Ծծմբաթթուն ուժեղ էլեկտրոլիտ է: Կարբոնաթթու և դրա աղերը՝ արտադրություն և օգտագործում

1. ԷԼԵԿՏՐՈԼԻՏՆԵՐ

1.1. էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիա. Դիսոցացիայի աստիճանը. Էլեկտրոլիտների ուժը

Ըստ էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի տեսության՝ աղերը, թթուները, հիդրօքսիդները, լուծվելով ջրում, ամբողջությամբ կամ մասամբ քայքայվում են անկախ մասնիկների՝ իոնների։

Բևեռային լուծիչի մոլեկուլների ազդեցությամբ նյութերի մոլեկուլների իոնների տրոհման գործընթացը կոչվում է էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիա։ Այն նյութերը, որոնք լուծույթում տարանջատվում են իոնների, կոչվում են էլեկտրոլիտներ.Արդյունքում լուծումը ձեռք է բերում էլեկտրական հոսանք վարելու հատկություն, քանի որ. դրանում հայտնվում են էլեկտրական լիցքի շարժական կրիչներ։ Համաձայն այս տեսության՝ էլեկտրոլիտները ջրում լուծարվելիս քայքայվում են (դիսոցացվում) դրական և բացասական լիցքավորված իոնների։ Դրական լիցքավորված իոնները կոչվում են կատիոններ; դրանք ներառում են, օրինակ, ջրածնի և մետաղի իոնները: Բացասական լիցքավորված իոնները կոչվում են անիոններ; դրանք ներառում են թթվային մնացորդների իոններ և հիդրօքսիդի իոններ:

Դիսոցացման գործընթացի քանակական բնութագրի համար ներկայացվում է դիսոցացման աստիճանի հասկացությունը։ Էլեկտրոլիտի (α) տարանջատման աստիճանը տվյալ լուծույթում իոնների քայքայված նրա մոլեկուլների քանակի հարաբերակցությունն է ( n ), լուծույթում իր մոլեկուլների ընդհանուր թվին ( N), կամ

α = .

Էլեկտրոլիտային տարանջատման աստիճանը սովորաբար արտահայտվում է կամ միավորի ֆրակցիաներով կամ որպես տոկոս։

0.3-ից (30%) դիսոցման աստիճանով էլեկտրոլիտները սովորաբար կոչվում են ուժեղ էլեկտրոլիտներ, 0.03-ից (3%)-ից մինչև 0.3 (30%) - միջին, 0.03-ից պակաս (3%) - թույլ էլեկտրոլիտներ: Այսպիսով, 0,1 մ լուծույթի համար CH3COOH α = 0,013 (կամ 1,3%): Հետեւաբար, քացախաթթուն թույլ էլեկտրոլիտ է: Դիսոցացիայի աստիճանը ցույց է տալիս, թե նյութի լուծված մոլեկուլների որ մասն է քայքայվել իոնների։ Ջրային լուծույթներում էլեկտրոլիտի էլեկտրոլիտային տարանջատման աստիճանը կախված է էլեկտրոլիտի բնույթից, կոնցենտրացիայից և ջերմաստիճանից։

Իրենց բնույթով էլեկտրոլիտները կարելի է բաժանել երկու մեծ խմբի. ուժեղ և թույլ. Ուժեղ էլեկտրոլիտներտարանջատել գրեթե ամբողջությամբ (α = 1):

Ուժեղ էլեկտրոլիտները ներառում են.

1) թթուներ (H 2 SO 4, HCl, HNO 3, HBr, HI, HClO 4, H M nO 4);

2) հիմքեր - հիմնական ենթախմբի առաջին խմբի (ալկալիներ) մետաղների հիդրօքսիդներ. LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH , ինչպես նաև հողալկալիական մետաղների հիդրօքսիդներ - Ba (OH) 2, Ca (OH) 2, Sr (OH) 2;.

3) ջրում լուծվող աղեր (տես լուծելիության աղյուսակը).

Թույլ էլեկտրոլիտներ շատ փոքր չափով տարանջատվում են իոնների, լուծույթներում դրանք հիմնականում գտնվում են չտարանջատված վիճակում (մոլեկուլային տեսքով)։ Թույլ էլեկտրոլիտների դեպքում հավասարակշռություն է հաստատվում չտարանջատված մոլեկուլների և իոնների միջև։

Թույլ էլեկտրոլիտները ներառում են.

1) անօրգանական թթուներ ( H 2 CO 3 , H 2 S , HNO 2 , H 2 SO 3 , HCN , H 3 PO 4 , H 2 SiO 3 , HCNS , HClO եւ այլն);

2) ջուր (H 2 O);

3) ամոնիումի հիդրօքսիդ ( NH4OH);

4) օրգանական թթուների մեծ մասը

(օրինակ, քացախային CH 3 COOH, ձևային HCOOH);

5) որոշ մետաղների չլուծվող և քիչ լուծվող աղեր և հիդրօքսիդներ (տե՛ս լուծելիության աղյուսակը).

Գործընթացը էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիապատկերված է քիմիական հավասարումների միջոցով: Օրինակ՝ աղաթթվի տարանջատումը (HCլ ) գրված է հետևյալ կերպ.

HCl → H + + Cl -.

Հիմքերը տարանջատվում են՝ առաջացնելով մետաղական կատիոններ և հիդրօքսիդի իոններ։ Օրինակ՝ KOH-ի տարանջատումը

KOH → K + + OH -.

Պոլիբազային թթուները, ինչպես նաև բազմավալենտ մետաղների հիմքերը տարանջատվում են աստիճաններով։ Օրինակ,

H 2 CO 3 H + + HCO 3 -,

HCO 3 - H + + CO 3 2–.

Առաջին հավասարակշռությունը՝ դիսոցացիա առաջին փուլի երկայնքով, բնութագրվում է հաստատունով

.

Երկրորդ քայլում տարանջատման համար.

.

Ածխաթթվի դեպքում դիսոցման հաստատունները ունեն հետևյալ արժեքները. Կ I = 4.3× 10 -7, Կ II = 5,6 × 10–11 . Քայլական տարանջատման համար՝ միշտ ԿԵս> Կ II > Կ III >... , որովհետեւ էներգիան, որը պետք է ծախսվի իոնը անջատելու համար, նվազագույն է, երբ այն անջատվում է չեզոք մոլեկուլից:

Ջրում լուծվող միջին (նորմալ) աղերը տարանջատվում են դրական լիցքավորված մետաղական իոնների և թթվային մնացորդի բացասական լիցքավորված իոնների առաջացման հետ

Ca(NO 3) 2 → Ca 2+ + 2NO 3 -

Al 2 (SO 4) 3 → 2Al 3+ + 3SO 4 2–.

Թթվային աղեր (հիդրոաղեր) - անիոնում ջրածին պարունակող էլեկտրոլիտներ, որոնք կարող են պառակտվել H + ջրածնի իոնի տեսքով: Թթվային աղերը համարվում են պոլիբազային թթուներից ստացված արտադրանք, որոնցում ջրածնի ոչ բոլոր ատոմները փոխարինվում են մետաղով: Թթվային աղերի տարանջատումը տեղի է ունենում փուլերով, օրինակ.

KHCO3 → K + + HCO 3 - (առաջին փուլ)

Էլեկտրական հոսանքի գերազանց հաղորդիչներ՝ ոսկի, պղինձ, երկաթ, ալյումին, համաձուլվածքներ: Դրանց հետ մեկտեղ կա ոչ մետաղական նյութերի մեծ խումբ, որոնց հալոցքներն ու ջրային լուծույթները նույնպես հաղորդունակության հատկություն ունեն։ Սրանք ուժեղ հիմքեր, թթուներ, որոշ աղեր են, որոնք միասին կոչվում են «էլեկտրոլիտներ»: Ի՞նչ է իոնային հաղորդունակությունը: Եկեք պարզենք, թե ինչ կապ ունեն էլեկտրոլիտային նյութերը այս սովորական երևույթի հետ:

Ի՞նչ մասնիկներ են լիցքեր կրում:

Շուրջ աշխարհը լի է տարբեր հաղորդիչներով, ինչպես նաև մեկուսիչներով։ Մարմինների և նյութերի այս հատկությունները հայտնի են դեռևս հին ժամանակներից։ Հույն մաթեմատիկոս Թալեսը փորձ է կատարել սաթի հետ (հունարեն՝ «էլեկտրոն»): Շփելով այն մետաքսի վրա՝ գիտնականը նկատել է մազերի, բրդի մանրաթելերի ձգողականության ֆենոմենը։ Ավելի ուշ հայտնի դարձավ, որ սաթը մեկուսիչ է։ Այս նյութում չկան մասնիկներ, որոնք կարող են էլեկտրական լիցք կրել: Լավ հաղորդիչները մետաղներն են: Դրանք պարունակում են ատոմներ, դրական իոններ և ազատ, անսահման փոքր բացասական մասնիկներ՝ էլեկտրոններ։ Հենց նրանք են ապահովում գանձումների փոխանցումը, երբ անցնում են ընթացիկ։ Ուժեղ էլեկտրոլիտները չոր վիճակում չեն պարունակում ազատ մասնիկներ։ Բայց տարրալուծման և հալման ժամանակ քայքայվում է բյուրեղային ցանցը, ինչպես նաև կովալենտային կապի բևեռացումը։

Ջուր, ոչ էլեկտրոլիտներ և էլեկտրոլիտներ: Ի՞նչ է տարրալուծումը:

Էլեկտրոններ տալով կամ ստանալով՝ մետաղական և ոչ մետաղական տարրերի ատոմները վերածվում են իոնների։ Նրանց միջեւ բյուրեղյա վանդակում բավականին ամուր կապ կա: Իոնային միացությունների, օրինակ՝ նատրիումի քլորիդի լուծարումը կամ հալումը հանգեցնում է դրա ոչնչացմանը։ Բևեռային մոլեկուլներում չկան ոչ կապված, ոչ ազատ իոններ, դրանք առաջանում են ջրի հետ փոխազդեցության ժամանակ։ 19-րդ դարի 30-ական թվականներին Մ.Ֆարադեյը հայտնաբերեց, որ որոշ նյութերի լուծույթները հոսանք են անցկացնում։ Գիտնականը գիտության մեջ մտցրեց այսպիսի կարևոր հասկացություններ.

• իոններ (լիցքավորված մասնիկներ);
• էլեկտրոլիտներ (երկրորդ տեսակի հաղորդիչներ);
• կաթոդ;
• անոդ.

Կան միացություններ՝ ուժեղ էլեկտրոլիտներ, որոնց բյուրեղային ցանցերը իոնների արտազատմամբ ամբողջությամբ քայքայվում են։

Կան չլուծվող նյութեր և նրանք, որոնք մնում են մոլեկուլային տեսքով, օրինակ՝ շաքարավազ, ֆորմալդեհիդ։ Նման միացությունները կոչվում են ոչ էլեկտրոլիտներ: Դրանք չեն բնութագրվում լիցքավորված մասնիկների առաջացմամբ։ Թույլ էլեկտրոլիտները (ածխաթթու և քացախաթթու և մի շարք այլ նյութեր) պարունակում են քիչ իոններ։

Էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի տեսություն

Իր աշխատություններում շվեդ գիտնական Ս.Արրենիուսը (1859-1927) հիմնվել է Ֆարադեյի եզրակացությունների վրա։ Հետագայում ռուս հետազոտողներ Ի.Կաբլուկովը և Վ.Կիստյակովսկին պարզաբանեցին նրա տեսության դրույթները։ Նրանք պարզել են, որ լուծարվելիս և հալվելիս ոչ բոլոր նյութերն են իոններ առաջացնում, այլ միայն էլեկտրոլիտներ: Ի՞նչ է դիսոցիացիան ըստ S. Arrhenius-ի. Սա մոլեկուլների ոչնչացումն է, որը հանգեցնում է լիցքավորված մասնիկների առաջացմանը լուծույթներում և հալեցնում։ S. Arrhenius-ի հիմնական տեսական դրույթները.

1. Լուծույթներում հիմքերը, թթուները և աղերը տարանջատված են:
2. Ուժեղ էլեկտրոլիտները շրջելիորեն քայքայվում են իոնների:
3. Թույլերը կազմում են քիչ իոններ։

Նյութի ցուցիչը (այն հաճախ արտահայտվում է որպես տոկոս) իոնների քայքայված մոլեկուլների քանակի և լուծույթում գտնվող մասնիկների ընդհանուր քանակի հարաբերակցությունն է։ Էլեկտրոլիտներն ուժեղ են, եթե այս ցուցանիշի արժեքը գերազանցում է 30%-ը, թույլերի համար՝ 3%-ից պակաս:

Էլեկտրոլիտների հատկությունները

S. Arrhenius-ի տեսական եզրակացությունները լրացրեցին ռուս գիտնականների կողմից իրականացված լուծույթներում և հալոցներում ֆիզիկաքիմիական գործընթացների հետագա ուսումնասիրությունները: Ստացեք հիմքերի և թթուների հատկությունների բացատրությունը: Առաջինները ներառում են միացություններ, որոնց լուծույթներում կատիոններից կարելի է հայտնաբերել միայն մետաղական իոններ, անիոնները OH- մասնիկներ են: Թթվի մոլեկուլները տրոհվում են թթվային մնացորդի բացասական իոնների և ջրածնի պրոտոնների (H+): Իոնների շարժումը լուծույթի և հալման մեջ քաոսային է։ Հաշվի առեք մի փորձի արդյունքները, որի համար ձեզ հարկավոր է մի շղթա հավաքել, դրա մեջ ներառել սովորական շիկացած լամպ: Եկեք ստուգենք տարբեր նյութերի լուծույթների հաղորդունակությունը՝ նատրիումի քլորիդ, քացախաթթու և շաքար (առաջին երկուսը էլեկտրոլիտներ են)։ Ի՞նչ է էլեկտրական միացում: Սա ընթացիկ աղբյուր է և միմյանց հետ կապված հաղորդիչներ: Երբ միացումը փակ է, լամպը ավելի պայծառ կվառվի աղի լուծույթում: Իոնների շարժումը կարգ է ձեռք բերում։ Անիոնները գնում են դեպի դրական էլեկտրոդ, իսկ կատիոնները՝ բացասական:

Այս գործընթացում քացախաթթվի մեջ ներգրավված են փոքր քանակությամբ լիցքավորված մասնիկներ: Շաքարը էլեկտրոլիտ չէ և էլեկտրական հոսանք չի փոխանցում։ Այս լուծույթի էլեկտրոդների միջև կլինի մեկուսիչ շերտ, լամպը չի այրվի:

Էլեկտրոլիտների քիմիական փոխազդեցությունները

Լուծույթները ցամաքեցնելիս կարող եք դիտել, թե ինչպես են էլեկտրոլիտները վարվում: Որո՞նք են նման ռեակցիաների իոնային հավասարումները: Դիտարկենք նատրիումի նիտրատի և քիմիական փոխազդեցության օրինակը.

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

Էլեկտրոլիտների բանաձևերը գրում ենք իոնային ձևով.

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

Ռեակցիայի համար վերցված նյութերը ուժեղ էլեկտրոլիտներ են։ Այս դեպքում իոնների կազմը չի փոխվում։ Քիմիական փոխազդեցությունը հնարավոր է երեք դեպքում.

1. Եթե ապրանքներից մեկը չլուծվող նյութ է.

Մոլեկուլային հավասարում. Na 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2NaCl:

Էլեկտրոլիտների բաղադրությունը գրում ենք իոնների տեսքով.

2Na + + SO 4 2- + Ba 2+ + 2Cl - \u003d BaSO 4 (սպիտակ նստվածք) + 2Na + 2Cl -.

2. Առաջացած նյութերից մեկը գազն է։

3. Ռեակցիայի արտադրանքների շարքում կա թույլ էլեկտրոլիտ.

Ջուրը ամենաթույլ էլեկտրոլիտներից մեկն է

Քիմիապես մաքուրը էլեկտրականություն չի փոխանցում: Բայց այն պարունակում է փոքր քանակությամբ լիցքավորված մասնիկներ։ Սրանք H + պրոտոններ և OH - անիոններ են: Ջրի մոլեկուլների աննշան քանակությունը ենթարկվում է դիսոցացման։ Գոյություն ունի արժեք՝ ջրի իոնային արտադրանք, որը հաստատուն է 25 ° C ջերմաստիճանում: Այն թույլ է տալիս պարզել H + և OH - կոնցենտրացիան: Թթվային լուծույթներում գերակշռում են ջրածնի իոնները, ալկալիներում ավելի շատ հիդրօքսիդի անիոններ են։ Չեզոք դեպքում՝ H +-ի և OH-ի քանակը համընկնում է: Լուծումների միջավայրը բնութագրվում է նաև ջրածնի ինդեքսով (pH): Որքան բարձր է այն, այնքան ավելի շատ են հիդրօքսիդի իոնները: Միջավայրը չեզոք է 6-7-ին մոտ pH միջակայքում: H + և OH իոնների առկայության դեպքում ցուցիչ նյութերը փոխում են իրենց գույնը՝ լակմուս, ֆենոլֆթալեին, մեթիլ նարնջագույն և այլն։

Էլեկտրոլիտների լուծույթների և հալվածքների հատկությունները լայնորեն կիրառվում են արդյունաբերության, տեխնիկայի, գյուղատնտեսության և բժշկության մեջ։ Գիտական ​​հիմքը մի շարք նշանավոր գիտնականների աշխատանքն է, ովքեր բացատրել են աղեր, թթուներ և հիմքեր կազմող մասնիկների վարքագիծը։ Նրանց լուծույթներում տեղի են ունենում իոնափոխանակման տարբեր ռեակցիաներ։ Օգտագործվում են բազմաթիվ արդյունաբերական պրոցեսներում, էլեկտրաքիմիայում, էլեկտրոլորտում։ Կենդանի էակների մեջ պրոցեսները տեղի են ունենում նաև լուծույթների իոնների միջև: Շատ ոչ մետաղներ և մետաղներ, որոնք թունավոր են ատոմների և մոլեկուլների տեսքով, անփոխարինելի են լիցքավորված մասնիկների տեսքով (նատրիում, կալիում, մագնեզիում, քլոր, ֆոսֆոր և այլն):

Էլեկտրոլիտները այն նյութերն են, որոնց լուծույթները կամ հալվածքները փոխանցում են էլեկտրական հոսանք։ Էլեկտրոլիտները ներառում են թթուներ, հիմքեր և աղեր: Այն նյութերը, որոնք լուծված կամ հալված վիճակում էլեկտրական հոսանք չեն փոխանցում, կոչվում են ոչ էլեկտրոլիտներ։ Դրանք ներառում են բազմաթիվ օրգանական նյութեր, ինչպիսիք են շաքարները և այլն: Էլեկտրոլիտային լուծույթների էլեկտրական հոսանք վարելու ունակությունը բացատրվում է նրանով, որ էլեկտրոլիտի մոլեկուլները լուծարվելիս քայքայվում են էլեկտրական դրական և բացասական լիցքավորված մասնիկների՝ իոնների: Իոնի լիցքի արժեքը թվայինորեն հավասար է իոնը կազմող ատոմի կամ ատոմների խմբի վալենտությանը։ Իոնները ատոմներից և մոլեկուլներից տարբերվում են ոչ միայն էլեկտրական լիցքերի առկայությամբ, այլ նաև այլ հատկություններով, օրինակ՝ իոնները չունեն ոչ հոտ, ոչ գույն, ոչ էլ քլորի մոլեկուլների այլ հատկություններ։ Դրական լիցքավորված իոնները կոչվում են կատիոններ՝ բացասական լիցքավորված անիոններ։ Կատիոնները առաջացնում են ջրածին H + , մետաղները՝ K + , Na + , Ca 2+ , Fe 3+ և ատոմների որոշ խմբեր, օրինակ՝ NH + 4 ամոնիումային խումբը; անիոնները ձևավորում են ատոմներ և ատոմների խմբեր, որոնք թթվային մնացորդներ են, օրինակ՝ Cl-, NO-3, SO 2-4, CO 2-3:

Էլեկտրոլիտի մոլեկուլների տրոհումը իոնների կոչվում է էլեկտրոլիտային դիսոցացիա կամ իոնացում, և դա շրջելի գործընթաց է, այսինքն՝ հավասարակշռության վիճակ կարող է առաջանալ լուծույթում, որտեղ էլեկտրոլիտի քանի մոլեկուլ քայքայվում է իոնների, և դրանցից շատերը նորից ձևավորվում են։ իոններից։ Էլեկտրոլիտների տարանջատումը իոնների կարող է ներկայացվել ընդհանուր հավասարմամբ. որտեղ KmAn-ը չդիսոցացված մոլեկուլ է, Kz + 1-ը z 1 դրական լիցքեր կրող կատիոն է, A z-2-ը z 2 բացասական լիցքեր ունեցող անիոն է՝ m և n։ մեկ էլեկտրոլիտի մոլեկուլի տարանջատման ժամանակ առաջացած կատիոնների և անիոնների թիվն է։ Օրինակ, .

Լուծման մեջ դրական և բացասական իոնների թիվը կարող է տարբեր լինել, սակայն կատիոնների ընդհանուր լիցքը միշտ հավասար է անիոնների ընդհանուր լիցքին, ուստի լուծույթն ամբողջությամբ էլեկտրականորեն չեզոք է։

Ուժեղ էլեկտրոլիտները գրեթե ամբողջությամբ տարանջատվում են իոնների լուծույթի ցանկացած կոնցենտրացիայի դեպքում: Դրանք ներառում են ուժեղ թթուներ (տես), ուժեղ հիմքեր և գրեթե բոլոր աղերը (տես): Թույլ էլեկտրոլիտները, որոնք ներառում են թույլ թթուներ և հիմքեր և որոշ աղեր, ինչպիսիք են սնդիկի քլորիդը HgCl 2, տարանջատվում են միայն մասամբ. դրանց տարանջատման աստիճանը, այսինքն՝ իոնների քայքայված մոլեկուլների մասնաբաժինը, մեծանում է լուծույթի կոնցենտրացիայի նվազումով։

Էլեկտրոլիտների լուծույթներում իոնների քայքայվելու ունակության չափանիշ կարող է լինել էլեկտրոլիտիկ դիսոցման հաստատունը (իոնացման հաստատուն), որը հավասար է.
որտեղ քառակուսի փակագծերը ցույց են տալիս լուծույթում համապատասխան մասնիկների կոնցենտրացիաները:

Երբ էլեկտրոլիտի լուծույթով մշտական ​​էլեկտրական հոսանք է անցնում, կատիոնները շարժվում են դեպի բացասական լիցքավորված էլեկտրոդ՝ կաթոդ, անիոնները շարժվում են դեպի դրական էլեկտրոդ՝ անոդ, որտեղ նրանք թողնում են իրենց լիցքերը՝ վերածվելով էլեկտրական չեզոք ատոմների կամ մոլեկուլների ( կատիոնները ստանում են էլեկտրոններ կաթոդից, իսկ անիոնները էլեկտրոններ են նվիրաբերում անոդում): Քանի որ նյութին էլեկտրոնների միացման գործընթացը ռեդուկցիա է, իսկ նյութի կողմից էլեկտրոններ նվիրաբերելու գործընթացը՝ օքսիդացում, երբ էլեկտրական հոսանքն անցնում է էլեկտրոլիտի լուծույթով, կատիոնները կրճատվում են կաթոդում, իսկ անիոնները օքսիդանում են անոդում։ Այս ռեդոքս գործընթացը կոչվում է էլեկտրոլիզ:

Էլեկտրոլիտները հեղուկների և օրգանիզմների խիտ հյուսվածքների անփոխարինելի բաղադրիչն են։ Ֆիզիոլոգիական և կենսաքիմիական գործընթացներում այնպիսի անօրգանական իոններ, ինչպիսիք են H +, Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, OH -, Cl -, HCO - 3, H 2 PO - 4, SO 2- 4 (տես Հանքանյութ փոխանակում): H+ և OH իոնները մարդու օրգանիզմում շատ ցածր կոնցենտրացիաներում են, սակայն նրանց դերը կյանքի գործընթացներում հսկայական է (տես Թթու-բազային հավասարակշռություն)։ Na + և Cl - իոնների կոնցենտրացիան զգալիորեն գերազանցում է բոլոր մյուս անօրգանական իոնների համակցված կոնցենտրացիան: Տես նաև Բուֆերային լուծույթներ, Իոնափոխանակիչներ:

Էլեկտրոլիտները այն նյութերն են, որոնց լուծույթները կամ հալվածքները փոխանցում են էլեկտրական հոսանք։ Տիպիկ էլեկտրոլիտներն են աղերը, թթուները և հիմքերը:

Համաձայն էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի Արենիուսի տեսության՝ լուծույթներում էլեկտրոլիտի մոլեկուլները ինքնաբերաբար քայքայվում են դրական և բացասական լիցքավորված մասնիկների՝ իոնների։ Դրական լիցքավորված իոնները կոչվում են կատիոններ՝ բացասական լիցքավորված անիոններ։ Իոնի լիցքի արժեքը որոշվում է այս իոնը կազմող ատոմի կամ ատոմների խմբի վալենտությամբ (տես)։ Կատիոնները սովորաբար ձևավորում են մետաղի ատոմներ, օրինակ՝ K+, Na+, Ca2+, Mg3+, Fe3+ և այլ ատոմների որոշ խմբեր (օրինակ՝ ամոնիումային խումբ NH 4); անիոնները, որպես կանոն, ձևավորվում են ատոմներից և ատոմների խմբերից, որոնք թթվային մնացորդներ են, օրինակ՝ Cl-, J-, Br-, S2-, NO 3-, CO 3, SO 4, PO 4: Յուրաքանչյուր մոլեկուլ էլեկտրականորեն չեզոք է, ուստի կատիոնների տարրական դրական լիցքերի թիվը հավասար է անիոնների տարրական բացասական լիցքերի թվին, որոնք առաջացել են մոլեկուլի տարանջատման ժամանակ։ Իոնների առկայությունը բացատրում է էլեկտրոլիտային լուծույթների էլեկտրական հոսանքը վարելու ունակությունը։ Հետևաբար, էլեկտրոլիտային լուծույթները կոչվում են իոնային հաղորդիչներ կամ երկրորդ տեսակի հաղորդիչներ։

Էլեկտրոլիտի մոլեկուլների տարանջատումը իոնների կարող է ներկայացվել հետևյալ ընդհանուր հավասարմամբ.

որտեղ չտարանջատված մոլեկուլ է, n1 դրական լիցքերով կատիոն է, n2 բացասական լիցքերով անիոն է, p և q-ն էլեկտրոլիտի մոլեկուլը կազմող կատիոնների և անիոնների թիվն է: Այսպիսով, օրինակ, ծծմբաթթվի և ամոնիումի հիդրօքսիդի տարանջատումը արտահայտվում է հավասարումներով.

Լուծույթում պարունակվող իոնների քանակը սովորաբար չափվում է 1 լիտր լուծույթի համար գրամ իոններով: Գրամ-իոն - տվյալ տեսակի իոնների զանգվածը՝ արտահայտված գրամներով և թվայինորեն հավասար իոնի բանաձևի քաշին: Բանաձևի քաշը հայտնաբերվում է տվյալ իոն կազմող ատոմների ատոմային կշիռների գումարմամբ: Այսպիսով, օրինակ, SO 4 իոնների բանաձևի զանգվածը հավասար է՝ 32.06+4-16.00=96.06։

Էլեկտրոլիտները բաժանվում են ցածր մոլեկուլային քաշի, բարձր մոլեկուլային քաշի (պոլիէլեկտրոլիտներ) և կոլոիդային: Ցածր մոլեկուլային քաշի էլեկտրոլիտների կամ պարզապես էլեկտրոլիտների օրինակներ են սովորական ցածր մոլեկուլային քաշի թթուները, հիմքերը և աղերը, որոնք իրենց հերթին սովորաբար բաժանվում են թույլ և ուժեղ էլեկտրոլիտների: Թույլ էլեկտրոլիտները ամբողջությամբ չեն տարանջատվում իոնների, ինչի արդյունքում իոնների և չդիսոցացված էլեկտրոլիտի մոլեկուլների լուծույթում հաստատվում է դինամիկ հավասարակշռություն (հավասարում 1)։ Թույլ էլեկտրոլիտները ներառում են թույլ թթուներ, թույլ հիմքեր և որոշ աղեր, ինչպիսիք են սնդիկի քլորիդը HgCl 2: Քանակականորեն դիսոցման գործընթացը կարող է բնութագրվել էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիայի աստիճանով (իոնացման աստիճան) α, իզոտոնիկ գործակից i և էլեկտրոլիտիկ դիսոցման հաստատուն (իոնացման հաստատուն): իոններ տրված լուծույթում: a-ի արժեքը, որը չափվում է միավորի ֆրակցիաներով կամ տոկոսներով, կախված է էլեկտրոլիտի և լուծիչի բնույթից. այն նվազում է լուծույթի կոնցենտրացիայի ավելացման հետ և սովորաբար փոքր-ինչ փոխվում է (աճում կամ նվազում է) ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ այն նաև նվազում է, երբ այս էլեկտրոլիտի լուծույթում ներմուծվում է ավելի ուժեղ էլեկտրոլիտ, որը ձևավորում է նույնը (օրինակ՝ քացախաթթվի CH 3 COOH էլեկտրոլիտային տարանջատման աստիճանը նվազում է, երբ աղաթթվի HCl կամ նատրիումի ացետատ CH 3 COONa ավելացվում է. դրա լուծումը):

Իզոտոնիկ գործակիցը կամ van't Hoff գործակիցը i հավասար է իոնների և չդիսոցված էլեկտրոլիտի մոլեկուլների քանակի և դրա մոլեկուլների քանակի հարաբերությանը, որոնք վերցվել են լուծույթը պատրաստելու համար: Փորձնականորեն i-ն որոշվում է օսմոտիկ ճնշումը չափելով, լուծույթի սառեցման կետը իջեցնելով (տես Կրիոմետրիա) և լուծույթների որոշ այլ ֆիզիկական հատկություններ։ i և ​​α արժեքները փոխկապակցված են հավասարման միջոցով

որտեղ n-ը տվյալ էլեկտրոլիտի մեկ մոլեկուլի տարանջատման ժամանակ առաջացած իոնների թիվն է:

Էլեկտրոլիտիկ դիսոցման հաստատուն K-ը հավասարակշռության հաստատունն է։ Եթե ​​էլեկտրոլիտը բաժանվում է իոնների՝ համաձայն (1) հավասարման, ապա

որտեղ, և - կոնցենտրացիաները կատիոնների և անիոնների (g-ion/l) և չդիսոցացված մոլեկուլների լուծույթում համապատասխանաբար (մոլ/լ): Հավասարումը (3) զանգվածի գործողության օրենքի մաթեմատիկական արտահայտությունն է, որը կիրառվում է էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի գործընթացում: Որքան շատ K, այնքան էլեկտրոլիտը ավելի լավ է քայքայվում իոնների: Տվյալ էլեկտրոլիտի համար K-ն կախված է ջերմաստիճանից (սովորաբար այն մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ) և, ի տարբերություն a-ի, կախված չէ լուծույթի կոնցենտրացիայից։

Եթե ​​թույլ էլեկտրոլիտի մոլեկուլը կարող է տարանջատվել ոչ թե երկու, այլ ավելի մեծ թվով իոնների, ապա տարանջատումն ընթանում է փուլերով (փուլային դիսոցացիա)։ Օրինակ, թույլ ածխաթթու H 2 CO 3 ջրային լուծույթներում տարանջատվում է երկու քայլով.

Այս դեպքում 1-ին աստիճանի դիսոցման հաստատունը զգալիորեն գերազանցում է 2-րդ աստիճանին։

Ուժեղ էլեկտրոլիտները, ըստ Debye-Hückel տեսության, լուծույթներում ամբողջությամբ տարանջատվում են իոնների։ Այս էլեկտրոլիտների օրինակներն են ուժեղ թթուները, ամուր հիմքերը և գրեթե բոլոր ջրում լուծվող աղերը։ Ուժեղ էլեկտրոլիտների ամբողջական տարանջատման պատճառով դրանց լուծույթները պարունակում են հսկայական քանակությամբ իոններ, որոնց միջև եղած հեռավորություններն այնպիսին են, որ հակառակ լիցքավորված իոնների միջև առաջանում են էլեկտրաստատիկ ձգողական ուժեր, որոնց պատճառով յուրաքանչյուր իոն շրջապատված է հակառակ լիցքի իոններով (իոնային մթնոլորտ): ): Իոնային մթնոլորտի առկայությունը նվազեցնում է իոնների քիմիական և ֆիզիոլոգիական ակտիվությունը, նրանց շարժունակությունը էլեկտրական դաշտում և իոնների այլ հատկություններ։ Հակառակ լիցքավորված իոնների միջև էլեկտրաստատիկ ձգողությունը մեծանում է լուծույթի իոնային ուժի ավելացմամբ, որը հավասար է յուրաքանչյուր իոնի C կոնցենտրացիայի արտադրյալների գումարի կեսին և նրա վալենտության Z քառակուսուին:

Այսպիսով, օրինակ, MgSO 4-ի 0,01 մոլային լուծույթի իոնային ուժը կազմում է

Հզոր էլեկտրոլիտների լուծույթները, անկախ դրանց բնույթից, նույն իոնային ուժով (սակայն 0,1-ը չգերազանցող) ունեն նույն իոնային ակտիվությունը։ Մարդու արյան իոնային ուժը չի գերազանցում 0,15-ը։ Ուժեղ էլեկտրոլիտների լուծույթների հատկությունների քանակական նկարագրության համար ներկայացվել է ակտիվություն a կոչվող մեծություն, որը պաշտոնապես փոխարինում է կոնցենտրացիան զանգվածի գործողության օրենքից բխող հավասարումների մեջ, օրինակ՝ (1) հավասարման մեջ։ Ա գործունեությունը, որն ունի համակենտրոնացման չափ, հավասարման միջոցով կապված է համակենտրոնացման հետ

որտեղ f-ը ակտիվության գործակիցն է, որը ցույց է տալիս, թե լուծույթում այս իոնների փաստացի կոնցենտրացիայի ինչ մասն է կազմում դրանց արդյունավետ կոնցենտրացիան կամ ակտիվությունը: Քանի որ լուծույթի կոնցենտրացիան նվազում է, f-ն ավելանում է և շատ նոսր լուծույթներում հավասարվում է 1-ի; վերջին դեպքում՝ a = C.

Ցածր մոլեկուլային էլեկտրոլիտները հեղուկների և օրգանիզմների խիտ հյուսվածքների անփոխարինելի բաղադրիչն են։ Ցածր մոլեկուլային էլեկտրոլիտների իոններից H+, Na+, Mg2+, Ca2+ կատիոնները և անիոնները OH-, Cl-, HCO 3, H 2 PO 4, HPO 4, SO 4 կարևոր դեր են խաղում ֆիզիոլոգիական և կենսաքիմիական գործընթացներում (տես Հանքանյութ նյութափոխանակություն): Իոնները H + և OH- օրգանիզմներում, այդ թվում՝ մարդու մարմնում, շատ ցածր կոնցենտրացիաներում են, սակայն նրանց դերը կենսագործունեության գործընթացներում հսկայական է (տես Թթու-բազային հավասարակշռություն)։ Na+-ի և Cl-ի կոնցենտրացիաները զգալիորեն գերազանցում են բոլոր մյուս իոնների կոնցենտրացիան միասին վերցրած:

Կենդանի օրգանիզմների համար խիստ բնորոշ է իոնների այսպես կոչված անտագոնիզմը՝ լուծույթում գտնվող իոնների կարողությունը փոխադարձաբար նվազեցնելու նրանցից յուրաքանչյուրին բնորոշ գործողությունը։ Պարզվել է, օրինակ, որ Na + իոնները արյան մեջ հայտնաբերված կոնցենտրացիայի մեջ թունավոր են կենդանիների շատ մեկուսացված օրգանների համար։ Սակայն Na+-ի թունավորությունը ճնշվում է, երբ համապատասխան կոնցենտրացիաներում դրանք պարունակող լուծույթին ավելացնում են K+ և Ca2+ իոններ։ Այսպիսով, K+ և Ca2+ իոնները Na+ իոնների անտագոնիստներ են։ Լուծումները, որոնցում ցանկացած իոնների վնասակար ազդեցությունը վերանում է հակառակորդ իոնների ազդեցությամբ, կոչվում են հավասարակշռված լուծույթներ: Իոնների անտագոնիզմը հայտնաբերվել է, երբ նրանք գործում են մի շարք ֆիզիոլոգիական և կենսաքիմիական գործընթացների վրա:

Պոլիէլեկտրոլիտները կոչվում են բարձր մոլեկուլային էլեկտրոլիտներ; օրինակներ են սպիտակուցները, նուկլեինաթթուները և շատ այլ կենսապոլիմերներ (տես Մակրոմոլեկուլային միացություններ), ինչպես նաև մի շարք սինթետիկ պոլիմերներ։ Պոլիէլեկտրոլիտների մակրոմոլեկուլների տարանջատման արդյունքում առաջանում են ցածր մոլեկուլային քաշի իոններ (կոնտրիոններ), որպես կանոն, տարբեր բնույթի և բազմակի լիցքավորված մակրոմոլեկուլային իոն։ Որոշ հակաիոններ ամուր կապված են մակրոմոլեկուլային իոնի հետ էլեկտրաստատիկ ուժերով. մնացածը լուծվում են ազատ վիճակում։

Օճառները, դաբաղանյութերը և որոշ ներկանյութեր կոլոիդային էլեկտրոլիտների օրինակներ են։ Այս նյութերի լուծույթները բնութագրվում են հավասարակշռությամբ.
միցելներ (կոլոիդային մասնիկներ) → մոլեկուլներ → իոններ.

Երբ լուծումը նոսրացվում է, հավասարակշռությունը տեղափոխվում է ձախից աջ:

Տես նաև Ամֆոլիտներ։

Ածխաթթուն առաջանում է ջրային միջավայրում ածխաթթու գազի տարրալուծման արդյունքում։ Հանքային ջրերը արհեստականորեն հագեցած են այս նյութով։ Ածխաթթվի բանաձևը H2CO3 է: Հետեւաբար, երբ բացում եք գազավորված ջրի շիշը, կարող եք տեսնել ակտիվ պղպջակներ: Ածխաթթվի հիմնական արտադրությունը տեղի է ունենում ջրում։

Հավասարումը

CO2 (գ) + H2O CO2. H2O (լուծույթ) H2CO3 H+ + HCO3- 2H+ + CO32-.

Ինքնին ածխաթթուն թույլ, փխրուն միացություն է, որը չի կարող ազատ վիճակում մեկուսացվել ջրից:

Բայց հարկ է նշել այն փաստը, որ ամոնիումի բիկարբոնատի տարրալուծման ժամանակ առաջանում են կարբոնաթթվի կայուն միացություններ։ Նման ուժեղ քիմիական կապերը ձևավորվում են միայն այն ժամանակահատվածում, երբ ամոնիումի բիկարբոնատը մտնում է ռեակցիայի գազային փուլ։

Նյութը ուսումնասիրության համար հետաքրքիր առարկա է։ Այն ուսումնասիրվել է ավստրալացի գիտնականների կողմից ավելի քան 6 տարի։ Անջուր վիճակում այս թթուն հիշեցնում է թափանցիկ բյուրեղների, որոնք բարձր դիմացկուն են ցածր ջերմաստիճանների նկատմամբ, սակայն տաքանալիս կարբոնաթթվի բյուրեղները սկսում են քայքայվել։

Այս նյութը կառուցվածքով թույլ է համարվում, բայց միևնույն ժամանակ կարբոնաթթուն ավելի ուժեղ է, քան բորաթթուն։ Ամբողջ գաղտնիքը ջրածնի ատոմների քանակի մեջ է։ Կարբոնաթթուն պարունակում է երկու ջրածնի ատոմ, ուստի այն համարվում է երկհիմնական, իսկ բորաթթունը՝ միաբազային։

Կարբոնաթթվի աղերի առանձնահատկությունները

Այս թթուն համարվում է երկհիմնական, հետևաբար այն կարող է ստեղծել երկու տեսակի աղեր.

• . կարբոնաթթվի կարբոնատներ՝ միջին աղեր,
• . բիկարբոնատները թթվային աղեր են:

Կարբոնաթթվի կարբոնատները կարող են գործել միացություններում՝ Na2CO3, (NH4)2CO3: Նրանք չեն կարողանում լուծարվել ջրային միջավայրում։ Այս նյութի թթվային աղերը ներառում են՝ NaHCO3, Ca(HCO3)2 բիկարբոնատներ։ Բիկարբոնատներ ստանալու համար կատարվում է ռեակցիա, որի հիմնական նյութերն են՝ կարբոնաթթուն և նատրիումը։

Ածխաթթվի աղերն օգնել են մարդկությանը շինարարության, բժշկության և նույնիսկ խոհարարության մեջ։ Քանի որ դրանք հայտնաբերված են.

• . կավիճ,
• . սնունդ, սոդա մոխիր և բյուրեղային սոդա,
• . կրաքարային ապար,
• . մարմար քար,
• . պոտաշ.

Թթվի բիկարբոնատները և կարբոնատները կարող են փոխազդել թթուների հետ, այդ ռեակցիաների ընթացքում կարող է արտազատվել ածխաթթու գազ։ Բացի այդ, այդ նյութերը կարող են փոխարինելի լինել, նրանք կարողանում են քայքայվել ջերմաստիճանի ազդեցության տակ:

Կարբոնաթթվի ռեակցիաները.

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

Քիմիական հատկություններ

Այս թթուն իր կառուցվածքով ունակ է արձագանքելու բազմաթիվ նյութերի հետ։

Կարբոնաթթվի հատկությունները բացահայտվում են ռեակցիաներում.

• . տարանջատում,
• . մետաղներով
• . հիմքերի հետ
• . հիմնական օքսիդներով։

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

Կարբոնաթթուն թույլ էլեկտրոլիտ է, քանի որ թույլ ցնդող թթուն չի կարող հանդես գալ որպես հզոր էլեկտրոլիտ, ի տարբերություն, օրինակ, աղաթթվի: Այս փաստը կարելի է տեսնել կարբոնաթթվի լուծույթին լակմուս ավելացնելու արդյունքում։ Գույնի փոփոխությունը փոքր կլինի: Ուստի կարելի է պնդել, որ կարբոնաթթուն կարող է պահպանել դիսոցման 1 մակարդակ։

Դիմում

Այս նյութը կարելի է տեսնել գազավորված ջրերի բաղադրության մեջ։ Բայց կարբոնաթթվի աղերը լայնորեն օգտագործվում են.

• . շինարարության ոլորտի համար,
• . ապակու արտադրության գործընթացում,
• . լվացող և մաքրող միջոցների արտադրության մեջ,
• . թղթի արտադրություն,
• . որոշ վերին վիրակապերի և բույսերի պարարտանյութերի համար,
• . բժշկության մեջ։

Ներքին և համաշխարհային շուկան վաճառքի է առաջարկում տարբեր պատրաստուկներ և քիմիական նյութեր, որոնք ներառում են ածխաթթու.

• . միզանյութ կամ կարբամիդ,
• . կարբոնաթթվի լիթիումի աղ,
• . կալցիումի կարբոնատ (կավիճ),
• . սոդա մոխիր (նատրիումի կարբոնատ) և այլն:

Կարբամիդն օգտագործվում է որպես պարարտանյութ պտղատու և դեկորատիվ բույսերի համար։ Դրա միջին գինը 1 կգ-ի համար 30-40 ռուբլի է: Պատրաստի արտադրանքը փաթեթավորված է պոլիէթիլենային տոպրակների և տոպրակների մեջ՝ 1, 5, 25, 50 կգ քաշով։

Կարբոնաթթվի լիթիումի աղն օգտագործվում է կերամիկական արտադրանքի, ապակեկերամիկայի բաղադրության մեջ։ Այս նյութը օգտագործվում է ռեակտիվ շարժիչների այրման խցիկներ արտադրելու համար, այն ավելացվում է ջնարակների, էմալների, տարբեր մետաղների այբբենարանների վրա: Ալյումինի, չուգունի և պողպատի մշակման համար այբբենարաններին ավելացվում է լիթիումի աղ:

Այս քիմիական նյութը ավելացվում է ապակու պատրաստման գործընթացում։ Ապակիները, որոնց ավելացվել է լիթիումի աղ, ունեն լույսի հոսքի թափանցելիության բարձրացում: Երբեմն կարբոնաթթվի լիթիումի աղն օգտագործվում է պիրոտեխնիկայի արտադրության գործընթացում:

Արտադրողներ

Ռուսաստանում 1 կգ նման նյութի միջին գինը 3900-4000 ռուբլի է։ Այս նյութի հիմնական արտադրողը մոսկովյան ՕՕՕ կոմպոնենտ-Ռեակտիվ գործարանն է: Նաև կարբոնաթթվի լիթիումի աղն արտադրվում է հետևյալ ընկերություններում՝ «ԿուրսկԽիմՊրոմ» ՍՊԸ, «ՎիտաՔեմ» ՍՊԸ, «Ռուսխիմ» ՍՊԸ, «Խիմպեկ» ՓԲԸ:

Կավիճը արտադրվում է տեխնիկական և կերային նպատակներով։ Կերի կավիճի միջին գինը 1 տոննայի դիմաց 1800 ռուբլի է։ Փաթեթավորված հիմնականում 50 կգ, 32 կգ. Արտադրողներ՝ Մելովիկ ՍՊԸ, MT Resource LLC, Zoovetsnab LLC, Agrokhiminvest LLC:

Սոդա մոխիրն օգտագործվում է լվացքի, բծերի հեռացման և սպիտակեցման համար: Այս ապրանքի միջին գինը մանրածախ շուկայում տատանվում է 1 կգ-ի դիմաց 16-30 ռուբլու սահմաններում: Արտադրողներ՝ Novera LLC, KhimReaktiv CJSC, HimPlus LLC, SpecBurTechnology LLC, SpetsKomplekt LLC և այլն: