Warum leitet wässriges NaCl Strom?
On Dezember 24, 2020 by adminKönnte jemand bitte erklären, warum eine wässrige Lösung von NaCl Elektrizität leitet? Ich habe das gegoogelt, konnte aber keine zufriedenstellende Antwort bekommen. Dies hat eine Antwort auf Physics.SE, aber das ist zu kompliziert. Mein Lehrbuch beantwortet meine Frage nicht.
Kommentare
- Im Wesentlichen verstehen Sie Das liegt daran, dass es dissoziiert, und Ihre Folgefrage ist, warum es dissoziiert, was, wie jemand anderes betont hat, eine andere Frage ist.
- Siehe die Antwort und den darin enthaltenen Verweis von @M. Farooq: chemie.stackexchange.com/a/118441/79678 .
Antwort
Originalfrage:
Warum eine wässrige Lösung von $ \ ce {NaCl} $ leitet Strom
Weil $ \ ce {NaCl} $ ein Elektrolyt ist. Dies bedeutet, dass Ionen in Lösung erhalten werden.
Einfach ausgedrückt besteht der feste $ \ ce {NaCl} $ aus $ \ ce {Na +} $ -Kationen und $ \ ce {Cl -} $ -Anionen, die in einem starren Kristallgitter miteinander verbunden sind. Wenn es schmilzt oder sich in Wasser löst, bricht das Kristallgitter. Die Ionen können sich jetzt bewegen. Ähnlich wie bei geladenen Teilchen in einem Metallleiter (in diesem Fall Elektronen) sind die Ionen in flüssiger Form oder wässriger Lösung die geladenen Teilchen, die sich bewegen können, wodurch die Lösung Elektrizität leiten kann.
Follow- up Frage:
Warum $ \ ce {NaCl} $ in Wasser dissoziiert
Die (eher vereinfachte) Antwort lautet Diese Dissoziation einer ionischen Verbindung wird durch Ionen-Dipol-Anziehungskräfte zwischen den Ionen der Verbindung und den polaren Wassermolekülen erleichtert.
Die Wassermoleküle (Dipole) werden von den Ionen angezogen und bewirken, dass sich das Kristallgitter destabilisiert und zu dissoziierende Ionen. Die geladenen Ionen in Lösung sind von den Wassermolekülen (Dipolen) umgeben und stabilisiert.
Hinweis: Einige Ionen wandern als Ionenpaare, aber bei einem starken Elektrolyten werden die meisten oder alle Ionen dissoziiert und von Wasser umgeben Moleküle.
Da Sie mit den bisher erhaltenen Antworten unzufrieden zu sein scheinen, gehe ich davon aus, dass Sie dies vollständig möchten den Mechanismus der Dissoziation verstehen. Leider ist dies ziemlich komplex.
Es gibt ein ausgezeichnetes Papier von Ballard & Dellago [1], das ihre Arbeit zu diesem Thema erklärt, aber Sie werden es wahrscheinlich brauchen ein bisschen mehr Kenntnisse in physikalischer Chemie / Thermodynamik, um es vollständig zu verstehen.
eferenz
- Ballard, AJ & Dellago, C “ Auf dem Weg zum Mechanismus der ionischen Dissoziation in Wasser, “ * J. Phys. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 Erscheinungsdatum: 19. Oktober 2012 https://doi.org/10.1021/jp309300b
Antwort
NaCl ist ein Elektrolyt. In Lösung dissoziiert es in Na + und Cl-. Wenn Sie Elektroden in die Lösung geben, werden die Kationen zur Kathode und die Anionen zur Anode gezogen. Diese Bewegung erzeugt einen Strom und deshalb können NaCl-Lösungen Elektrizität leiten.
Kommentare
- Warum dissoziiert sie?
- Ich denke, diese Antwort bedarf einiger Ausarbeitung. Funktioniert das nur mit AC? Wenn nicht, was passiert mit Gleichstrom, wenn der Großteil der Ionen bereits gewandert ist?
- Mit einem Gleichstrom erhalten Sie ‚ wahrscheinlich eine Elektrolyse von Wasser und Wasser mögliche Oxidation des Chlorids (was durch Entfernen der negativen Ladung von der positiven Elektrode hilft).
- @Zhe Einverstanden. Ich habe nur versucht, den Psoter dazu zu bewegen, seine Antwort für das OP zu konkretisieren.
Antwort
$ \ ce {NaCl} $ dissoziiert in $ \ ce {Na +} $ und $ \ ce {Cl -} $ , wenn er sich in Wasser auflöst. Die Hydratation stabilisiert die gebildeten Ionen. Es gibt eine $ \ delta + $ -Ladung für Wasserwasserstoffe und eine $ \ delta- $ -Ladung für die Atome von Sauerstoff. Wenn $ \ ce {NaCl} $ in Wasser gelöst wird, werden die Wasserstoffatome vom $ \ ce {Cl-} angezogen $ -Ionen und Sauerstoffatome zu den $ \ ce {Na +} $ -Ionen. Somit umgeben und trennen Wassermoleküle die Ionen.
Daher stehen in einer wässrigen Lösung von $ \ ce {NaCl} $ positive und negative Ionen zur Verfügung, um sich frei zu bewegen (natürlich mit etwas Widerstand aufgrund anderer Moleküle in der Nähe).Wenn eine Potentialdifferenz angelegt wird, werden die positiven Ionen vom negativen Anschluss angezogen und umgekehrt. Somit wird ein Strom hergestellt.
Kommentare
- @Abcd Sehen Sie dieses Video auf YouTube. link
- Ich glaube nicht, dass tatsächliche $ \ ce {OH -} $ -Ionen von $ \ ce {Na +} $ angezogen werden, weil Die Dissoziationskonstante von Wasser ist ziemlich niedrig, $ pK_w = 14 $. Ich glaube also nicht, dass freie $ H + $ – und $ OH- $ -Ionen verfügbar sind, ‚. Ein Wassermolekül als Ganzes orientiert sich auf eine bestimmte Weise und umgibt die Ionen.
- Entschuldigung, ich habe nicht ‚ gemeint, dass $ OH- $ -Ionen dies nicht sind von $ Na + $ angezogen, aber ich denke, dass der Effekt ‚ nicht so groß sein würde.
- Danke. Können wir also sagen, dass die Dissoziation von NaCl aufgrund der Orientierung von Wassermolekülen stattfindet?
- Die einfache Antwort lautet, dass Wassermoleküle einen Dipol haben. Die Wasserstoffatome sind leicht positiv geladen und die Sauerstoffatome leicht negativ geladen. Wie Sie im obigen Diagramm sehen können, orientieren sich Wassermoleküle um positiv geladenes Natrium so, dass der Sauerstoff näher an Natrium liegt als die Wasserstoffatome. Dies ist als Ionen-Dipol-Wechselwirkung bekannt. Das Gegenteil gilt für Chlor. @Abcd
Antwort
$ \ ce {NaCl} $ ist eine stark ionische Verbindung. Es wird vollständig ionisiert und dissoziiert in $ \ ce {Na +} $ und $ \ ce {Cl -} $ . Sowohl $ \ ce {Na +} $ als auch $ \ ce {Cl -} $ sind von Wassermolekülen umgeben , $ \ ce {Na +} $ ist von $ \ ce {O} $ der $ \ ce {H2O} $ mit Blick auf $ \ ce {Na +} $ , ähnlich $ \ ce {Cl -} $ ist von $ \ ce {H2O} $ -Molekülen mit $ \ ce {H} $ in Richtung $ \ ce {Cl -} $ . Das Vorhandensein positiver und negativer Ionen hilft bei der Leitung von Elektrizität.
Wenn Elektroden eingeführt werden und Strom durch diese Elektroden geleitet wird, erzeugt die Bewegung von Ionen in die entgegengesetzte Richtung Strom.
Nach dem Durchleiten von Strom Für eine lange Zeit (insbesondere Gleichstrom) nimmt die Konzentration von $ \ ce {Cl -} $ -Ionen ab. Die Konzentration von $ \ ce {OH -} $ wird allmählich zunehmen und es wird Konkurrenz zwischen $ \ ce {Cl- } $ und $ \ ce {OH -} $ .
Elektrolyse von $ \ 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 von $ \ 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 $
Nach ausreichend langer Zeit wird es Konkurrenz zwischen $ \ c sein e {Cl -} $ und $ \ ce {OH -} $ , um an der Anode oxidiert zu werden, während an der Kathode nur eine Reaktion möglich ist. Die Reaktion auf die Anode hängt von der Konzentration und dem Reduktionspotential von $ \ ce {Cl -} $ und $ \ ce {OH- ab } $ . Tatsächlich besteht an der Kathode auch die Möglichkeit der Reduzierung von $ \ ce {Na +} $ , aber das Reduktionspotential beträgt $ – 2,7 \ \ mathrm V $ , das schwieriger ist als $ \ ce {H2O} $ , so dass nur eine Reaktion auf der Kathode stattfindet.
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