Por que o NaCl aquoso conduz eletricidade?
On Dezembro 24, 2020 by adminAlguém poderia explicar por que uma solução aquosa de NaCl conduz eletricidade? Pesquisei no Google, mas não consegui obter uma resposta satisfatória. Isso tem uma resposta em Physics.SE, mas é muito complicado. Meu livro não responde à minha pergunta.
Comentários
- Essencialmente, você entende que é porque ele se dissocia, e sua pergunta de acompanhamento é por que ele se dissocia, o que, como outra pessoa apontou, é outra questão.
- Veja a resposta e a referência vinculada a ela por @M. Farooq: chemical.stackexchange.com/a/118441/79678 .
Resposta
Pergunta original:
Por que uma solução aquosa de $ \ ce {NaCl} $ conduz eletricidade
Porque $ \ ce {NaCl} $ é um eletrólito. Isso significa que ele produz íons na solução.
Simplificando, $ \ ce {NaCl} $ sólido consiste em $ \ ce {Na +} $ cátions e $ \ ce {Cl -} $ ânions unidos em uma estrutura de cristal rígida. Quando ele derrete ou é dissolvido em água, a estrutura cristalina quebra. Os íons agora são capazes de se mover. Semelhante às partículas carregadas em um condutor de metal (neste caso elétrons), na forma líquida ou em solução aquosa os íons são as partículas carregadas que podem se mover, permitindo que a solução conduza eletricidade.
Siga- questão:
Por que $ \ ce {NaCl} $ se dissocia na água
A resposta (bastante simplificada) é que a dissociação de um composto iônico é facilitada por atrações íon-dipolo entre os íons do composto e as moléculas de água polares.
As moléculas de água (dipolos) são atraídas pelos íons e fazem com que a rede cristalina desestabilize e íons para se dissociar. Os íons carregados em solução são circundados e estabilizados pelas moléculas de água (dipolos).
Nota: Alguns íons migram como pares de íons, mas para um eletrólito forte a maioria ou todos os íons serão dissociados e cercados por água moléculas.
Como você parece insatisfeito com as respostas recebidas até agora, suponho que deseja totalmente compreender o mecanismo envolvido na dissociação. Infelizmente, isso é bastante complexo.
Há um excelente artigo de Ballard & Dellago [1] que explica seu trabalho sobre o assunto, mas você provavelmente precisará um pouco mais de conhecimento físico-química / termodinâmica para entendê-lo totalmente.
Referência
- Ballard, AJ & Dellago, C ” Rumo ao mecanismo de dissociação iônica na água, ” * J. Phys. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 Data de publicação: 19 de outubro de 2012 https://doi.org/10.1021/jp309300b
Resposta
NaCl é um eletrólito. Quando em solução, ele se dissocia em Na + e Cl-. Quando você coloca eletrodos na solução, os cátions são atraídos para o cátodo e os ânions para o ânodo. Este movimento produz uma corrente e é por isso que as soluções de NaCl podem conduzir eletricidade.
Comentários
- Por que ele se dissocia?
- Acho que essa resposta precisa de alguma elaboração. Isso só funciona com AC? Se não, o que acontece com DC quando a maior parte dos íons já migrou?
- Com uma corrente DC, você ‘ provavelmente obterá alguma eletrólise de água e possível oxidação do cloreto (que ajuda removendo a carga negativa do eletrodo positivo).
- @Zhe Concordado. Eu estava apenas tentando fazer com que o psoter detalhasse sua resposta para o OP.
Resposta
$ \ ce {NaCl} $ dissocia em $ \ ce {Na +} $ e $ \ ce {Cl -} $ quando se dissolve em água. A hidratação estabiliza os íons formados. Há uma carga de $ \ delta + $ nos hidrogênios de água e $ \ delta- $ carga nos átomos de oxigênio. Quando $ \ ce {NaCl} $ é dissolvido em água, os hidrogênios são atraídos para o $ \ ce {Cl-} $ íons e átomos de oxigênio para os $ \ ce {Na +} $ íons. Assim, as moléculas de água circundam e separam os íons.
Portanto, em uma solução aquosa de $ \ ce {NaCl} $ , existem íons positivos e negativos disponíveis para se moverem livremente (é claro, com alguma resistência devido a outras moléculas nas proximidades).Quando uma diferença de potencial é aplicada, os íons positivos são atraídos para o terminal negativo e vice-versa. Assim, uma corrente é estabelecida.
Comentários
- @Abcd Veja este vídeo no YouTube. link
- Não acho que $ \ ce {OH -} $ íons reais sejam atraídos por $ \ ce {Na +} $ porque a constante de dissociação da água é bastante baixa, $ pK_w = 14 $. Portanto, não ‘ acho que $ H + $ e $ OH- $ íons gratuitos estão disponíveis. Uma molécula de água como um todo se orienta de uma maneira particular e envolve os íons.
- Desculpe, eu não ‘ quis dizer que $ OH- $ íons não são atraído por $ Na + $, mas acho que o efeito não ‘ t seria tanto.
- Obrigado. Então, podemos dizer que a dissociação do NaCl ocorre por causa da orientação das moléculas de água?
- A resposta simples é que as moléculas de água têm um dipolo. Os átomos de hidrogênio são ligeiramente carregados positivamente e os átomos de oxigênio ligeiramente carregados negativamente. Portanto, como você pode ver no diagrama acima, as moléculas de água ao redor do sódio com carga positiva se orientam de forma que o oxigênio esteja mais próximo do sódio do que os hidrogênios. Isso é conhecido como interação íon-dipolo. O oposto é verdadeiro para o cloro. @Abcd
Resposta
$ \ ce {NaCl} $ é um composto fortemente iônico. Ele fica completamente ionizado e se dissocia em $ \ ce {Na +} $ e $ \ ce {Cl -} $ . Ambos $ \ ce {Na +} $ e $ \ ce {Cl -} $ estão rodeados por moléculas de água , $ \ ce {Na +} $ está rodeado por $ \ ce {O} $ de $ \ ce {H2O} $ voltado para $ \ ce {Na +} $ , da mesma forma $ \ ce {Cl -} $ está rodeado por $ \ ce {H2O} $ moléculas com $ \ ce {H} $ voltado para $ \ ce {Cl -} $ . A presença de íons positivos e negativos ajuda na condução de eletricidade.
Quando os eletrodos são inseridos e a corrente é passada por eles, o movimento dos íons na direção oposta cria corrente.
Depois de passar a corrente por um longo tempo (especialmente corrente DC), a concentração de $ \ ce {Cl -} $ íons diminuirá. A concentração de $ \ ce {OH -} $ aumentará gradualmente e haverá competição entre $ \ ce {Cl- } $ e $ \ ce {OH -} $ .
Eletrólise de $ \ ce {NaCl} $
Ânodo: $ \ ce {2 Cl- – > Cl2 + 2 e -} \ quad E = -1,36 \ \ mathrm V $
Cátodo: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0,83 \ \ mathrm V $
Eletrólise de $ \ ce {NaOH} $
Ânodo: $ \ ce {4 OH- – > O2 + 2 H2O + 2 e -} \ quad E = -0,40 \ \ mathrm V $
Cátodo: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0,83 \ \ mathrm V $
Depois de muito tempo suficiente, haverá ser competição entre $ \ c e {Cl -} $ e $ \ ce {OH -} $ para serem oxidados no ânodo, enquanto há apenas uma reação possível no cátodo. A reação no ânodo depende da concentração e do potencial de redução de $ \ ce {Cl -} $ e $ \ ce {OH- } $ . Na verdade, no cátodo, também há possibilidade de redução de $ \ ce {Na +} $ , mas o potencial de redução é $ – 2.7 \ \ mathrm V $ que é difícil do que $ \ ce {H2O} $ , portanto, apenas uma reação ocorre no cátodo.
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