ძლიერ ელექტროლიტებზე, სუსტ ელექტროლიტებსა და არაელექტროლიტებზე ორიენტირებული კითხვების მაგალითები
ელექტროლიტები ქიმიაში ფუნდამენტური ცნებაა, რომელიც გადამწყვეტია, განსაკუთრებით ხსნარებთან დაკავშირებული რეაქციების შესწავლისას. ელექტროლიტები არის ნაერთები, რომლებიც წყალში გახსნისას წარმოქმნიან იონებს, რომლებიც ხსნარს ელექტროენერგიის გატარების საშუალებას აძლევს. იონებად დისოციაციის უნარის მიხედვით, ელექტროლიტები იყოფა სამ კატეგორიად: ძლიერი ელექტროლიტები, სუსტი ელექტროლიტები და არაელექტროლიტები. ეს სტატია განიხილავს ელექტროლიტების ამ სამ ტიპთან დაკავშირებულ სხვადასხვა მაგალითს, ადვილად გასაგებ ახსნა-განმარტებებთან ერთად.
ძლიერი ელექტროლიტი
ძლიერი ელექტროლიტები არის ნაერთები, რომლებიც წყალში სრულად იონიზდებიან. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც ძლიერი ელექტროლიტი წყალში იხსნება, მისი თითქმის ყველა მოლეკულა იონებად დისოცირდება. ძლიერი ელექტროლიტების გავრცელებული მაგალითებია მარილები, როგორიცაა ნატრიუმის ქლორიდი (NaCl), ძლიერი მჟავები, როგორიცაა მარილმჟავა (HCl) და ძლიერი ფუძეები, როგორიცაა ნატრიუმის ჰიდროქსიდი (NaOH).
კითხვა 1:
როგორ გამოვთვალოთ იონების მოლარობა 0,1 M HCl ხსნარში?
დისკუსია:
HCl არის ძლიერი მჟავა, რომელიც მთლიანად დისოცირდება წყალში განტოლების მიხედვით:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
რადგან HCl ძლიერი ელექტროლიტია, HCl-ის საწყისი კონცენტრაცია (0,1 M) შეგვიძლია ავიღოთ წარმოქმნილი H+ და Cl- იონების კონცენტრაციად. ამგვარად, 0,1 M HCl ხსნარში:
[\(\text{H}^+\)] = 0,1 მ
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 M
სუსტი ელექტროლიტი
სუსტი ელექტროლიტები ხსნარში მხოლოდ ნაწილობრივ იონიზდება. ეს ნიშნავს, რომ სუსტი ელექტროლიტის მოლეკულების მხოლოდ მცირე ნაწილი წარმოქმნის იონებს წყალში გახსნისას. სუსტი ელექტროლიტების მაგალითებია სუსტი მჟავები, როგორიცაა ძმარმჟავა (CH3COOH) და სუსტი ფუძეები, როგორიცაა ამიაკი (NH3).
კითხვა 2:
განსაზღვრეთ იონიზაციის ხარისხი და იონების კონცენტრაცია 0,1 M CH3COOH-ში. CH3COOH-ისთვის მჟავა დისოციაციის მუდმივა (\(K_a\)) არის 1,8 × 10^-5.
დისკუსია:
CH3COOH-ის დისოციაციის რეაქცია წყალში შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]
დისოციაციის ხარისხი (\(\α\)) განისაზღვრება, როგორც მჟავას წილი, რომელიც იონებად დისოცირდება. \(K_a\)-ს მნიშვნელობის გამოყენებით, შეგვიძლია დავწეროთ შემდეგი დამოკიდებულება 0,1 M CH3COOH ხსნარისთვის:
\[ K_a = [\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+] / [\text{CH}_3\text{COOH}] \]
რადგან CH3COOH-ის იონიზაცია ნაწილობრივია, წარმოქმნილი იონების კონცენტრაცია არის cα, სადაც c არის CH3COOH-ის საწყისი კონცენტრაცია (0,1 M). მაშინ განტოლება ასე გამოიყურება:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{(0,1\alpha)(0,1\alpha)}{0,1(1-\alpha)} \]
გაამარტივეთ შემდეგნაირად:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]
ვივარაუდოთ, რომ α საკმარისად მცირეა, რომ მნიშვნელში α-ს იგნორირება შეგვიძლია:
\[ 1,8 \ჯერ 10^{-5} \დაახლ. 0,01 \alpha^2 / 0,1 \]
\[ 1,8 \ჯერ 10^{-5} \დაახლოებით \α^2 \]
\[ \alpha \approx \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]
\[ \alpha \დაახლოებით 4,24 \ჯერ 10^{-3} \]
ასე რომ, იონიზაციის ხარისხია 4,24 × 10^-3 ანუ 0,424%.
ხსნარში H+ და CH3COO- იონების კონცენტრაციაა:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \ჯერ 4,24 \ჯერ 10^{-3} \დაახლ. 4,24 \ჯერ 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \ჯერ 4,24 \ჯერ 10^{-3} \დაახლოებით 4,24 \ჯერ 10^{-4} \]
არაელექტროლიტები
არაელექტროლიტები არის ნაერთები, რომლებიც არ იონიზდებიან წყალხსნარში. ეს ნიშნავს, რომ არაელექტროლიტური ხსნარები არ წარმოქმნიან იონებს და, შესაბამისად, არ შეუძლიათ ელექტროენერგიის გატარება. არაელექტროლიტების მაგალითებია შაქარი (საქაროზა), შარდოვანა და სპირტი.
კითხვა 3:
რატომ არ ატარებს ელექტრულ დენს 0,1 M ეთანოლის (C2H5OH) ხსნარი?
დისკუსია:
ეთანოლის ხსნარი არაელექტროლიტია. წყალში გახსნისას ეთანოლი იონებად არ დისოცირდება. წყალხსნარში ეთანოლის მოლეკულური სტრუქტურა ხელუხლებელი რჩება. ხსნარში იონების არარსებობის გამო, ეთანოლს არ შეუძლია ელექტროენერგიის გატარება. ამიტომ, მიუხედავად იმისა, რომ ეთანოლი წყალში ადვილად ხსნადია, რადგან იონები არ წარმოიქმნება, ეთანოლის ხსნარებს არ შეუძლიათ ელექტროენერგიის გატარება ნებისმიერი კონცენტრაციის დროსაც კი, მათ შორის 0,1 მ-ის დროსაც კი.
დასკვნა
ძლიერი ელექტროლიტების, სუსტი ელექტროლიტების და არაელექტროლიტების თვისებების გაგება ხსნარების ქიმიის აუცილებელი საფუძველია. ძლიერი ელექტროლიტები სრულად იონიზდებიან წყალში და შესაბამისად, კარგად ატარებენ ელექტროენერგიას, ხოლო სუსტი ელექტროლიტები მხოლოდ ნაწილობრივ იონიზებენ, რაც მიუთითებს დაბალ ელექტროგამტარობაზე. არაელექტროლიტები კი საერთოდ არ იონიზდებიან და შესაბამისად, არ შეუძლიათ ელექტროენერგიის გატარება. ამ კონცეფციის გაგება ეხმარება სტუდენტებს ხსნარში მათი ქცევის მიხედვით ნაერთების იდენტიფიცირებაში და შესაბამის კითხვებზე სწორად პასუხის გაცემაში.
