Miksi vesipitoinen NaCl johtaa sähköä?
On joulukuu 24, 2020 by adminVoisiko joku selittää, miksi NaCl: n vesiliuos johtaa sähköä? Olen Googlessa löytänyt tämän, mutta en voinut saada tyydyttävää vastausta. Tällä on vastaus Physics.SE-sivustoon, mutta se on liian monimutkainen. Oppikirjani ei vastaa kysymykseeni.
Kommentit
- Pohjimmiltaan ymmärrät että se johtuu siitä, että se hajoaa, ja seurantakysymyksesi on miksi se dissosioituu, mikä on toinen kysymys, kuten joku muu huomautti.
- Katso @M: n vastaus ja siihen liittyvä viite. Farooq: chemistry.stackexchange.com/a/118441/79678 .
vastaus
Alkuperäinen kysymys:
Miksi $ \ ce {NaCl} $ johtaa sähköä
Koska $ \ ce {NaCl} $ on elektrolyytti. Tämä tarkoittaa, että se tuottaa ioneja liuoksessa.
Yksinkertaisesti sanottuna kiinteä $ \ ce {NaCl} $ koostuu $ \ ce {Na +} $ kationit ja $ \ ce {Cl -} $ anionit sidottuina jäykkään ristikkoristikkoon. Kun se sulaa tai liukenee veteen, kidehila rikkoutuu. Ionit pystyvät nyt liikkumaan. Samanlaiset kuin metallijohtimessa (tässä tapauksessa elektronit) olevat varautuneet hiukkaset, nestemäisessä muodossa tai vesiliuoksessa ionit ovat varautuneita hiukkasia, jotka voivat liikkua, jolloin liuos johtaa sähköä.
Seuraa- ylöspäin oleva kysymys:
Miksi $ \ ce {NaCl} $ hajoaa vedessä
Vastaus (melko yksinkertaistettu) on että ionisen yhdisteen dissosiaatiota helpottavat ioni-dipoli-vetovoimat yhdisteen ionien ja napaisten vesimolekyylien välillä.
Vesimolekyylit (dipolit) vetävät puoleensa ionit ja aiheuttavat kideverkon epävakauden ja ionit hajoavat. Liuoksessa olevat varautuneet ionit ympäröivät ja stabiloivat vesimolekyylit (dipolit).
Huomaa: Jotkut ionit kulkeutuvat ionipareina, mutta vahvan elektrolyytin tapauksessa suurin osa tai kaikki ionit hajoavat ja ympäröivät vettä. molekyylit.
Koska tunnet olevasi tyytymätön tähän mennessä saatuihin vastauksiin, oletan, että haluat täysin ymmärtää dissosiaatioon liittyvän mekanismin. Valitettavasti tämä on melko monimutkaista.
Ballard & Dellago [1] tarjoaa erinomaisen paperin, joka selittää heidän työnsä tässä asiassa, mutta todennäköisesti tarvitset vähän enemmän fysikaalisen kemian / termodynamiikan tuntemusta sen ymmärtämiseksi kokonaan.
Viitteet
- Ballard, AJ & Dellago, C ” Kohti veteen kohdistuvan ionisen dissosiaation mekanismia, ” * J. Phys. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 Julkaisupäivä: 19. lokakuuta 2012 https://doi.org/10.1021/jp309300b
Vastaus
NaCl on elektrolyytti. Liuoksessa se hajoaa Na +: ksi ja Cl-: ksi. Kun laitat elektrodeja liuokseen, kationit vedetään katodiin ja anionit anodiin. Tämä liike tuottaa virtaa ja siksi NaCl-ratkaisut voivat johtaa sähköä.
Kommentit
- Miksi se erottuu?
- Mielestäni tämä vastaus vaatii jonkin verran tarkennusta. Toimiiko tämä vain AC: n kanssa? Jos ei, niin mitä tapahtuu tasavirralla, kun suurin osa ioneista on jo siirtynyt?
- Tasavirralla ’ saat todennäköisesti jonkin verran veden elektrolyysiä ja kloridin mahdollinen hapettuminen (mikä auttaa poistamalla negatiivisen varauksen positiivisesta elektrodista).
- @Zhe sopinut. Yritin vain kehottaa psoteriaa täsmentämään vastaustaan OP: lle.
Vastaa
$ \ ce {NaCl} $ jakautuu $ \ ce {Na +} $ ja $ \ ce {Cl -} $ , kun se liukenee veteen. Nesteytys stabiloi muodostuneet ionit. Veden vedyille on $ \ delta + $ maksu ja atomeille $ \ delta- $ happi. Kun $ \ ce {NaCl} $ liuotetaan veteen, vedyt vetävät $ \ ce {Cl-} $ -ionit ja happiatomit $ \ ce {Na +} $ -ioneille. Siten vesimolekyylit ympäröivät ja erottavat ionit.
Näin ollen $ \ ce {NaCl} $ -liuoksessa on käytettävissä positiivisia ja negatiivisia ioneja vapaaseen liikkumiseen (tietysti jonkin verran vastustusta) muiden läheisyydessä olevien molekyylien vuoksi).Kun käytetään potentiaalieroa, positiiviset ionit houkuttelevat negatiiviseen terminaaliin ja päinvastoin. Tällöin virta muodostuu.
Kommentit
- @Abcd Katso tämä video YouTubessa. linkki
- En usko, että todelliset $ \ ce {OH -} $ -ionit houkuttelevat $ \ ce {Na +} $, koska veden dissosiaatiovakio on melko pieni, $ pK_w = 14 $. Joten en usko ’ uskoakseni, että ilmaisia $ H + $- ja $ OH- $ -ioneja on saatavilla. Vesimolekyyli kokonaisuutena suuntautuu tietyllä tavalla ja ympäröi ionit.
- Valitettavasti en tarkoittanut ’ t sitä, että $ OH- $ -ioneja houkutteli $ Na + $, mutta luulen, että vaikutus ei olisi ’ t yhtä suuri.
- Kiitos. Voimmeko siis sanoa, että NaCl: n dissosiaatio tapahtuu vesimolekyylien orientaation vuoksi?
- Yksinkertainen vastaus on, että vesimolekyyleillä on dipoli. Vetyatomit ovat hieman positiivisesti varautuneita ja happiatomit hieman negatiivisesti varautuneita. Joten, kuten yllä olevasta kaaviosta näet, positiivisesti varautuneen natriumin ympärillä olevat vesimolekyylit suuntautuvat siten, että happi on lähempänä natriumia kuin vedyt. Tätä kutsutaan ioni-dipoli-vuorovaikutukseksi. Kloorilla päinvastoin. @Abcd
Vastaa
$ \ ce {NaCl} $ on voimakkaasti ioninen yhdiste. Se ionisoituu täysin ja hajoaa $ \ ce {Na +} $ ja $ \ ce {Cl -} $ . Sekä $ \ ce {Na +} $ että $ \ ce {Cl -} $ ympäröivät vesimolekyylit , $ \ ce {Na +} $ ympäröi $ \ ce {O} $ / $ \ ce {H2O} $ kohti $ \ ce {Na +} $ , samalla tavalla $ \ ce {Cl -} $ ympäröivät $ \ ce {H2O} $ molekyylit, joissa on $ \ ce {H} $ kohti $ \ ce {Cl -} $ . Positiivisten ja negatiivisten ionien läsnäolo auttaa johtamaan sähköä.
Kun elektrodit työnnetään sisään ja virta kulkee näiden elektrodien läpi, ionien liike vastakkaiseen suuntaan luo virran.
Virran kulun jälkeen pitkään (erityisesti tasavirtavirta) $ \ ce {Cl -} $ -ionien pitoisuus pienenee. $ \ ce {OH -} $ -pitoisuus kasvaa vähitellen ja $ \ ce {Cl- } $ ja $ \ ce {OH -} $ .
$: n elektrolyysi \ ce {NaCl} $
Anodi: $ \ ce {2 Cl- – > Cl2 + 2 e -} \ quad E = -1,36 \ \ mathrm V $
Katodi: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0,83 \ \ mathrm V $
$ \ ce {NaOH} $
Anodi: $ \ ce {4 OH- – > O2 + 2 H2O + 2 e -} \ quad E = -0,40 \ \ mathrm V $
Katodi: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0,83 \ \ mathrm V $
Riittävän pitkän ajan kuluttua kilpailu $ \ c välillä e {Cl -} $ ja $ \ ce {OH -} $ hapettumaan anodilla, kun taas katodilla on vain yksi mahdollinen reaktio. Reaktio anodille riippuu $ \ ce {Cl -} $ ja $ \ ce {OH- } $ . Katodilla on myös mahdollisuus vähentää $ \ ce {Na +} $ , mutta vähennyspotentiaali on $ – 2,7 \ \ mathrm V $ , joka on vaikeaa kuin $ \ ce {H2O} $ , joten katodilla tapahtuu vain yksi reaktio.
Vastaa