है।

निर्माताओं

रूस में ऐसे पदार्थ के 1 किलो की औसत कीमत 3900-4000 रूबल है। इस पदार्थ का मुख्य निर्माता मास्को संयंत्र OOO घटक-Reaktiv है। इसके अलावा, निम्नलिखित कंपनियों में कार्बोनिक एसिड के लिथियम नमक का उत्पादन किया जाता है: कुर्स्कखिमप्रोम एलएलसी, वीटाकेम एलएलसी, रुस्किम एलएलसी, खिमपेक सीजेएससी।

चाक का उत्पादन तकनीकी और फ़ीड उद्देश्यों के लिए किया जाता है। चारा चाक की औसत कीमत 1800 रूबल प्रति 1 टन है। मुख्य रूप से 50 किग्रा, 32 किग्रा में पैक किया गया। निर्माता: मेलोविक एलएलसी, एमटी रिसोर्स एलएलसी, ज़ूवेट्सनाब एलएलसी, एग्रोखिमिनवेस्ट एलएलसी।

सोडा ऐश का उपयोग कपड़े धोने, दाग हटाने और विरंजन के लिए किया जाता है। खुदरा बाजार में इस उत्पाद की औसत कीमत 16-30 रूबल प्रति 1 किलो के बीच भिन्न होती है। निर्माता: नोवेरा एलएलसी, खिमरिक्टिव सीजेएससी, हिमप्लस एलएलसी, स्पेकबुरटेक्नोलॉजी एलएलसी, स्पेट्सकॉम्प्लेक्स एलएलसी, आदि।