Sự phân ly điện: cơ sở lý thuyết của điện hóa học

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Sự phân ly điện đóng một vai trò rất lớn trong cuộc sống của chúng ta, mặc dù chúng ta thường không nghĩ về nó. Đó là hiện tượng liên quan đến tính dẫn điện của muối, axit và bazơ trong môi trường lỏng. Từ nhịp tim đầu tiên gây ra bởi điện “sống” trong cơ thể con người, tám mươi phần trăm chất lỏng, cho đến ô tô, điện thoại di động và máy nghe nhạc, pin về cơ bản là pin điện hóa, hiện tượng phân ly điện vô hình hiện diện ở mọi nơi gần chúng ta.

Trong những chiếc thùng khổng lồ tỏa ra khói độc từ bô-xít nóng chảy ở nhiệt độ cao, kim loại "có cánh" - nhôm thu được bằng cách điện phân. Mọi thứ xung quanh chúng ta, từ lưới tản nhiệt crom đến bông tai mạ bạc trên tai, đều từnghoặc đối mặt với các dung dịch hoặc muối nóng chảy, và do đó có hiện tượng này. Không phải vô cớ mà sự phân ly điện được nghiên cứu bởi toàn bộ ngành khoa học - điện hóa học.

Khi hòa tan, các phân tử của chất lỏng dung môi liên kết hóa học với các phân tử của chất hòa tan, tạo thành solvat. Trong dung dịch nước, muối, axit và bazơ dễ bị phân ly nhất. Kết quả của quá trình này, các phân tử chất tan có thể bị phân hủy thành các ion. Ví dụ, dưới ảnh hưởng của dung môi nước, các ion Na⁺và CI^{-trong tinh thể ion NaCl đi vào môi trường dung môi trong một chất lượng mới của các hạt solvat hóa (ngậm nước).}

Hiện tượng này, về cơ bản là quá trình phân hủy hoàn toàn hoặc một phần một chất hòa tan thành ion do tác dụng của dung môi, được gọi là "phân ly điện". Quá trình này cực kỳ quan trọng đối với điện hóa học. Một thực tế rất quan trọng là sự phân ly của các hệ thống đa thành phần phức tạp được đặc trưng bởi một dòng chảy từng bước. Với hiện tượng này, số lượng các ion trong dung dịch cũng tăng mạnh, giúp phân biệt chất điện phân với chất không điện phân.

Trong quá trình điện phân, các ion có hướng chuyển động rõ ràng: các hạt mang điện tích dương (cation) - đến điện cực mang điện tích âm, gọi là cực âm, và các ion dương (anion) - đến cực dương, an điện cực với điện tích ngược lại, nơi chúng được phóng điện. Cation bị khử và anion bị oxi hóa. Do đó, phân ly là một quá trình thuận nghịch.

Một trong những đặc điểm cơ bản của quá trình điện hóa này là mức độ phân ly chất điện ly, được biểu thị bằng tỷ số giữa số hạt ngậm nước trên tổng số phân tử của chất bị hòa tan. Chỉ số này càng cao chứng tỏ chất này có độ điện li càng mạnh. Trên cơ sở này, tất cả các chất được chia thành chất điện ly yếu, trung bình và mạnh.

Mức độ phân ly phụ thuộc vào các yếu tố sau: a) bản chất của chất tan; b) bản chất của dung môi, hằng số điện môi và độ phân cực của nó; c) nồng độ của dung dịch (chỉ số này càng thấp thì mức độ phân ly càng lớn); d) nhiệt độ của môi trường hòa tan. Ví dụ, sự phân ly của axit axetic có thể được biểu thị bằng công thức sau:

CH₃COOH H⁺+ CH₃COO^-

Chất điện ly mạnh phân ly gần như không thể đảo ngược, vì dung dịch nước của chúng không chứa các phân tử ban đầu và các ion không ngậm nước. Cũng cần phải nói thêm rằng tất cả các chất có kiểu liên kết hóa học có cực ion và cộng hóa trị đều là đối tượng của quá trình phân ly. Lý thuyết về sự phân ly điện ly do nhà vật lý và hóa học xuất sắc người Thụy Điển Svante Arrhenius đưa ra vào năm 1887.