Električna disocijacija: teorijske osnove elektrohemije

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Električna disocijacija igra veliku ulogu u našim životima, iako o tome obično ne razmišljamo. Upravo je s ovim fenomenom povezana električna provodljivost soli, kiselina i baza u tečnom mediju. Od prvih otkucaja srca uzrokovanih "živim" elektricitetom u ljudskom tijelu, koje je osamdeset posto tečno, do automobila, mobilnih telefona i plejera, čije su baterije u suštini elektrohemijske baterije, električna disocijacija je nevidljivo prisutna svuda u našoj blizini.

U gigantskim bačvama koje emituju otrovne pare iz boksita otopljenog na visokim temperaturama, "krilati" metal - aluminijum se dobija elektrolizom. Sve oko nas, od hromiranih rešetki hladnjaka do posrebrenih minđuša u našim ušima, jednomili suočeni sa rastvorima ili rastopljenim solima, a samim tim i sa ovom pojavom. Nije uzalud da električnu disocijaciju proučava čitava grana nauke - elektrohemija.

Kada se rastvore, molekuli tečnosti rastvarača ulaze u hemijsku vezu sa molekulima rastvorene supstance, formirajući solvate. U vodenoj otopini, soli, kiseline i baze su najosjetljivije na disocijaciju. Kao rezultat ovog procesa, molekuli otopljene tvari mogu se razgraditi na ione. Na primjer, pod utjecajem vodenog rastvarača, joni Na⁺ i CI^{- u ionskom kristalu NaCl prelaze u medij rastvarača u novi kvalitet solvatiranih (hidratiziranih) čestica.}

Ova pojava, koja je u suštini proces potpune ili djelomične razgradnje otopljene supstance na jone kao rezultat djelovanja rastvarača, naziva se "električna disocijacija". Ovaj proces je izuzetno važan za elektrohemiju. Od velike važnosti je činjenica da se disocijacija složenih višekomponentnih sistema karakteriše stepenastim tokom. Uz ovu pojavu dolazi i do naglog povećanja broja jona u otopini, što razlikuje elektrolitičke tvari od neelektrolitskih.

U procesu elektrolize, joni imaju jasan smjer kretanja: čestice s pozitivnim nabojem (katjoni) - do negativno nabijene elektrode, zvane katoda, a pozitivni joni (anjoni) - do anode, elektrode sa suprotnim nabojem, gdje se isprazne. Kationi se redukuju, a anjoni oksidiraju. Stoga je disocijacija reverzibilan proces.

Jedna od osnovnih karakteristika ovog elektrohemijskog procesa je stepen elektrolitičke disocijacije, koji se izražava kao omjer broja hidratiziranih čestica i ukupnog broja molekula otopljene supstance. Što je ovaj pokazatelj veći, to je tvar jači elektrolit. Po ovom osnovu sve supstance se dele na slabe, srednje jake i jake elektrolite.

Stepen disocijacije zavisi od sledećih faktora: a) prirode rastvorene supstance; b) prirodu rastvarača, njegovu dielektričnu konstantu i polaritet; c) koncentracija rastvora (što je ovaj indikator niži, to je veći stepen disocijacije); d) temperatura medijuma za otapanje. Na primjer, disocijacija octene kiseline može se izraziti sljedećom formulom:

CH₃COOH H⁺ + CH₃COO^-

Jaki elektroliti se gotovo nepovratno disociraju, budući da njihova vodena otopina ne sadrži originalne molekule i nehidratizirane ione. Također treba dodati da su sve tvari koje imaju ionsku i kovalentnu polarnu vrstu kemijske veze podložne procesu disocijacije. Teoriju elektrolitičke disocijacije formulisao je istaknuti švedski fizičar i hemičar Svante Arrhenius 1887.