Τα διαλύματα ηλεκτρολυτών είναι ειδικά υγρά που έχουν εν μέρει ή πλήρως τη μορφή φορτισμένων σωματιδίων (ιόντων). Η ίδια η διαδικασία διάσπασης των μορίων σε αρνητικά (ανιόντα) και θετικά φορτισμένα (κατιόντα) σωματίδια ονομάζεται ηλεκτρολυτική διάσταση. Η διάσταση στα διαλύματα είναι δυνατή μόνο λόγω της ικανότητας των ιόντων να αλληλεπιδρούν με τα μόρια του πολικού υγρού, το οποίο δρα ως διαλύτης.
Τι είναι οι ηλεκτρολύτες
Τα διαλύματα ηλεκτρολυτών χωρίζονται σε υδατικά και μη υδατικά. Τα υδάτινα έχουν μελετηθεί αρκετά καλά και είναι πολύ διαδεδομένα. Βρίσκονται σχεδόν σε κάθε ζωντανό οργανισμό και συμμετέχουν ενεργά σε πολλές σημαντικές βιολογικές διεργασίες. Οι μη υδατικοί ηλεκτρολύτες χρησιμοποιούνται για τη διεξαγωγή ηλεκτροχημικών διεργασιών και διαφόρων χημικών αντιδράσεων. Η χρήση τους οδήγησε στην εφεύρεση νέων πηγών χημικής ενέργειας. Παίζουν σημαντικό ρόλο στα φωτοηλεκτροχημικά κύτταρα, την οργανική σύνθεση, τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές.
Τα διαλύματα ηλεκτρολυτών ανάλογα με το βαθμό διάστασης μπορούν να χωριστούν σεισχυρή, μεσαία και αδύναμη. Ο βαθμός διάστασης (α) είναι ο λόγος του αριθμού των μορίων που διασπώνται σε φορτισμένα σωματίδια προς τον συνολικό αριθμό των μορίων. Για ισχυρούς ηλεκτρολύτες, η τιμή του α πλησιάζει το 1, για τους μεσαίους ηλεκτρολύτες α≈0,3 και για τους ασθενείς ηλεκτρολύτες α<0, 1.
Οι ισχυροί ηλεκτρολύτες περιλαμβάνουν συνήθως άλατα, ορισμένα οξέα - HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4, υδροξείδια βαρίου, στροντίου, ασβεστίου και μετάλλων αλκαλίων. Άλλες βάσεις και οξέα είναι μέτριοι ή ασθενείς ηλεκτρολύτες.
Ιδιότητες διαλυμάτων ηλεκτρολυτών
Ο σχηματισμός διαλυμάτων συχνά συνοδεύεται από θερμικές επιδράσεις και αλλαγές όγκου. Η διαδικασία διάλυσης του ηλεκτρολύτη στο υγρό λαμβάνει χώρα σε τρία στάδια:
- Η καταστροφή των διαμοριακών και χημικών δεσμών του διαλυμένου ηλεκτρολύτη απαιτεί τη δαπάνη ορισμένης ποσότητας ενέργειας και επομένως απορροφάται θερμότητα (∆Νresolved > 0).
- Σε αυτό το στάδιο, ο διαλύτης αρχίζει να αλληλεπιδρά με ιόντα ηλεκτρολυτών, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό επιδιαλυτωμάτων (σε υδατικά διαλύματα - ένυδρα). Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διαλυτοποίηση και είναι εξώθερμη, δηλ. απελευθερώνεται θερμότητα (∆ Нhydr < 0).
- Το τελευταίο βήμα είναι η διάχυση. Αυτή είναι μια ομοιόμορφη κατανομή των ένυδρων ενώσεων (διαλυτώματα) στον όγκο του διαλύματος. Αυτή η διαδικασία απαιτεί ενεργειακό κόστος και επομένως το διάλυμα ψύχεται (∆Нdif > 0).
Έτσι, η συνολική θερμική επίδραση της διάλυσης του ηλεκτρολύτη μπορεί να γραφτεί ως εξής:
∆Нsolv=∆Νrelease + ∆Нhydr + ∆Ν διαφορά
Το τελικό σημάδι της συνολικής θερμικής επίδρασης της διάλυσης του ηλεκτρολύτη εξαρτάται από το τι αποδεικνύεται ότι είναι τα συστατικά ενεργειακά φαινόμενα. Αυτή η διαδικασία είναι συνήθως ενδόθερμη.
Οι ιδιότητες ενός διαλύματος εξαρτώνται κυρίως από τη φύση των συστατικών του. Επιπλέον, οι ιδιότητες του ηλεκτρολύτη επηρεάζονται από τη σύνθεση του διαλύματος, την πίεση και τη θερμοκρασία.
Ανάλογα με την περιεκτικότητα της διαλυμένης ουσίας, όλα τα διαλύματα ηλεκτρολυτών μπορούν να χωριστούν σε εξαιρετικά αραιά (που περιέχουν μόνο «ίχνη» του ηλεκτρολύτη), αραιά (με μικρή περιεκτικότητα της διαλυμένης ουσίας) και συμπυκνωμένα (με σημαντική περιεκτικότητα του ηλεκτρολύτη).
Χημικές αντιδράσεις σε διαλύματα ηλεκτρολυτών, που προκαλούνται από τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος, οδηγούν στην απελευθέρωση ορισμένων ουσιών στα ηλεκτρόδια. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτρόλυση και χρησιμοποιείται συχνά στη σύγχρονη βιομηχανία. Συγκεκριμένα, η ηλεκτρόλυση παράγει αλουμίνιο, υδρογόνο, χλώριο, υδροξείδιο του νατρίου, υπεροξείδιο του υδρογόνου και πολλές άλλες σημαντικές ουσίες.
