Električna disocijacija: teoretski temelji elektrokemije

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Električna disocijacija igra veliku ulogu u našim životima, iako o tome obično ne razmišljamo. S tim je fenomenom povezana električna vodljivost soli, kiselina i baza u tekućem mediju. Od prvih otkucaja srca uzrokovanih "živim" elektricitetom u ljudskom tijelu, koje je osamdeset posto tekuće, do automobila, mobitela i igrača, čije su baterije u suštini elektrokemijske baterije, električna disocijacija nevidljivo je prisutna svuda u našoj blizini.

U gigantskim kacama koje ispuštaju otrovne pare iz boksita otopljenog na visokim temperaturama, "krilati" metal - aluminij dobiva se elektrolizom. Sve oko nas, od kromiranih rešetki hladnjaka do posrebrenih naušnica u našim ušima, jednomili suočeni s otopinama ili rastaljenim solima, a time i s ovom pojavom. Nije uzalud da električnu disocijaciju proučava cijela grana znanosti - elektrokemija.

Kada su otopljene, molekule tekućine otapala ulaze u kemijsku vezu s molekulama otopljene tvari, tvoreći solvate. U vodenoj otopini, soli, kiseline i baze su najosjetljivije na disocijaciju. Kao rezultat ovog procesa, molekule otopljene tvari mogu se razgraditi na ione. Na primjer, pod utjecajem vodenog otapala, ioni Na⁺ i CI^{- u ionskom kristalu NaCl prelaze u medij otapala u nova kvaliteta solvatiranih (hidratiziranih) čestica.}

Ovaj fenomen, koji je u biti proces potpune ili djelomične razgradnje otopljene tvari na ione kao rezultat djelovanja otapala, naziva se "električna disocijacija". Ovaj je proces iznimno važan za elektrokemiju. Od velike je važnosti činjenica da je disocijacija složenih višekomponentnih sustava karakterizirana postupnim protokom. Uz ovu pojavu dolazi i do naglog povećanja broja iona u otopini, što razlikuje elektrolitičke tvari od neelektrolitskih.

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

Jedna od temeljnih karakteristika ovog elektrokemijskog procesa je stupanj elektrolitičke disocijacije, koji se izražava kao omjer broja hidratiziranih čestica i ukupnog broja molekula otopljene tvari. Što je ovaj pokazatelj veći, to je tvar jači elektrolit. Na temelju toga, sve tvari se dijele na slabe, srednje jake i jake elektrolite.

Stupanj disocijacije ovisi o sljedećim čimbenicima: a) prirodi otopljene tvari; b) prirodu otapala, njegovu dielektričnu konstantu i polaritet; c) koncentracija otopine (što je ovaj pokazatelj niži, to je veći stupanj disocijacije); d) temperatura medija 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 izvorne molekule i nehidratizirane ione. Također treba dodati da su sve tvari koje imaju ionsku i kovalentnu polarnu vrstu kemijskih veza podvrgnute procesu disocijacije. Teoriju elektrolitičke disocijacije formulirao je istaknuti švedski fizičar i kemičar Svante Arrhenius 1887.