Varför leder vattenhaltig NaCl elektricitet?
On december 24, 2020 by adminKan någon snälla förklara varför en vattenlösning av NaCl leder elektricitet? Jag har googlat det här men kunde inte få ett tillfredsställande svar. Detta har ett svar på Physics.SE men det är för komplicerat. Min lärobok svarar inte på min fråga.
Kommentarer
- I huvudsak förstår du att det beror på att det dissocierar, och din uppföljningsfråga är varför den dissocierar, vilket, som någon annan påpekade, är en annan fråga.
- Se svaret och länkad referens däri, av @M. Farooq: chemistry.stackexchange.com/a/118441/79678 .
Svar
Originalfråga:
Varför en vattenlösning av $ \ ce {NaCl} $ leder elektricitet
Eftersom $ \ ce {NaCl} $ är en elektrolyt. Det betyder att det ger joner i lösning.
Enkelt uttryckt, fast $ \ ce {NaCl} $ består av $ \ ce {Na +} $ katjoner och $ \ ce {Cl -} $ anjoner bundna ihop i ett styvt kristallgitter. När det smälter eller är löst i vatten bryts kristallgitteret. Jonerna kan nu röra sig. I likhet med laddade partiklar i en metalledare (i detta fall elektroner), i flytande form eller vattenlösning är jonerna de laddade partiklarna som kan röra sig, vilket gör att lösningen kan leda elektricitet.
Följ- upp fråga:
Varför $ \ ce {NaCl} $ dissocierar i vatten
Svaret (ganska förenklat) är att dissociation av en jonförening underlättas av jon-dipolattraktioner mellan föreningarnas joner och de polära vattenmolekylerna. och joner att dissociera. De laddade jonerna i lösningen omges och stabiliseras av vattenmolekylerna (dipoler).
Obs: Vissa joner migrerar som jonpar, men för en stark elektrolyt kommer de flesta eller alla jonerna att dissocieras och omges av vatten molekyler.
Eftersom du verkar missnöjd med svaren hittills, antar jag att du vill helt förstå mekanismen som är involverad i dissociation. Tyvärr är detta ganska komplicerat.
Det finns ett utmärkt papper av Ballard & Dellago [1] som förklarar deras arbete med ämnet, men du kommer antagligen behöva lite mer fysikalisk kemi / termodynamik kunskap för att förstå den till fullo.
Reference
- Ballard, AJ & Dellago, C ” Mot mekanismen för jonisk dissociation i vatten, ” * J. Phys. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 Publiceringsdatum: 19 oktober 2012 https://doi.org/10.1021/jp309300b
Svar
NaCl är en elektrolyt. I lösning dissocieras den till Na + och Cl-. När du sätter elektroder i lösningen dras katjonerna till katoden och anjonerna till anoden. Denna rörelse producerar en ström och det är därför som NaCl-lösningar kan leda elektricitet.
Kommentarer
- Varför dissocierar den?
- Jag tror att det här svaret behöver utarbetas. Fungerar detta bara med AC? Om inte, vad händer med DC när huvuddelen av jonerna redan har migrerat?
- Med en likström får du ’ förmodligen lite elektrolys av vatten och möjlig oxidation av kloriden (vilket hjälper till att ta bort negativ laddning från den positiva elektroden).
- @Zhe Agreement. Jag försökte bara uppmana psoter att utarbeta sitt svar för OP.
Svar
$ \ ce {NaCl} $ avskiljs till $ \ ce {Na +} $ och $ \ ce {Cl -} $ när den löser sig i vatten. Hydrering stabiliserar de bildade jonerna. Det finns $ \ delta + $ avgift på vattenväten och $ \ delta- $ avgift på atomerna i syre. När $ \ ce {NaCl} $ upplöses i vatten lockas väten till $ \ ce {Cl-} $ joner och syreatomer till $ \ ce {Na +} $ -joner. Således omger och separerar vattenmolekylerna jonerna.
Därför finns det i en vattenlösning av $ \ ce {NaCl} $ positiva och negativa joner tillgängliga för att röra sig fritt (naturligtvis med viss motståndskraft på grund av andra molekyler i närheten).När en potentiell skillnad tillämpas, lockas de positiva jonerna till den negativa terminalen och vice versa. Således upprättas en ström.
Kommentarer
- @Abcd Se den här videon på YouTube. länk
- Jag tror inte att faktiska $ \ ce {OH -} $ joner lockas till $ \ ce {Na +} $ eftersom dissociationskonstanten för vatten är ganska låg, $ pK_w = 14 $. Så jag tror inte ’ att gratis $ H + $ och $ OH- $ joner är tillgängliga. En vattenmolekyl som helhet orienterar sig på ett visst sätt och omger jonerna.
- Tyvärr menade jag inte ’ att $ OH- $ -joner inte är lockade till $ Na + $ men jag tror att effekten inte skulle ’ t vara lika mycket.
- Tack. Så kan vi säga att dissociation av NaCl sker på grund av vattenmolekylers orientering?
- Det enkla svaret är att vattenmolekyler har en dipol. Väteatomerna är något positivt laddade och syreatomerna något negativt laddade. Så, som du kan se i diagrammet ovan, orienterar vattenmolekyler runt positivt laddat natrium sig så att syret är närmare natrium än väten. Detta är känt som en jon-dipolinteraktion. Motsatsen gäller klor. @Abcd
Svar
$ \ ce {NaCl} $ är starkt jonförening. Det blir helt joniserat och dissocieras i $ \ ce {Na +} $ och $ \ ce {Cl -} $ . Både $ \ ce {Na +} $ och $ \ ce {Cl -} $ är omgivna av vattenmolekyler , $ \ ce {Na +} $ omges med $ \ ce {O} $ av $ \ ce {H2O} $ vänd mot $ \ ce {Na +} $ , på samma sätt $ \ ce {Cl -} $ omges av $ \ ce {H2O} $ molekyler med $ \ ce {H} $ vänd mot $ \ ce {Cl -} $ . Närvaro av positiva och negativa joner hjälper till att leda elektricitet.
När elektroder sätts in och ström förs genom dessa elektroder skapar joner i motsatt riktning ström.
under lång tid (särskilt likström) kommer koncentrationen av $ \ ce {Cl -} $ joner att minska. Koncentrationen av $ \ ce {OH -} $ kommer att öka gradvis och det kommer att bli konkurrens mellan $ \ ce {Cl- } $ och $ \ ce {OH -} $ .
Elektrolys av $ \ ce {NaCl} $
Anod: $ \ ce {2 Cl- – > Cl2 + 2 e -} \ quad E = -1.36 \ \ mathrm V $
Katod: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0.83 \ \ mathrm V $
Elektrolys av $ \ ce {NaOH} $
Anod: $ \ ce {4 OH- – > O2 + 2 H2O + 2 e -} \ quad E = -0.40 \ \ mathrm V $
Katod: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0.83 \ \ mathrm V $
Efter tillräckligt lång tid kommer vara konkurrens mellan $ \ c e {Cl -} $ och $ \ ce {OH -} $ för att bli oxiderade på anoden, medan det bara finns en möjlig reaktion på katoden. Reaktion på anod beror på koncentrationen och minskningspotentialen för $ \ ce {Cl -} $ och $ \ ce {OH- } $ . Egentligen på katoden finns det också möjlighet att minska $ \ ce {Na +} $ men minskningspotential är $ – 2.7 \ \ mathrm V $ vilket är svårt än $ \ ce {H2O} $ så att endast en reaktion sker på katoden.
Lämna ett svar