수성 NaCl이 전기를 전도하는 이유는 무엇입니까?
On 12월 24, 2020 by admin누군가 NaCl 수용액이 전기를 전도하는 이유를 설명해 주시겠습니까? 나는 이것을 구글 검색했지만 만족스러운 답변을 얻지 못했습니다. Physics.SE에 대한 답변이 있지만 너무 복잡합니다. 제 교과서는 제 질문에 대한 답변이 없습니다.
댓글
- 본질적으로 이해하는 것입니다. 그것은 해리되기 때문이고 당신의 후속 질문은 그것이 해리되는 이유이며, 다른 누군가가 지적했듯이 또 다른 질문입니다.
- @M의 답변과 링크 된 참조를 확인하세요. Farooq : chemistry.stackexchange.com/a/118441/79678 .
답변
원래 질문 :
왜 $ \ ce {NaCl} $ span의 수용액 >는 전기를 전도합니다.
$ \ ce {NaCl} $ 는 전해질이기 때문입니다. 즉, 용액에서 이온을 생성합니다.
간단히 말하면 고체 $ \ ce {NaCl} $ 는 $ \ ce {Na +} $ 양이온과 $ \ ce {Cl-} $ 음이온이 단단한 결정 격자로 결합되어 있습니다. 녹거나 물에 녹 으면 결정 격자가 깨집니다. 이제 이온이 움직일 수 있습니다. 금속 전도체 (이 경우 전자)의 하전 입자와 유사하게, 액체 형태 또는 수용액에서 이온은 이동할 수있는 하전 입자이며 용액이 전기를 전도 할 수 있도록합니다.
다음- 질문 :
$ \ ce {NaCl} $ 이 (가) 물에서 해리되는 이유
(보다 단순화 된) 대답은 다음과 같습니다. 이온 화합물의 해리는 화합물의 이온과 극성 물 분자 사이의 이온 쌍극자 매력에 의해 촉진됩니다.
물 분자 (쌍극자)는 이온에 끌려 결정 격자를 불안정하게 만듭니다. 분리 할 이온. 용액의 하전 된 이온은 물 분자 (쌍극자)로 둘러싸여 안정화됩니다.
참고 : 일부 이온은 이온 쌍으로 이동하지만 강한 전해질의 경우 대부분 또는 모든 이온이 해리되어 물로 둘러싸여 있습니다. 분자.
지금까지받은 답변이 불만족 스러우므로 완전히 해리와 관련된 메커니즘을 이해합니다. 안타깝게도 이것은 다소 복잡합니다.
Ballard & Dellago [1]가이 주제에 대한 작업을 설명하는 훌륭한 논문이 있지만 아마도 필요할 것입니다. 이를 완전히 이해하기 위해 좀 더 많은 물리 화학 / 열역학 지식이 필요합니다.
참조
- Ballard, AJ & Dellago, C " 물에서 이온 해리 메커니즘으로, " * J. Phys. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 게시 날짜 : 2012 년 10 월 19 일 https://doi.org/10.1021/jp309300b
답변
NaCl은 전해질입니다. 용액에서 Na +와 Cl-로 분리됩니다. 용액에 전극을 넣으면 양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 끌려갑니다. 이 움직임은 전류를 생성하고 NaCl 용액이 전기를 전도 할 수있는 이유입니다.
댓글
- 왜 분리됩니까?
- 이 답변에는 약간의 정교함이 필요하다고 생각합니다. AC에서만 작동합니까? 그렇지 않다면 대량의 이온이 이미 이동했을 때 DC는 어떻게됩니까?
- DC 전류를 사용하면 ' 아마 물과 염화물의 산화 가능성 (양극에서 음전하를 제거함으로써 도움이 됨)
- @Zhe 동의 함. 나는 단지 psoter가 OP에 대한 대답을 구체화하도록 유도하려고했습니다.
Answer
$ \ ce {NaCl} $ 는 $ \ ce {Na +} $ 및 $ \ ce {Cl-} $ . 수화는 형성된 이온을 안정화시킵니다. 물의 수소에는 $ \ delta + $ 전하가 있고 원자에는 $ \ delta-$ 전하가 있습니다. 산소. $ \ ce {NaCl} $ 가 물에 용해되면 수소가 $ \ ce {Cl-}에 끌립니다. $ 이온과 산소 원자를 $ \ ce {Na +} $ 이온으로 만듭니다. 따라서 물 분자가 이온을 둘러싸고 분리합니다.
따라서 $ \ ce {NaCl} $ 의 수용액에는 자유롭게 이동할 수있는 양이온과 음이온이 있습니다 (물론 약간의 저항이 있습니다. 주변의 다른 분자로 인해).전위차가 적용되면 양이온이 음극 단자로 끌리고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 따라서 현재가 확립되었습니다.
댓글
- @Abcd YouTube에서이 동영상을 참조하세요. link
- 실제 $ \ ce {OH-} $ 이온은 $ \ ce {Na +} $에 끌리지 않는다고 생각합니다. 물의 해리 상수는 $ pK_w = 14 $로 매우 낮습니다. 그래서 저는 ' 무료 $ H + $ 및 $ OH- $ 이온을 사용할 수 있다고 생각하지 않습니다. 물 분자는 전체적으로 특정 방향으로 배향되고 이온을 둘러싸고 있습니다.
- 죄송합니다. ' $ OH- $ 이온이 그렇지 않다는 의미는 아닙니다. $ Na + $에 끌 렸지만 그 효과는 그다지 크지 않을 것이라고 생각합니다 '.
- 감사합니다. 그래서 NaCl의 해리는 물 분자의 방향 때문에 일어난다 고 말할 수 있습니까?
- 간단한 대답은 물 분자가 쌍극자를 가지고 있다는 것입니다. 수소 원자는 약간 양전하를 띠고 산소 원자는 약간 음전하를 띤다. 따라서 위의 다이어그램에서 볼 수 있듯이 양전하를 띤 나트륨 주위의 물 분자는 산소가 수소보다 나트륨에 더 가깝도록 방향을 잡습니다. 이것은 이온-쌍극자 상호 작용으로 알려져 있습니다. 염소의 경우 그 반대입니다. @Abcd
답변
$ \ ce {NaCl} $ 은 강한 이온 성 화합물입니다. 완전히 이온화되어 $ \ ce {Na +} $ 및 $ \ ce {Cl-} $ span에서 분리됩니다. >. $ \ ce {Na +} $ 및 $ \ ce {Cl-} $ 모두 물 분자로 둘러싸여 있습니다. , $ \ ce {Na +} $ 는 $ \ ce {O} $ 의 $ \ ce {H2O} $ 는 $ \ ce {Na +} $ 를 향합니다. 마찬가지로 $ \ ce {Cl-} $ 는 pan class =”math-container “가있는 $ \ ce {H2O} $ 분자로 둘러싸여 있습니다. > $ \ ce {H} $ 는 $ \ ce {Cl-} $ 를 향합니다. 양이온과 음이온의 존재는 전기 전도에 도움이됩니다.
전극을 삽입하고이 전극을 통해 전류가 흐르면 반대 방향으로 이온이 이동하면 전류가 생성됩니다.
전류를 통과 한 후 오랫동안 (특히 DC 전류) $ \ ce {Cl-} $ 이온의 농도가 감소합니다. $ \ ce {OH-} $ 의 농도는 점진적으로 증가 할 것이며 $ \ ce {Cl- } $ 및 $ \ ce {OH-} $ .
$의 전기 분해 \ ce {NaCl} $
양극 : $ \ ce {2 Cl–> Cl2 + 2 e-} \ quad E = -1.36 \ \ mathrm V $
캐소드 : $ \ ce {H2O + 2 e–> H2 + 2 OH-} \ quad E = -0.83 \ \ mathrm V $
$ \ ce {NaOH} $
양극 : $ \ ce {4 OH–> O2 + 2 H2O + 2 e-} \ quad E = -0.40 \ \ mathrm V $
음극 : $ \ ce {H2O + 2 e–> H2 + 2 OH-} \ quad E = -0.83 \ \ mathrm V $
충분한 시간이 지나면 $ \ c 간의 경쟁 e {Cl-} $ 및 $ \ ce {OH-} $ 는 양극에서 산화되는 반면 음극에서는 하나의 가능한 반응 만 있습니다. 양극에 대한 반응은 $ \ ce {Cl-} $ 및 $ \ ce {OH-의 농도 및 환원 가능성에 따라 다릅니다. } $ . 실제로 음극에서는 $ \ ce {Na +} $ 의 감소 가능성도 있지만 감소 가능성은 $-2.7 \ \ mathrm V $ 는 $ \ ce {H2O} $ 보다 어렵 기 때문에 음극에서 단 하나의 반응 만 발생합니다.
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