Elektrolity

Jest to substancja przewodząca prąd elektryczny za pośrednictwem swobodnych jonów; może być w stanie stałym lub stopionym (np. sole) albo w roztworze (np. ulegające dysocjacji elektrolitycznej: kwasy, zasady i sole).

Elektrolity dysocjują w różny sposób pod względem ilościowym. Są elektrolity, np. HCl czy HNOз, zdysocjowane w roztworze wodnym prawie
całkowicie:

Inne, jak CHзCOOH czy H COз, są słabo zdysocjowane:

Stopień dysocjacji elektrolitu mierzymy stosunkiem liczby cząsteczek zdysocjowanych na jony do ogólnej liczby cząsteczek tego elektrolitu
znajdujących się w roztworze. Stopień dysocjacji wyrażamy albo w postaci ułamka 0 < α< 1, albo w procentach 0% < α < 100%.

Elektrolity silnie zdysocjowane, o stopniu dysocjacji zbliżonym do 1 (100%) nazywamy elektrolitami mocnymi.
Elektrolitami słabymi nazywamy elektrolity zdysocjowane na jony tylko częściowo (stopień dysocjacji - rządu kilku procent) Mocnym elektrolitem, ulegającym w roztworze wodnym 100-procentowej dysocjacji jest, na przykład, kwas chlorowy (VII) - :

Słabym elektrolitem będzie, na przykład, kwas octowy który w roztworze o stężeniu ma stopień dysocjacji = 0,004 (0,4%):

Równania dysocjacji mocnych elektrolitów piszemy ze strzałką w jedną stronę , elektrolitów słabych - w dwie strony .
Stopień dysocjacji zależy od stężenia elektrolitu. Dysocjacja elektrolitu wzrasta, gdy maleje stężenie jego roztworu.

W roztworach bardzo rozcieńczonych stopień dysocjacji wszystkich elektrolitów osiąga wartości bliskie 100%. Z tego powodu stopień dysocjacji nie jest dokładną miarą mocy elektrolitów, zwłaszcza elektrolitów słabych. Miarą mocy elektrolitów słabych (niezależnie od stężenia) jest tzw. stała dysocjacji. Proces dysocjacji słabego elektrolitu jest procesem odwracalnym. W roztworze elektrolitu słabego, na przykład kwasu HA, istnieją obok siebie jony i niezdysocjowane cząsteczki. Jony A i H mogą łączyć się w
cząsteczki HA, które mogą ponownie dysocjować. Na początku procesu dysocjacji szybkości rozpadu cząsteczek na jony i łączenia się jonów w cząsteczki nie są jednakowe. Dopiero po pewnym czasie w roztworze ustala się stan równowagi dynamicznej, w którym liczba łączących się ze sobą jonów jest równa liczbie jonów pojawiających się wskutek dysocjacji. Do procesu dysocjacji można więc, jak do każdej reakcji odwracalnej, zastosować prawo działania mas

Stała dysocjacji jest to stosunek iloczynu stężeń molowych jonów do stężenia molowego cząsteczek niezdysocjowanych. Stała dysocjacji jest wielkością stałą w danej temperaturze i jej wartość zmienia się wyłącznie wraz ze zmianą temperatury. Wartość stałej dysocjacji zależy od mocy elektrolitu. Im elektrolit jest mocniejszy, tym wartość stałej dysocjacji jest większa. W roztworach mocnych elektrolitów nie istnieje stan równowagi pomiędzy jonami i niezdysocjowanymi cząsteczkami i dlatego stała dysocjacji nie
ma sensu liczbowego dla takich elektrolitów. Wartość stałej dysocjacji, w odróżnieniu od wartości stopnia dysocjacji, nie ulega zmianie, mimo zmian stężenia roztworu elektrolitu słabego. Stała dysocjacji jest więc lepszym wskaźnikiem mocy elektrolitu słabego zależnym jedynie od temperatury. Stężenie roztworu, stopień dysocjacji i stała dysocjacji dowolnego elektrolitu słabego powiązane są ze sobą zależnością zwaną prawem rozcieńczeń Ostwalda. Stopień dysocjacji słabego elektrolitu jest odwrotnie proporcjonalny do
pierwiastka kwadratowego ze stężenia tego elektrolitu w roztworze i wprost proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego ze stałej dysocjacji tego elektrolitu.

Prąd elektryczny jest to przepływ elektrycznych nośników ładunku. Jeżeli ładunki poruszają się w tym samym kierunku to jest to prąd stały, gdy kierunek prądu zmienia się okresowo - o prądzie zmiennym. Metale są dobrymi przewodnikami prądu. Przewodzenie prądu przez metale jest związane z ruchem elektronów. Elektrony poruszają się od bieguna ujemnego źródła prądu poprzez przewodnik metalowy do bieguna dodatniego, który odbiera elektrony od przewodnika. Przewodniki metaliczne nazywa się przewodnikami I rodzaju. Inne niż metale substancje chemiczne w stanie bezwodnym oraz woda destylowana są złymi przewodnikami prądu elektrycznego, natomiast roztwory substancji zachowują się różnie: jedne przewodzą prąd elektryczny, inne - nie. Jeśli w obwód prądu elektrycznego włączymy roztwór wodny NaCl, to okaże się, że w obwodzie płynie prąd. Roztwór wodny NaCl przewodzi więc prąd elektryczny. Jeżeli zamiast chlorku sodu użyjemy do przygotowania roztworu, np. cukru, to roztwór taki nie będzie
przewodził prądu elektrycznego. Substancje, których wodne roztwory przewodzą prąd elektryczny nazywamy elektrolitami. Inne substancje, których wodne roztwory nie przewodzą prądu, to nieelektrolity. Pomiędzy przewodzeniem prądu przez przewodniki I rodzaju (metaliczne) a przewodzeniem prądu przez roztwory są bardzo istotne różnice. W czasie przepływu prądu przez roztwór elektrolitu na kawałkach metalu, połączonych z biegunami źródła prądu, obserwuje się wydzielanie się substancji, często gazowych. Te dwa kawałki metalu (lub pałeczki grafitowe) zanurzone w roztworze elektrolitu i połączone z biegunami źródła prądu to elektrody - katoda (ujemna) i anoda (dodatnia). Na tych
właśnie elektrodach obserwuje się, w czasie przepływu prądu przez roztwór, procesy chemiczne prowadzące bardzo często do wydzielania się różnych substancji.
Układy, które przewodząc prąd elektryczny ulegają zmianom chemicznym są przewodnikami II rodzaju. Przewodnikami II rodzaju, przewodnikami elektrolitycznymi, są też (oprócz roztworów) niektóre stopione elektrolity, na przykład stopione sole. Elektrolitami są głównie wodorotlenki, kwasy i sole. Nośnikami prądu elektrycznego w przypadku przewodników elektrolitycznych są jony.

Kwasy to związki chemiczne ulegające w wodnych roztworach dysocjacji elektrolitycznej z odszczepieniem w postaci kationów jedynie jonów wodorowych H+; jony te powodują kwaśny smak roztworu oraz charakterystyczne zabarwienie wskaźników, a ich stężenie, wyrażane wartością pH ( wykładnikiem jonów wodorowych, wielkością określającą odczyn roztworu. Jest miarą aktywności (stężenia) jonów wodorowych w roztworze; wartość pH to ujemny logarytm dziesiętny stężenia jonów wodorowych (cH+ w molach/l); dla roztworów wodnych może przybierać wartości od 0 do 14, np. roztwór kwasu o stężeniu jonów H+ równym 1 mol/l ma pH = 0 .Woda ma odczyn obojętny i pH = 7; pH mierzy się pehametrem lub za pomocą wskaźników) mniejszą niż 7, decyduje o mocy kwasu; rozróżnia się kwasy organiczne (kwasy karboksylowe, sulfonowe) i kwasy nieorganiczne (zw. mineralnymi) beztlenowe, np. kwas solny, oraz tlenowe; gdy dany pierwiastek tworzy kilka kwasów tlenowych w ich nazwach systematycznych umieszcza się cyfrę rzymską informującą o stopniu utlenienia pierwiastka kwasotwórczego lub, tradycyjnie, końcówkę -awy (dla niższego) albo -owy (dla wyższego stopnia utlenienia), np. HNO2 — kwas azotowy(III), kwas azotawy; HNO3 — kwas azotowy(V), kwas azotowy.