Waarom geleidt waterig NaCl elektriciteit?
Geplaatst op december 24, 2020 door adminKan iemand uitleggen waarom een waterige oplossing van NaCl elektriciteit geleidt? Ik heb dit gegoogeld maar kreeg geen bevredigend antwoord. Dit heeft een antwoord op Physics.SE maar dat is “te ingewikkeld. Mijn leerboek geeft geen antwoord op mijn vraag.
Opmerkingen
- In wezen begrijp je het dat het komt omdat het dissocieert, en je vervolgvraag is waarom het dissocieert, wat, zoals iemand anders opmerkte, een andere vraag is.
- Zie het antwoord, en de gekoppelde referentie daarin, door @M. Farooq: chemistry.stackexchange.com/a/118441/79678 .
Antwoord
Oorspronkelijke vraag:
waarom een waterige oplossing van $ \ ce {NaCl} $ geleidt elektriciteit
Omdat $ \ ce {NaCl} $ een elektrolyt is. Dit betekent dat het ionen in oplossing oplevert.
Simpel gezegd, solide $ \ ce {NaCl} $ bestaat uit $ \ ce {Na +} $ kationen en $ \ ce {Cl -} $ anionen samengebonden in een stijf kristalrooster. Wanneer het smelt of wordt opgelost in water, breekt het kristalrooster. De ionen kunnen zich nu verplaatsen. Vergelijkbaar met geladen deeltjes in een metalen geleider (in dit geval elektronen), in vloeibare vorm of waterige oplossing zijn de ionen de geladen deeltjes die kunnen bewegen, waardoor de oplossing elektriciteit kan geleiden.
Follow- bovenliggende vraag:
Waarom $ \ ce {NaCl} $ dissocieert in water
Het (nogal versimpelde) antwoord is die dissociatie van een ionische verbinding wordt vergemakkelijkt door ion-dipoolattracties tussen de ionen van de verbinding en de polaire watermoleculen.
De watermoleculen (dipolen) worden aangetrokken door de ionen en zorgen ervoor dat het kristalrooster destabiliseert en ionen om te dissociëren. De geladen ionen in oplossing worden omgeven en gestabiliseerd door de watermoleculen (dipolen).
Opmerking: sommige ionen migreren als ionenparen, maar voor een sterke elektrolyt zullen de meeste of alle ionen worden gedissocieerd en omgeven door water moleculen.
Aangezien u ontevreden lijkt over de tot nu toe ontvangen antwoorden, neem ik aan dat u volledig wilt het mechanisme dat betrokken is bij dissociatie begrijpen. Helaas is dit nogal ingewikkeld.
Er is een uitstekend artikel van Ballard & Dellago [1] waarin hun werk over het onderwerp wordt uitgelegd, maar u zult waarschijnlijk wat meer kennis over fysische chemie / thermodynamica om het volledig te begrijpen.
Verwijzing
- Ballard, AJ & Dellago, C ” Op weg naar het mechanisme van ionische dissociatie in water, ” * J. Phys. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 Publicatiedatum: 19 oktober 2012 https://doi.org/10.1021/jp309300b
Answer
NaCl is een elektrolyt. In oplossing dissocieert het in Na + en Cl-. Wanneer u elektroden in de oplossing plaatst, worden de kationen naar de kathode getrokken en de anionen naar de anode. Deze beweging wekt een stroom op en daarom kunnen NaCl-oplossingen elektriciteit geleiden.
Opmerkingen
- Waarom dissocieert het?
- Ik denk dat dit antwoord enige uitwerking behoeft. Werkt dit alleen met AC? Zo niet, wat gebeurt er met gelijkstroom als het grootste deel van de ionen al is gemigreerd?
- Met gelijkstroom krijgt u ‘ waarschijnlijk wat elektrolyse van water en mogelijke oxidatie van het chloride (wat helpt door de negatieve lading van de positieve elektrode te verwijderen).
- @Zhe Agreed. Ik probeerde de psoter alleen te vragen zijn antwoord voor het OP uit te werken.
Answer
$ \ ce {NaCl} $ dissocieert in $ \ ce {Na +} $ en $ \ ce {Cl -} $ wanneer het in water oplost. Hydratatie stabiliseert de gevormde ionen. Er is $ \ delta + $ lading op waterstoffen van water en $ \ delta- $ lading op de atomen van zuurstof. Wanneer $ \ ce {NaCl} $ wordt opgelost in water, worden de waterstofatomen aangetrokken door de $ \ ce {Cl-} $ ionen en zuurstofatomen naar de $ \ ce {Na +} $ ionen. Watermoleculen omringen en scheiden de ionen.
Daarom zijn er in een waterige oplossing van $ \ ce {NaCl} $ positieve en negatieve ionen beschikbaar om vrij te bewegen (uiteraard met enige weerstand vanwege andere moleculen in de buurt).Wanneer een potentiaalverschil wordt toegepast, worden de positieve ionen naar de negatieve pool aangetrokken en vice versa. Zo ontstaat er een stroming.
Reacties
- @Abcd Bekijk deze video op YouTube. link
- Ik denk niet dat $ \ ce {OH -} $ ionen worden aangetrokken tot $ \ ce {Na +} $ omdat de dissociatieconstante van water is vrij laag, $ pK_w = 14 $. Dus ik denk niet ‘ dat gratis $ H + $ en $ OH- $ ionen beschikbaar zijn. Een watermolecuul als geheel oriënteert zichzelf op een bepaalde manier en omringt de ionen.
- Sorry, ik bedoelde niet ‘ dat $ OH- $ ionen niet zijn aangetrokken tot $ Na + $ maar ik denk dat het effect niet ‘ zo sterk zou zijn.
- Dankjewel. Kunnen we dus zeggen dat dissociatie van NaCl plaatsvindt vanwege de oriëntatie van watermoleculen?
- Het simpele antwoord is dat watermoleculen een dipool hebben. De waterstofatomen zijn licht positief geladen en de zuurstofatomen licht negatief geladen. Dus, zoals je kunt zien in het bovenstaande diagram, oriënteren watermoleculen rond positief geladen natrium zich zodanig dat de zuurstof dichter bij natrium is dan de waterstofatomen. Dit staat bekend als een ion-dipool-interactie. Het tegenovergestelde geldt voor chloor. @Abcd
Antwoord
$ \ ce {NaCl} $ is een sterk ionische verbinding. Het wordt volledig geïoniseerd en valt uiteen in $ \ ce {Na +} $ en $ \ ce {Cl -} $ . Zowel $ \ ce {Na +} $ als $ \ ce {Cl -} $ zijn omgeven door watermoleculen , $ \ ce {Na +} $ is omgeven door $ \ ce {O} $ van $ \ ce {H2O} $ gericht naar $ \ ce {Na +} $ , op dezelfde manier $ \ ce {Cl -} $ is omgeven door $ \ ce {H2O} $ moleculen met $ \ ce {H} $ gericht naar $ \ ce {Cl -} $ . Aanwezigheid van positieve en negatieve ionen helpt bij het geleiden van elektriciteit.
Wanneer elektroden worden ingebracht en stroom door deze elektroden wordt geleid, wordt stroom opgewekt door beweging van ionen in tegengestelde richting.
gedurende lange tijd (vooral gelijkstroom), zal de concentratie van $ \ ce {Cl -} $ ionen afnemen. De concentratie van $ \ ce {OH -} $ zal geleidelijk toenemen en er zal concurrentie zijn tussen $ \ ce {Cl- } $ en $ \ ce {OH -} $ .
Elektrolyse van $ \ ce {NaCl} $
Anode: $ \ ce {2 Cl- – > Cl2 + 2 e -} \ quad E = -1.36 \ \ mathrm V $
Kathode: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0.83 \ \ mathrm V $
Elektrolyse van $ \ ce {NaOH} $
Anode: $ \ ce {4 OH- – > O2 + 2 H2O + 2 e -} \ quad E = -0.40 \ \ mathrm V $
Kathode: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0.83 \ \ mathrm V $
Na voldoende lange tijd zal er concurrentie zijn tussen $ \ c e {Cl -} $ en $ \ ce {OH -} $ worden geoxideerd op anode, terwijl er maar één reactie mogelijk is op kathode. Reactie op anode hangt af van het concentratie- en reductiepotentieel van $ \ ce {Cl -} $ en $ \ ce {OH- } $ . Eigenlijk is er op kathode ook een mogelijkheid tot reductie van $ \ ce {Na +} $ maar het reductiepotentieel is $ – 2.7 \ \ mathrm V $ wat moeilijker is dan $ \ ce {H2O} $ dus er vindt maar één reactie plaats op de kathode.
Geef een reactie