Ekzemplaj demandoj diskutantaj fortajn elektrolitojn, malfortajn elektrolitojn kaj ne-elektrolitojn
Elektrolitoj estas fundamenta koncepto en kemio, kiu estas esenca, precipe en la studo de reakcioj implikantaj solvaĵojn. Elektrolitoj estas kombinaĵoj, kiuj, kiam dissolvitaj en akvo, produktas jonojn, kiuj ebligas al la solvaĵo kondukti elektron. Surbaze de ilia kapablo disiĝi en jonojn, elektrolitoj estas dividitaj en tri kategoriojn: fortaj elektrolitoj, malfortaj elektrolitoj kaj ne-elektrolitoj. Ĉi tiu artikolo diskutos diversajn ekzemplajn problemojn rilatajn al ĉi tiuj tri specoj de elektrolitoj, kune kun facile kompreneblaj klarigoj.
Forta Elektrolito
Fortaj elektrolitoj estas kombinaĵoj, kiuj joniĝas tute en akvo. Tio signifas, ke kiam forta elektrolito estas dissolvita en akvo, preskaŭ ĉiuj ĝiaj molekuloj disiĝas en jonojn. Oftaj ekzemploj de fortaj elektrolitoj inkluzivas salojn kiel natria klorido (NaCl), fortajn acidojn kiel klorida acido (HCl), kaj fortajn bazojn kiel natria hidroksido (NaOH).
Demando 1:
Kiel kalkuli la molarecon de jonoj en 0,1 M HCl-solvaĵo?
Diskuto:
HCl estas forta acido kiu tute disiĝas en akvo laŭ la ekvacio:
\[ \tekst{HCl} \rightarrow \tekst{H}^+ + \tekst{Cl}^- \]
Ĉar HCl estas forta elektrolito, ni povas preni la komencan koncentriĝon de HCl (0,1 M) kiel la koncentriĝon de la formitaj H+ kaj Cl- jonoj. Do, en 0,1 M HCl- solvaĵo:
[\(\tekst{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\tekst{Cl}^-\)] = 0,1 M
Malforta Elektrolito
Malfortaj elektrolitoj nur parte joniĝas en solvaĵo. Tio signifas, ke nur malgranda frakcio de la molekuloj de malforta elektrolito formas jonojn kiam dissolvitaj en akvo. Ekzemploj de malfortaj elektrolitoj inkluzivas malfortajn acidojn kiel acetata acido (CH3COOH) kaj malfortajn bazojn kiel amoniako (NH3).
Demando 2:
Difinu la gradon de jonigo kaj jonan koncentriĝon en 0,1 M CH3COOH. La acida disociiga konstanto (\(K_a\)) por CH3COOH estas 1,8 × 10^-5.
Diskuto:
La disociiga reakcio de CH3COOH en akvo povas esti skribita kiel:
\[ \tekst{CH}_3\tekst{COOH} \dekstremaldekstreharponoj \tekst{CH}_3\tekst{COO}^- + \tekst{H}^+ \]
La grado de disociiĝo (\(\alpha\)) estas difinita kiel la frakcio de la acido kiu disociiĝas en jonojn. Uzante la valoron de \(K_a\), ni povas skribi la jenan rilaton por 0,1 M CH3COOH-solvaĵo:
K_a = [CH_3 COO_^-][H_^+] / [CH_3 COOH]
Ĉar la jonigo de CH3COOH estas parta, la koncentriĝo de la formitaj jonoj estas cα, kie c estas la komenca koncentriĝo de CH3COOH (0,1 M). Tiam la ekvacio fariĝas:
\[ 1,8 × 10^{-5} = \frac{(0,1\alpha)(0,1\alpha)}{0,1(1-\alpha)} \]
Simpligi al:
\[ 1,8 × 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]
Supozu, ke α estas sufiĉe malgranda, ke ni povas ignori α en la denominatoro:
\[ 1,8 × 10^{-5} \proksimume 0,01\alpha^2 / 0,1 \]
\[ 1,8 × 10^{-5} \proksimume \alpha^2 \]
\[ \alpha \approx \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]
\[ \alpha \proksimume 4,24 \times 10^{-3} \]
Do, la grado de jonigo estas 4,24 × 10^-3 aŭ 0,424%.
La koncentriĝo de H+ kaj CH3COO- jonoj en la solvaĵo estas:
\[ [\tekst{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \proksimume 4,24 \times 10^{-4} \]
\[ [\tekst{CH}_3\tekst{COO}^-] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \proksimume 4,24 \times 10^{-4} \]
Ne-elektrolitoj
Ne-elektrolitoj estas kombinaĵoj, kiuj ne joniĝas en akva solvaĵo. Tio signifas, ke ne-elektrolitaj solvaĵoj ne produktas jonojn, kaj tial ne povas kondukti elektron. Ekzemploj de ne-elektrolitoj inkluzivas sukeron (sakarozon), ureon kaj alkoholon.
Demando 3:
Kial 0,1 M etanola (C2H5OH) solvaĵo ne konduktas elektron?
Diskuto:
Etanola solvaĵo estas ne-elektrolito. Etanolo, kiam dissolvita en akvo, ne disiĝas en jonojn. La molekula strukturo de etanolo restas sendifekta en akva solvaĵo. Pro la foresto de jonoj en la solvaĵo, etanolo ne povas kondukti elektron. Tial, kvankam etanolo estas facile solvebla en akvo, ĉar neniuj jonoj formiĝas, etanolaj solvaĵoj ne povas kondukti elektron eĉ ĉe iu ajn koncentriĝo, inkluzive de 0,1 M.
Konkludo
Kompreni la ecojn de fortaj elektrolitoj, malfortaj elektrolitoj, kaj ne-elektrolitoj estas esenca fundamento en solva kemio. Fortaj elektrolitoj plene joniĝas en akvo kaj tial bone konduktas elektron, dum malfortaj elektrolitoj nur parte joniĝas, indikante pli malaltan elektran konduktivecon. Ne-elektrolitoj, aliflanke, tute ne joniĝas kaj tial ne povas kondukti elektron. Kompreni ĉi tiun koncepton helpas studentojn identigi kombinaĵojn bazitajn sur ilia konduto en solvaĵo kaj ĝuste respondi rilatajn demandojn.
