Elektrolitų tirpalai yra specialūs skysčiai, kurie iš dalies arba visiškai yra įkrautų dalelių (jonų) pavidalu. Pats molekulių skaidymo į neigiamo (anijonų) ir teigiamo krūvio (katijonų) daleles procesas vadinamas elektrolitine disociacija. Disociacija tirpaluose įmanoma tik dėl jonų gebėjimo sąveikauti su polinio skysčio, kuris veikia kaip tirpiklis, molekulėmis.
Kas yra elektrolitai
Elektrolitų tirpalai skirstomi į vandeninius ir nevandeninius. Vandeniniai buvo gana gerai ištirti ir yra labai plačiai paplitę. Jie randami beveik kiekviename gyvame organizme ir aktyviai dalyvauja daugelyje svarbių biologinių procesų. Nevandeniniai elektrolitai naudojami elektrocheminiams procesams ir įvairioms cheminėms reakcijoms vykdyti. Jų naudojimas paskatino naujų cheminių energijos š altinių išradimą. Jie atlieka svarbų vaidmenį fotoelektrocheminiuose elementuose, organinėje sintezėje, elektrolitiniuose kondensatoriuose.
Elektrolitų tirpalus, priklausomai nuo disociacijos laipsnio, galima suskirstyti įstiprus, vidutinis ir silpnas. Disociacijos laipsnis (α) – tai molekulių, suskaidytų į įkrautas daleles, skaičiaus ir bendro molekulių skaičiaus santykis. Stipriems elektrolitams α vertė artėja prie 1, vidutinių elektrolitų – α≈0,3, o silpnų elektrolitų – α<0, 1.
Stipriuose elektrolituose dažniausiai yra druskos, kai kurios rūgštys – HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4, bario, stroncio, kalcio ir šarminių metalų hidroksidai. Kitos bazės ir rūgštys yra vidutiniai arba silpni elektrolitai.
Elektrolitų tirpalų savybės
Tirpalų susidarymą dažnai lydi šiluminiai efektai ir tūrio pokyčiai. Elektrolito tirpimo skystyje procesas vyksta trimis etapais:
- Ištirpusio elektrolito tarpmolekuliniams ir cheminiams ryšiams naikinti reikia išleisti tam tikrą energijos kiekį, todėl šiluma sugeriama (∆Нišspręsta > 0).
- Šioje stadijoje tirpiklis pradeda sąveikauti su elektrolitų jonais, todėl susidaro solvatai (vandeniniuose tirpaluose – hidratai). Šis procesas vadinamas solvatacija ir yra egzoterminis, t.y. išsiskiria šiluma (∆ Нhydr < 0).
- Paskutinis žingsnis yra difuzija. Tai tolygus hidratų (solvatų) pasiskirstymas tirpalo tūryje. Šiam procesui reikia energijos sąnaudų, todėl tirpalas aušinamas (∆Нdif > 0).
Taigi, bendras šiluminis elektrolito tirpimo efektas gali būti parašytas taip:
∆Нsolv=∆Нišleisk + ∆Нhydr + ∆Н diff
Galutinis viso elektrolitų tirpimo šiluminio efekto požymis priklauso nuo to, koks yra sudedamųjų dalių energijos poveikis. Šis procesas paprastai yra endoterminis.
Tirpalo savybės pirmiausia priklauso nuo jį sudarančių komponentų pobūdžio. Be to, elektrolito savybėms įtakos turi tirpalo sudėtis, slėgis ir temperatūra.
Priklausomai nuo ištirpusios medžiagos kiekio, visus elektrolitų tirpalus galima skirstyti į itin atskiesti (kuriuose yra tik elektrolito „pėdsakai“), skiesti (su nedideliu ištirpusios medžiagos kiekiu) ir koncentruotus (su didelis elektrolito kiekis).
Dėl cheminių reakcijų elektrolitų tirpaluose, kurias sukelia praeinant elektros srovei, ant elektrodų išsiskiria tam tikros medžiagos. Šis reiškinys vadinamas elektrolize ir dažnai naudojamas šiuolaikinėje pramonėje. Visų pirma, elektrolizės metu susidaro aliuminis, vandenilis, chloras, natrio hidroksidas, vandenilio peroksidas ir daug kitų svarbių medžiagų.
