Hvorfor leder vandig NaCl elektricitet?
On december 24, 2020 by adminKan nogen forklare hvorfor en vandig opløsning af NaCl leder elektricitet? Jeg har googlet dette, men kunne ikke få et tilfredsstillende svar. Dette har et svar på Physics.SE, men det er for kompliceret. Min lærebog besvarer ikke mit spørgsmål.
Kommentarer
- I det væsentlige forstår du at det er fordi det adskiller sig, og dit opfølgningsspørgsmål er, hvorfor det adskiller sig, hvilket, som en anden påpegede, er et andet spørgsmål.
- Se svaret og linket henvisning deri af @M. Farooq: kemi.stackexchange.com/a/118441/79678 .
Svar
Originalt spørgsmål:
Hvorfor en vandig opløsning af $ \ ce {NaCl} $ leder elektricitet
Fordi $ \ ce {NaCl} $ er en elektrolyt. Dette betyder, at det giver ioner i opløsning.
Enkelt sagt, solid $ \ ce {NaCl} $ består af $ \ ce {Na +} $ kationer og $ \ ce {Cl -} $ anioner bundet sammen i et stift krystalgitter. Når det smelter eller opløses i vand, bryder krystalgitteret. Ionerne er nu i stand til at bevæge sig rundt. I lighed med ladede partikler i en metalleder (i dette tilfælde elektroner) er ionerne i flydende form eller vandig opløsning de ladede partikler, der kan bevæge sig, så opløsningen kan lede elektricitet.
Følg- op spørgsmål:
Hvorfor $ \ ce {NaCl} $ adskiller sig i vand
Svaret (ret forenklet) er at dissociation af en ionforbindelse letter ved ion-dipolattraktioner mellem ionerne i forbindelsen og de polære vandmolekyler.
Vandmolekylerne (dipoler) tiltrækkes af ionerne og får krystalgitteret til at destabilisere og ioner til at adskille. De ladede ioner i opløsning er omgivet og stabiliseret af vandmolekylerne (dipoler).
Bemærk: Nogle ioner migrerer som ionpar, men for en stærk elektrolyt vil de fleste eller alle ioner blive adskilt og omgivet af vand molekyler.
Da du synes at være utilfreds med de hidtidige svar, antager jeg, at du vil fuldt ud forstå mekanismen involveret i dissociation. Desværre er dette ret komplekst.
Der er et fremragende papir af Ballard & Dellago [1], der forklarer deres arbejde med emnet, men du har sandsynligvis brug for lidt mere fysisk kemi / termodynamik-viden for at forstå det fuldt ud.
Reference
- Ballard, AJ & Dellago, C ” Mod mekanismen for ionisk dissociation i vand, ” * J. Phys. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 Udgivelsesdato: 19. oktober 2012 https://doi.org/10.1021/jp309300b
Svar
NaCl er en elektrolyt. Når det er i opløsning, adskilles det i Na + og Cl-. Når du lægger elektroder i opløsningen, trækkes kationerne til katoden og anionerne til anoden. Denne bevægelse producerer en strøm, og det er derfor, NaCl-løsninger kan lede elektricitet.
Kommentarer
- Hvorfor adskiller den sig?
- Jeg synes, at dette svar skal uddybes. Fungerer dette kun med AC? Hvis ikke, hvad sker der med jævnstrøm, når størstedelen af ionerne allerede er migreret?
- Med en jævnstrøm får du ‘ sandsynligvis lidt elektrolyse af vand og mulig oxidation af kloridet (hvilket hjælper med at fjerne negativ ladning fra den positive elektrode).
- @Zhe Agreement. Jeg prøvede bare at få psoter til at uddybe sit svar til OP.
Svar
$ \ ce {NaCl} $ adskiller sig i $ \ ce {Na +} $ og $ \ ce {Cl -} $ når den opløses i vand. Hydrering stabiliserer de dannede ioner. Der er $ \ delta + $ gebyr på hydrogener af vand og $ \ delta- $ gebyr på atomerne i ilt. Når $ \ ce {NaCl} $ opløses i vand, tiltrækkes hydrogenerne til $ \ ce {Cl-} $ ioner og iltatomer til $ \ ce {Na +} $ ioner. Således omslutter og adskiller vandmolekyler ionerne.
Derfor er der i en vandig opløsning af $ \ ce {NaCl} $ positive og negative ioner til rådighed til at bevæge sig frit (selvfølgelig med en vis modstand på grund af andre molekyler i nærheden).Når der anvendes en potentiel forskel, tiltrækkes de positive ioner til den negative terminal og omvendt. Således etableres en strøm.
Kommentarer
- @Abcd Se denne video på YouTube. link
- Jeg tror ikke, at faktiske $ \ ce {OH -} $ ioner er tiltrukket af $ \ ce {Na +} $ fordi dissociationskonstanten for vand er ret lav, $ pK_w = 14 $. Så jeg tror ikke ‘ at gratis $ H + $ og $ OH- $ ioner er tilgængelige. Et vandmolekyle som helhed orienterer sig på en bestemt måde og omgiver ionerne.
- Beklager, jeg betød ikke ‘ at $ OH- $ ioner ikke er tiltrukket af $ Na + $, men jeg tror, at effekten ikke ville være ‘ t være så meget.
- Tak. Så kan vi sige, at dissociation af NaCl finder sted på grund af vandmolekylers orientering?
- Det enkle svar er, at vandmolekyler har en dipol. Brintatomerne er let positivt ladede, og iltatomerne er lidt negativt ladede. Så som du kan se i diagrammet ovenfor, vandmolekyler omkring positivt ladet natrium orienterer sig således, at iltet er tættere på natrium end hydrogenerne. Dette er kendt som en ion-dipol-interaktion. Det modsatte gælder for klor. @Abcd
Svar
$ \ ce {NaCl} $ er stærkt ionisk forbindelse. Det bliver fuldstændigt ioniseret og adskiller sig i $ \ ce {Na +} $ og $ \ ce {Cl -} $ . Både $ \ ce {Na +} $ og $ \ ce {Cl -} $ er omgivet af vandmolekyler , $ \ ce {Na +} $ er omgivet af $ \ ce {O} $ af $ \ ce {H2O} $ vender mod $ \ ce {Na +} $ , på samme måde $ \ ce {Cl -} $ er omgivet af $ \ ce {H2O} $ molekyler med $ \ ce {H} $ vender mod $ \ ce {Cl -} $ . Tilstedeværelsen af positive og negative ioner hjælper med ledning af elektricitet.
Når elektroder indsættes, og strøm føres gennem disse elektroder, skaber ionbevægelse i modsat retning strøm.
Efter strømstrøm i lang tid (især jævnstrøm) vil koncentrationen af $ \ ce {Cl -} $ -ioner falde. Koncentrationen af $ \ ce {OH -} $ vil stige gradvist, og der vil være konkurrence mellem $ \ ce {Cl- } $ og $ \ ce {OH -} $ .
Elektrolyse af $ \ ce {NaCl} $
Anode: $ \ ce {2 Cl- – > Cl2 + 2 e -} \ quad E = -1.36 \ \ mathrm V $
Katode: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0.83 \ \ mathrm V $
Elektrolyse af $ \ ce {NaOH} $
Anode: $ \ ce {4 OH- – > O2 + 2 H2O + 2 e -} \ quad E = -0.40 \ \ mathrm V $
Katode: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0.83 \ \ mathrm V $
Efter tilstrækkelig lang tid vil der være konkurrence mellem $ \ c e {Cl -} $ og $ \ ce {OH -} $ for at blive oxideret på Anode, hvorimod der kun er en mulig reaktion på katoden. Reaktion på anode afhænger af koncentrationen og reduktionspotentialet for $ \ ce {Cl -} $ og $ \ ce {OH- } $ . Faktisk på katoden er der også mulighed for reduktion af $ \ ce {Na +} $ men reduktionspotentiale er $ – 2.7 \ \ mathrm V $ hvilket er vanskeligt end $ \ ce {H2O} $ så kun en reaktion finder sted på katoden.
Skriv et svar