Dlaczego wodny NaCl przewodzi prąd?
On 24 grudnia, 2020 by adminCzy ktoś mógłby wyjaśnić, dlaczego wodny roztwór NaCl przewodzi prąd? Wyszukałem w Google, ale nie udało mi się uzyskać satysfakcjonującej odpowiedzi. To ma odpowiedź na Physics.SE, ale to jest zbyt skomplikowane. Mój podręcznik nie odpowiada na moje pytanie.
Komentarze
- Zasadniczo rozumiesz że dzieje się tak, ponieważ dysocjuje, a kolejne pytanie brzmi: dlaczego się dysocjuje, co, jak ktoś inny wskazał, jest kolejnym pytaniem.
- Zobacz odpowiedź i link do niej zamieszczony przez @M. Farooq: chemistry.stackexchange.com/a/118441/79678 .
Odpowiedź
Oryginalne pytanie:
Dlaczego wodny roztwór $ \ ce {NaCl} $ przewodzi prąd
Ponieważ $ \ ce {NaCl} $ to elektrolit. Oznacza to, że dostarcza jony w roztworze.
Mówiąc najprościej, stały $ \ ce {NaCl} $ składa się z $ \ ce {Na +} $ kationy i $ \ ce {Cl -} $ aniony połączone razem w sztywnej sieci krystalicznej. Kiedy topi się lub rozpuszcza w wodzie, sieć krystaliczna pęka. Jony mogą się teraz przemieszczać. Podobnie jak naładowane cząstki w przewodniku metalowym (w tym przypadku elektrony), w postaci płynnej lub roztworze wodnym jony są naładowanymi cząstkami, które mogą się poruszać, umożliwiając roztworowi przewodzenie prądu.
Follow- pytanie:
Dlaczego $ \ ce {NaCl} $ dysocjuje w wodzie
(dość uproszczona) odpowiedź brzmi że dysocjacja związku jonowego jest ułatwiona przez przyciąganie dipolowe jonów między jonami związku a cząsteczkami wody polarnej.
Cząsteczki wody (dipole) są przyciągane przez jony i powodują destabilizację sieci krystalicznej i jony do dysocjacji. Naładowane jony w roztworze są otoczone i stabilizowane przez cząsteczki wody (dipole).
Uwaga: Niektóre jony migrują w postaci par jonowych, ale w przypadku silnego elektrolitu większość lub wszystkie jony zostaną zdysocjowane i otoczone wodą cząsteczki.
Ponieważ wydajesz się niezadowolony z dotychczasowych odpowiedzi, zakładam, że chcesz w pełni zrozumieć mechanizm dysocjacji. Niestety, jest to dość skomplikowane.
Ballard & Dellago [1] objaśnia doskonałą pracę, ale prawdopodobnie będziesz potrzebować trochę więcej wiedzy z zakresu chemii fizycznej / termodynamiki, aby ją w pełni zrozumieć.
Odniesienie
- Ballard, AJ & Dellago, C ” Toward the Mechanism of Ionic Dissociation in Water, ” * J. Fiz. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 Data publikacji: 19 października 2012 r. https://doi.org/10.1021/jp309300b
Odpowiedź
NaCl to elektrolit. W roztworze dysocjuje na Na + i Cl-. Kiedy umieścisz elektrody w roztworze, kationy są przyciągane do katody, a aniony do anody. Ten ruch wytwarza prąd i dlatego roztwory NaCl mogą przewodzić prąd.
Komentarze
- Dlaczego się dysocjuje?
- Myślę, że ta odpowiedź wymaga dopracowania. Czy to działa tylko z AC? Jeśli nie, co się dzieje z prądem stałym, gdy większość jonów już migrowała?
- Przy prądzie stałym ' prawdopodobnie nastąpi elektroliza wody i możliwe utlenianie chlorku (co pomaga usuwać ładunek ujemny z elektrody dodatniej).
- @Zhe Zgoda. Próbowałem tylko skłonić psotera do dopracowania odpowiedzi na OP.
Odpowiedź
$ \ ce {NaCl} $ dysocjuje na $ \ ce {Na +} $ i $ \ ce {Cl -} $ , gdy rozpuści się w wodzie. Nawilżenie stabilizuje utworzone jony. Na atomach wodoru występuje ładunek $ \ delta + $ i ładunek $ \ delta- $ tlen. Kiedy $ \ ce {NaCl} $ zostanie rozpuszczony w wodzie, wodory są przyciągane do $ \ ce {Cl-} Jony $ i atomy tlenu do jonów $ \ ce {Na +} $ . W ten sposób cząsteczki wody otaczają i oddzielają jony.
W związku z tym w wodnym roztworze $ \ ce {NaCl} $ są dostępne jony dodatnie i ujemne, które mogą się swobodnie poruszać (oczywiście z pewnym oporem przez inne cząsteczki w pobliżu).W przypadku zastosowania różnicy potencjałów jony dodatnie są przyciągane do ujemnego bieguna i odwrotnie. W ten sposób powstaje prąd.
Komentarze
- @Abcd Zobacz ten film na YouTube. link
- Nie sądzę, aby rzeczywiste jony $ \ ce {OH -} $ były przyciągane do $ \ ce {Na +} $, ponieważ stała dysocjacji wody jest dość niska, $ pK_w = 14 $. Dlatego nie ' nie sądzę, że dostępne są darmowe jony $ H + $ i $ OH- $. Cząsteczka wody jako całość orientuje się w określony sposób i otacza jony.
- Przepraszam, nie ' nie oznacza, że jony $ OH- $ nie są przyciąga $ Na + $, ale myślę, że efekt nie ' nie byłby aż tak duży.
- Dziękuję. Czy możemy więc powiedzieć, że dysocjacja NaCl zachodzi z powodu orientacji cząsteczek wody?
- Prosta odpowiedź jest taka, że cząsteczki wody mają dipol. Atomy wodoru są lekko naładowane dodatnio, a atomy tlenu lekko ujemnie. Tak więc, jak widać na powyższym diagramie, cząsteczki wody wokół dodatnio naładowanego sodu orientują się w taki sposób, że tlen jest bliżej sodu niż wodory. Jest to znane jako interakcja jon-dipol. W przypadku chloru jest odwrotnie. @Abcd
Odpowiedź
$ \ ce {NaCl} $ jest związkiem silnie jonowym. Zostaje całkowicie zjonizowany i dysocjuje w $ \ ce {Na +} $ i $ \ ce {Cl -} $ . Zarówno $ \ ce {Na +} $ , jak i $ \ ce {Cl -} $ są otoczone cząsteczkami wody , $ \ ce {Na +} $ jest otoczony $ \ ce {O} $ z $ \ ce {H2O} $ skierowany w stronę $ \ ce {Na +} $ , podobnie $ \ ce {Cl -} $ jest otoczony przez $ \ ce {H2O} $ cząsteczki z $ \ ce {H} $ skierowany w stronę $ \ ce {Cl -} $ . Obecność jonów dodatnich i ujemnych pomaga w przewodzeniu elektryczności.
Gdy elektrody są włożone i przez nie przepływa prąd, ruch jonów w przeciwnym kierunku wytwarza prąd.
Po przejściu prądu przez długi czas (zwłaszcza prąd stały), stężenie jonów $ \ ce {Cl -} $ będzie się zmniejszać. Stężenie $ \ ce {OH -} $ będzie stopniowo wzrastać i będzie konkurencja między $ \ ce {Cl- } $ i $ \ ce {OH -} $ .
Elektroliza $ \ ce {NaCl} $
Anoda: $ \ ce {2 Cl- – > Cl2 + 2 e -} \ quad E = -1,36 \ \ mathrm V $
Katoda: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0,83 \ \ mathrm V $
Elektroliza $ \ ce {NaOH} $
Anoda: $ \ ce {4 OH- – > O2 + 2 H2O + 2 e -} \ quad E = -0,40 \ \ mathrm V $
Katoda: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0.83 \ \ mathrm V $
Po dostatecznie długim czasie konkurować między $ \ c e {Cl -} $ i $ \ ce {OH -} $ utlenia się na anodzie, podczas gdy na katodzie jest tylko jedna możliwa reakcja. Reakcja na anodzie zależy od stężenia i potencjału redukcji $ \ ce {Cl -} $ i $ \ ce {OH- } $ . Właściwie na katodzie istnieje również możliwość redukcji $ \ ce {Na +} $ , ale potencjał redukcji wynosi $ – 2.7 \ \ mathrm V $ , co jest trudne niż $ \ ce {H2O} $ , więc tylko jedna reakcja zachodzi na katodzie.
Dodaj komentarz