Cwestiynau enghreifftiol yn trafod Electrolytau Cryf, Electrolytau Gwan, ac Electrolytau Di-electrolytau
Mae electrolytau yn gysyniad sylfaenol mewn cemeg sy'n hanfodol, yn enwedig wrth astudio adweithiau sy'n cynnwys toddiannau. Mae electrolytau yn gyfansoddion sydd, pan gânt eu hydoddi mewn dŵr, yn cynhyrchu ïonau sy'n galluogi'r toddiant i ddargludo trydan. Yn seiliedig ar eu gallu i ddatgysylltu'n ïonau, mae electrolytau wedi'u rhannu'n dair categori: electrolytau cryf, electrolytau gwan, ac electrolytau nad ydynt yn electrolytau. Bydd yr erthygl hon yn trafod amrywiol broblemau enghreifftiol sy'n gysylltiedig â'r tri math hyn o electrolytau, ynghyd ag esboniadau hawdd eu deall.
Electrolyt Cryf
Mae electrolytau cryf yn gyfansoddion sy'n ïoneiddio'n llwyr mewn dŵr. Mae hyn yn golygu pan fydd electrolyt cryf yn cael ei doddi mewn dŵr, mae bron pob un o'i foleciwlau'n daduno'n ïonau. Mae enghreifftiau cyffredin o electrolytau cryf yn cynnwys halwynau fel sodiwm clorid (NaCl), asidau cryf fel asid hydroclorig (HCl), a basau cryf fel sodiwm hydrocsid (NaOH).
Cwestiwn 1:
Sut i gyfrifo molaredd ïonau mewn toddiant HCl 0,1 M?
Trafodaeth:
Mae HCl yn asid cryf sy'n daduno'n llwyr mewn dŵr yn ôl yr hafaliad:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Gan fod HCl yn electrolyt cryf, gallwn gymryd crynodiad cychwynnol HCl (0,1 M) fel crynodiad yr ïonau H+ a Cl- a ffurfiwyd. Felly, mewn hydoddiant HCl 0,1 M:
[\(\text{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 M
Electrolyt Gwan
Dim ond yn rhannol y mae electrolytau gwan yn ïoneiddio mewn hydoddiant. Mae hyn yn golygu mai dim ond cyfran fach o foleciwlau electrolyt gwan sy'n ffurfio ïonau pan gânt eu hydoddi mewn dŵr. Mae enghreifftiau o electrolytau gwan yn cynnwys asidau gwan fel asid asetig (CH3COOH) a basau gwan fel amonia (NH3).
Cwestiwn 2:
Pennwch radd yr ïoneiddio a chrynodiad yr ïonau mewn 0,1 M CH3COOH. Y cysonyn daduniad asid (\(K_a\)) ar gyfer CH3COOH yw 1,8 × 10^-5.
Trafodaeth:
Gellir ysgrifennu adwaith daduniad CH3COOH mewn dŵr fel:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]
Diffinnir gradd y daduniad (\(\alpha\)) fel y gyfran o'r asid sy'n daduno'n ïonau. Gan ddefnyddio gwerth \(K_a\), gallwn ysgrifennu'r berthynas ganlynol ar gyfer hydoddiant CH3COOH 0,1 M:
\[ K_a = [\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+] / [\text{CH}_3\text{COOH}] \]
Gan fod ïoneiddio CH3COOH yn rhannol, crynodiad yr ïonau a ffurfir yw cα, lle mae c yn cynrychioli crynodiad cychwynnol CH3COOH (0,1 M). Yna mae'r hafaliad yn dod yn:
[1,8 × 10⁻⁴ = (0,1⁻¹)(0,1⁻¹)/0,1(1-⁻¹)]
Symleiddio i:
[1,8 × 10⁻⁴ = 0,01⁻²/0,1 – 0,1⁻⁴]
Tybiwch fod α yn ddigon bach fel y gallwn anwybyddu α yn yr enwadur:
\[ 1,8 \times 10^{-5} \approx 0,01\alpha^2 / 0,1 \]
\[ 1,8 \times 10^{-5} \approx \alpha^2 \]
\[ \alpha \approx \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]
\[ \alpha \tua 4,24 \times 10^{-3} \]
Felly, mae gradd yr ïoneiddio yn 4,24 × 10^-3 neu 0,424%.
Crynodiad yr ïonau H+ a CH3COO- yn yr hydoddiant yw:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \tua 4,24 \times 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \tua 4,24 \times 10^{-4} \]
Di-electrolytau
Cyfansoddion nad ydynt yn ïoneiddio mewn hydoddiant dyfrllyd yw cyfansoddion nad ydynt yn electrolytau. Mae hyn yn golygu nad yw hydoddiannau nad ydynt yn electrolytau yn cynhyrchu ïonau, ac felly ni allant ddargludo trydan. Mae enghreifftiau o bethau nad ydynt yn electrolytau yn cynnwys siwgr (swcros), wrea, ac alcohol.
Cwestiwn 3:
Pam nad yw toddiant ethanol 0,1 M (C2H5OH) yn dargludo trydan?
Trafodaeth:
Nid electrolyt yw hydoddiant ethanol. Pan gaiff ei doddi mewn dŵr, nid yw'n daduno'n ïonau. Mae strwythur moleciwlaidd ethanol yn aros yn gyfan mewn hydoddiant dyfrllyd. Oherwydd absenoldeb ïonau mewn hydoddiant, ni all ethanol ddargludo trydan. Felly, er bod ethanol yn hydawdd yn hawdd mewn dŵr, gan nad oes ïonau'n cael eu ffurfio, ni all hydoddiannau ethanol ddargludo trydan hyd yn oed ar unrhyw grynodiad, gan gynnwys 0,1 M.
Casgliad
Mae deall priodweddau electrolytau cryf, electrolytau gwan, ac electrolytau nad ydynt yn electrolytau yn sylfaen hanfodol mewn cemeg toddiannau. Mae electrolytau cryf yn ïoneiddio'n llawn mewn dŵr ac felly'n dargludo trydan yn dda, tra bod electrolytau gwan yn ïoneiddio'n rhannol yn unig, sy'n dynodi dargludedd trydanol is. Nid yw electrolytau nad ydynt yn electrolytau, ar y llaw arall, yn ïoneiddio o gwbl ac felly ni allant ddargludo trydan. Mae deall y cysyniad hwn yn helpu myfyrwyr i adnabod cyfansoddion yn seiliedig ar eu hymddygiad mewn toddiant ac ateb cwestiynau cysylltiedig yn gywir.
