Foarbyldfragen oer sterke elektrolyten, swakke elektrolyten en net-elektrolyten
Elektrolyten binne in fûneminteel konsept yn 'e skiekunde dat krúsjaal is, benammen yn 'e stúdzje fan reaksjes mei oplossingen. Elektrolyten binne ferbiningen dy't, as se oplost wurde yn wetter, ioanen produsearje dy't de oplossing yn steat stelle om elektrisiteit te lieden. Op basis fan har fermogen om te dissosiearjen yn ioanen, wurde elektrolyten ferdield yn trije kategoryen: sterke elektrolyten, swakke elektrolyten en net-elektrolyten. Dit artikel sil ferskate foarbyldproblemen beprate dy't relatearre binne oan dizze trije soarten elektrolyten, tegearre mei maklik te begripen útlis.
Sterke elektrolyt
Sterke elektrolyten binne ferbiningen dy't folslein ionisearje yn wetter. Dit betsjut dat as in sterke elektrolyt oplost wurdt yn wetter, hast al syn molekulen dissosiearje yn ioanen. Algemiene foarbylden fan sterke elektrolyten binne sâlt lykas natriumchloride (NaCl), sterke soeren lykas sâltsoer (HCl), en sterke basen lykas natriumhydrokside (NaOH).
Fraach 1:
Hoe kinne jo de molariteit fan ioanen yn in 0,1 M HCl-oplossing berekkenje?
Diskusje:
HCl is in sterk soer dat folslein dissosjearret yn wetter neffens de fergeliking:
\[ \tekst{HCl} \rjochter pylk \tekst{H}^+ + \tekst{Cl}^- \]
Omdat HCl in sterke elektrolyt is, kinne wy de begjinkonsintraasje fan HCl (0,1 M) nimme as de konsintraasje fan 'e foarme H+ en Cl- ioanen. Dus, yn in 0,1 M HCl-oplossing:
[\(\tekst{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\tekst{Cl}^-\)] = 0,1 M
Swakke elektrolyt
Swakke elektrolyten ionisearje mar foar in part yn oplossing. Dit betsjut dat mar in lyts fraksje fan 'e molekulen fan in swakke elektrolyt ioanen foarmet as se yn wetter oplost wurde. Foarbylden fan swakke elektrolyten binne swakke soeren lykas azijnsoer (CH3COOH) en swakke basen lykas ammoniak (NH3).
Fraach 2:
Bepale de graad fan ionisaasje en ionkonsintraasje yn 0,1 M CH3COOH. De soere dissosiaasjekonstante (\(K_a\)) foar CH3COOH is 1,8 × 10^-5.
Diskusje:
De dissosiaasjereaksje fan CH3COOH yn wetter kin skreaun wurde as:
\[ \tekst{CH}_3\tekst{COOH} \rjochtslinksharpoons \tekst{CH}_3\tekst{COO}^- + \tekst{H}^+ \]
De graad fan dissosiaasje (\(\alpha\)) wurdt definiearre as de fraksje fan it soer dat dissosiearret yn ioanen. Mei de wearde fan \(K_a\) kinne wy de folgjende relaasje skriuwe foar in 0,1 M CH3COOH-oplossing:
\[ K_a = [\tekst{CH}_3\tekst{COO}^-][\tekst{H}^+] / [\tekst{CH}_3\tekst{COOH}] \]
Omdat de ionisaasje fan CH3COOH parsjeel is, is de konsintraasje fan 'e foarme ioanen cα, wêrby't c de begjinkonsintraasje fan CH3COOH (0,1 M) is. Dan wurdt de fergeliking:
[1,8 × 10⁻⁴ = (0,1 alfa)(0,1 alfa)/0,1(1-alfa)]
Fersimpelje nei:
[1,8 × 10⁻⁴ = 0,01 alpha²/0,1 – 0,1 alpha]
Nim oan dat α lyts genôch is dat wy α yn 'e noemer negearje kinne:
\[ 1,8 \times 10^{-5} \approx 0,01\alpha^2 / 0,1 \]
\[ 1,8 \times 10^{-5} \approx \alpha^2 \]
\[ \alpha \approx \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]
\[ \alpha \approx 4,24 \times 10^{-3} \]
Dat betsjut dat de ionisaasjegraad 4,24 × 10^-3 of 0,424% is.
De konsintraasje fan H+ en CH3COO- ioanen yn 'e oplossing is:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]
Net-elektrolyten
Net-elektrolyten binne ferbiningen dy't net ionisearje yn wetterige oplossing. Dit betsjut dat net-elektrolytoplossingen gjin ioanen produsearje en dêrom gjin elektrisiteit kinne liede. Foarbylden fan net-elektrolyten binne sûker (sukrose), urea en alkohol.
Fraach 3:
Wêrom liedt in 0,1 M ethanol (C2H5OH) oplossing gjin elektrisiteit?
Diskusje:
Ethanoloplossing is in net-elektrolyt. Ethanol, as it oplost wurdt yn wetter, dissosiearret net yn ioanen. De molekulêre struktuer fan ethanol bliuwt yntakt yn wetterige oplossing. Troch de ôfwêzigens fan ioanen yn oplossing kin ethanol gjin elektrisiteit liede. Dêrom, hoewol ethanol maklik oplosber is yn wetter, om't der gjin ioanen foarme wurde, kinne ethanoloplossingen gjin elektrisiteit liede, sels net by elke konsintraasje, ynklusyf 0,1 M.
Konklúzje
It begripen fan 'e eigenskippen fan sterke elektrolyten, swakke elektrolyten en net-elektrolyten is in essensjele basis yn oplossingskemy. Sterke elektrolyten ionisearje folslein yn wetter en liede dêrom elektrisiteit goed, wylst swakke elektrolyten mar foar in part ionisearje, wat in legere elektryske gelieding oanjout. Net-elektrolyten, oan 'e oare kant, ionisearje hielendal net en kinne dêrom gjin elektrisiteit liede. It begripen fan dit konsept helpt studinten om ferbiningen te identifisearjen op basis fan har gedrach yn oplossing en relatearre fragen korrekt te beantwurdzjen.
