Hvorfor leder vandig NaCl strøm?
On desember 24, 2020 by adminKan noen forklare hvorfor en vandig løsning av NaCl leder elektrisitet? Jeg har googlet dette, men kunne ikke få et tilfredsstillende svar. Dette har et svar på Physics.SE, men det er for komplisert. Min lærebok svarer ikke på spørsmålet mitt.
Kommentarer
- I hovedsak forstår du at det er fordi det dissosierer, og oppfølgingsspørsmålet ditt er hvorfor det dissosierer, som, som noen andre påpekte, er et annet spørsmål.
- Se svaret, og koblet referanse der, av @M. Farooq: chemistry.stackexchange.com/a/118441/79678 .
Svar
Originalt spørsmål:
Hvorfor en vandig løsning av $ \ ce {NaCl} $ leder elektrisitet
Fordi $ \ ce {NaCl} $ er en elektrolytt. Dette betyr at det gir ioner i løsning.
Enkelt sagt, solid $ \ ce {NaCl} $ består av $ \ ce {Na +} $ kationer og $ \ ce {Cl -} $ anioner bundet sammen i et stivt krystallgitter. Når det smelter eller er oppløst i vann, brytes krystallgitteret. Ionene er nå i stand til å bevege seg. I likhet med ladede partikler i en metalleder (i dette tilfellet elektroner), i flytende form eller vandig løsning, er ionene de ladede partiklene som kan bevege seg, slik at løsningen kan lede strøm.
Følg- opp spørsmål:
Hvorfor $ \ ce {NaCl} $ dissosierer i vann
Svaret (ganske forenklet) er at dissosiasjon av en ionisk forbindelse blir lettere av ion-dipolattraksjoner mellom ionene i forbindelsen og de polære vannmolekylene.
Vannmolekylene (dipolene) tiltrekkes av ionene og får krystallgitteret til å destabilisere og ioner å dissosiere. De ladede ionene i løsningen er omgitt og stabilisert av vannmolekylene (dipoler).
Merk: Noen ioner vandrer som ionepar, men for en sterk elektrolytt vil de fleste eller alle ionene bli dissosiert og omgitt av vann molekyler.
Ettersom du virker misfornøyd med svarene du har mottatt så langt, antar jeg at du vil fullstendig forstå mekanismen involvert i dissosiasjon. Dessverre er dette ganske komplisert.
Det er et utmerket papir av Ballard & Dellago [1] som forklarer arbeidet deres med emnet, men du vil sannsynligvis trenge litt mer fysisk kjemi / termodynamikk kunnskap for å forstå den fullt ut.
Referanse
- Ballard, AJ & Dellago, C » Mot mekanismen for ionisk dissosiasjon i vann, » * J. Phys. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 Publiseringsdato: 19. oktober 2012 https://doi.org/10.1021/jp309300b
Svar
NaCl er en elektrolytt. Når den er i løsning, dissosieres den i Na + og Cl-. Når du setter elektroder i løsningen, trekkes kationene til katoden og anionene til anoden. Denne bevegelsen produserer en strøm, og det er grunnen til at NaCl-løsninger kan lede strøm.
Kommentarer
- Hvorfor skiller den seg fra?
- Jeg tror dette svaret trenger litt utdyping. Fungerer dette bare med AC? Hvis ikke, hva skjer med DC når hovedparten av ionene allerede har migrert?
- Med en DC-strøm får du ‘ sannsynligvis litt elektrolyse av vann og mulig oksidasjon av kloridet (som hjelper ved å fjerne negativ ladning fra den positive elektroden).
- @Zhe Agreement. Jeg prøvde bare å få psoter til å utarbeide svaret hans for OP.
Svar
$ \ ce {NaCl} $ skiller seg fra $ \ ce {Na +} $ og $ \ ce {Cl -} $ når den oppløses i vann. Hydrering stabiliserer dannede ioner. Det er $ \ delta + $ kostnad på vannrogener og $ \ delta- $ kostnad på atomene til oksygen. Når $ \ ce {NaCl} $ er oppløst i vann, tiltrekkes hydrogenene til $ \ ce {Cl-} $ ioner og oksygenatomer til $ \ ce {Na +} $ ioner. Dermed omgir og skiller vannmolekylene ionene.
Derfor er det i en vandig løsning av $ \ ce {NaCl} $ positive og negative ioner tilgjengelig for å bevege seg fritt (selvfølgelig med litt motstand på grunn av andre molekyler i nærheten).Når en potensiell forskjell påføres, tiltrekkes de positive ionene av den negative terminalen og omvendt. Dermed etableres en strøm.
Kommentarer
- @Abcd Se denne videoen på YouTube. lenke
- Jeg tror ikke at faktiske $ \ ce {OH -} $ ioner tiltrekkes av $ \ ce {Na +} $ fordi dissosiasjonskonstanten for vann er ganske lav, $ pK_w = 14 $. Så jeg tror ikke ‘ at gratis $ H + $ og $ OH- $ ioner er tilgjengelige. Et vannmolekyl som helhet orienterer seg på en bestemt måte og omgir ionene.
- Beklager, jeg ‘ t mente at $ OH- $ ioner ikke er tiltrukket av $ Na + $, men jeg tror at effekten ikke ville ‘ t være like mye.
- Takk. Så kan vi si at dissosiasjon av NaCl skjer på grunn av orientering av vannmolekyler?
- Det enkle svaret er at vannmolekyler har en dipol. Hydrogenatomer er litt positivt ladede og oksygenatomer litt negativt ladede. Så som du kan se i diagrammet ovenfor, orienterer vannmolekyler rundt positivt ladet natrium seg slik at oksygenet er nærmere natrium enn hydrogenene. Dette er kjent som en ion-dipol-interaksjon. Det motsatte gjelder for klor. @Abcd
Svar
$ \ ce {NaCl} $ er sterkt ionisk forbindelse. Den blir fullstendig ionisert og dissosierer i $ \ ce {Na +} $ og $ \ ce {Cl -} $ . Både $ \ ce {Na +} $ og $ \ ce {Cl -} $ er omgitt av vannmolekyler , $ \ ce {Na +} $ er omgitt av $ \ ce {O} $ av $ \ ce {H2O} $ vendt mot $ \ ce {Na +} $ , på samme måte $ \ ce {Cl -} $ er omgitt av $ \ ce {H2O} $ molekyler med $ \ ce {H} $ vendt mot $ \ ce {Cl -} $ . Tilstedeværelse av positive og negative ioner hjelper til med ledning av elektrisitet.
Når elektroder settes inn og strøm føres gjennom disse elektrodene, skaper bevegelse av ioner i motsatt retning strøm.
Etter å ha passert strøm i lang tid (spesielt likestrøm) vil konsentrasjonen av $ \ ce {Cl -} $ ioner reduseres. Konsentrasjonen av $ \ ce {OH -} $ vil øke gradvis og det vil være konkurranse mellom $ \ ce {Cl- } $ og $ \ ce {OH -} $ .
Elektrolyse av $ \ 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 av $ \ 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 $
Etter tilstrekkelig lang tid vil det være konkurranse mellom $ \ c e {Cl -} $ og $ \ ce {OH -} $ for å bli oksidert på Anode, mens det bare er en mulig reaksjon på katoden. Reaksjon på anode avhenger av konsentrasjons- og reduksjonspotensialet til $ \ ce {Cl -} $ og $ \ ce {OH- } $ . Egentlig på katoden er det også mulighet for reduksjon av $ \ ce {Na +} $ men reduksjonspotensialet er $ – 2.7 \ \ mathrm V $ som er vanskelig enn $ \ ce {H2O} $ så bare en reaksjon finner sted på katoden.
Legg igjen en kommentar