ശക്തമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ, ദുർബലമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ, നോൺ-ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ എന്നിവ ചർച്ച ചെയ്യുന്ന ഉദാഹരണ ചോദ്യങ്ങൾ.
രസതന്ത്രത്തിലെ ഒരു അടിസ്ഥാന ആശയമാണ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ, പ്രത്യേകിച്ച് ലായനികൾ ഉൾപ്പെടുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിൽ ഇത് നിർണായകമാണ്. വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുമ്പോൾ, ലായനി വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാൻ പ്രാപ്തമാക്കുന്ന അയോണുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന സംയുക്തങ്ങളാണ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ. അയോണുകളായി വിഘടിക്കാനുള്ള കഴിവിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളെ മൂന്ന് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: ശക്തമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ, ദുർബലമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളല്ലാത്തവ. ഈ മൂന്ന് തരം ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട വിവിധ ഉദാഹരണ പ്രശ്നങ്ങൾ, മനസ്സിലാക്കാൻ എളുപ്പമുള്ള വിശദീകരണങ്ങൾ എന്നിവ ഈ ലേഖനം ചർച്ച ചെയ്യും.
ശക്തമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്
ശക്തമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ വെള്ളത്തിൽ പൂർണ്ണമായും അയോണീകരിക്കപ്പെടുന്ന സംയുക്തങ്ങളാണ്. ഇതിനർത്ഥം ശക്തമായ ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുമ്പോൾ, അതിന്റെ മിക്കവാറും എല്ലാ തന്മാത്രകളും അയോണുകളായി വിഘടിക്കുന്നു എന്നാണ്. ശക്തമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ സാധാരണ ഉദാഹരണങ്ങളിൽ സോഡിയം ക്ലോറൈഡ് (NaCl) പോലുള്ള ലവണങ്ങൾ, ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് ആസിഡ് (HCl) പോലുള്ള ശക്തമായ ആസിഡുകൾ, സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് (NaOH) പോലുള്ള ശക്തമായ ബേസുകൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു.
ചോദ്യം 1:
0,1 M HCl ലായനിയിൽ അയോണുകളുടെ മൊളാരിറ്റി എങ്ങനെ കണക്കാക്കാം?
ചർച്ച:
സമവാക്യം അനുസരിച്ച് വെള്ളത്തിൽ പൂർണ്ണമായും വിഘടിക്കുന്ന ഒരു ശക്തമായ ആസിഡാണ് HCl:
\[ \ടെക്സ്റ്റ്{HCl} \വലത് അമ്പടയാളം \ടെക്സ്റ്റ്{H}^+ + \ടെക്സ്റ്റ്{Cl}^- \]
HCl ഒരു ശക്തമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ആയതിനാൽ, H+, Cl- അയോണുകളുടെ സാന്ദ്രത രൂപപ്പെടുന്നതായി HCl ന്റെ പ്രാരംഭ സാന്ദ്രത (0,1 M) കണക്കാക്കാം. അതിനാൽ, 0,1 M HCl ലായനിയിൽ:
[\(\ടെക്സ്റ്റ്{H}^+\)] = 0,1 എം
[\(\ടെക്സ്റ്റ്{Cl}^-\)] = 0,1 എം
ദുർബലമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്
ദുർബലമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ലായനിയിൽ ഭാഗികമായി മാത്രമേ അയോണീകരിക്കപ്പെടുന്നുള്ളൂ. അതായത്, ദുർബലമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന്റെ തന്മാത്രകളുടെ ഒരു ചെറിയ ഭാഗം മാത്രമേ വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുമ്പോൾ അയോണുകളായി മാറുന്നുള്ളൂ. ദുർബലമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ ഉദാഹരണങ്ങളിൽ അസറ്റിക് ആസിഡ് (CH3COOH) പോലുള്ള ദുർബല ആസിഡുകളും അമോണിയ (NH3) പോലുള്ള ദുർബല ബേസുകളും ഉൾപ്പെടുന്നു.
ചോദ്യം 2:
0,1 M CH3COOH-ൽ അയോണൈസേഷന്റെയും അയോൺ സാന്ദ്രതയുടെയും അളവ് നിർണ്ണയിക്കുക. CH3COOH-ന്റെ ആസിഡ് ഡിസോസിയേഷൻ സ്ഥിരാങ്കം (\(K_a\)) 1,8 × 10^-5 ആണ്.
ചർച്ച:
വെള്ളത്തിൽ CH3COOH ന്റെ വിഘടിപ്പിക്കൽ പ്രതിപ്രവർത്തനം ഇങ്ങനെ എഴുതാം:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]
അയോണുകളായി വിഘടിക്കുന്ന ആസിഡിന്റെ അംശമാണ് ഡിസോസിയേഷന്റെ അളവ് (\(\alpha\)) എന്ന് നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്. \(K_a\) ന്റെ മൂല്യം ഉപയോഗിച്ച്, 0,1 M CH3COOH ലായനിക്ക് ഇനിപ്പറയുന്ന ബന്ധം എഴുതാം:
\[ K_a = [\ടെക്സ്റ്റ്{CH}_3\ടെക്സ്റ്റ്{COO}^-][\ടെക്സ്റ്റ്{H}^+] / [\ടെക്സ്റ്റ്{CH}_3\ടെക്സ്റ്റ്{COOH}] \]
CH3COOH ന്റെ അയോണൈസേഷൻ ഭാഗികമായതിനാൽ, രൂപം കൊള്ളുന്ന അയോണുകളുടെ സാന്ദ്രത cα ആണ്, ഇവിടെ c എന്നത് CH3COOH ന്റെ പ്രാരംഭ സാന്ദ്രതയാണ് (0,1 M). അപ്പോൾ സമവാക്യം ഇങ്ങനെയാകും:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{0,1\alpha)(0,1\alpha)}{0,1(1-\alpha)} \]
ഇതിലേക്ക് ലളിതമാക്കുക:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]
ഡിനോമിനേറ്ററിൽ α അവഗണിക്കാൻ കഴിയുന്നത്ര ചെറുതാണ് α എന്ന് കരുതുക:
\[ 1,8 \times 10^{-5} \ഏകദേശം 0,01\alpha^2 / 0,1 \]
\[ 1,8 \times 10^{-5} \ഏകദേശം \ആൽഫ^2 \]
\[ \ആൽഫ \ഏകദേശം \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]
\[ \ആൽഫ \ഏകദേശം 4,24 \times 10^{-3} \]
അപ്പോൾ, അയോണൈസേഷന്റെ അളവ് 4,24 × 10^-3 അല്ലെങ്കിൽ 0,424% ആണ്.
ലായനിയിൽ H+, CH3COO- അയോണുകളുടെ സാന്ദ്രത:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \ഏകദേശം 4,24 \times 10^{-4} \]
ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ അല്ലാത്തവ
ജലീയ ലായനിയിൽ അയോണീകരിക്കാത്ത സംയുക്തങ്ങളാണ് നോൺ-ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ. അതായത് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അല്ലാത്ത ലായനികൾ അയോണുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നില്ല, അതിനാൽ വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാൻ കഴിയില്ല. പഞ്ചസാര (സുക്രോസ്), യൂറിയ, ആൽക്കഹോൾ എന്നിവ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളല്ലാത്തവയുടെ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.
ചോദ്യം 3:
0,1 M എത്തനോൾ (C2H5OH) ലായനി വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാത്തത് എന്തുകൊണ്ട്?
ചർച്ച:
എത്തനോൾ ലായനി ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അല്ല. വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുമ്പോൾ എത്തനോൾ അയോണുകളായി വിഘടിക്കുന്നില്ല. ജലീയ ലായനിയിൽ എത്തനോളിന്റെ തന്മാത്രാ ഘടന കേടുകൂടാതെയിരിക്കും. ലായനിയിൽ അയോണുകളുടെ അഭാവം കാരണം, എത്തനോളിന് വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാൻ കഴിയില്ല. അതിനാൽ, വെള്ളത്തിൽ എത്തനോൾ എളുപ്പത്തിൽ ലയിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, അയോണുകൾ രൂപപ്പെടാത്തതിനാൽ, 0,1 M ഉൾപ്പെടെ ഏത് സാന്ദ്രതയിലും എത്തനോൾ ലായനികൾക്ക് വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാൻ കഴിയില്ല.
ഉപസംഹാരം
ശക്തമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ, ദുർബല ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ, നോൺ-ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ എന്നിവയുടെ സവിശേഷതകൾ മനസ്സിലാക്കുന്നത് ലായനി രസതന്ത്രത്തിൽ അത്യാവശ്യമായ ഒരു അടിത്തറയാണ്. ശക്തമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ വെള്ളത്തിൽ പൂർണ്ണമായും അയോണീകരിക്കപ്പെടുകയും അതിനാൽ വൈദ്യുതി നന്നായി നടത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, അതേസമയം ദുർബല ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഭാഗികമായി മാത്രമേ അയോണീകരിക്കപ്പെടുന്നുള്ളൂ, ഇത് കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതചാലകതയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. മറുവശത്ത്, ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളല്ലാത്തവ അയോണീകരിക്കപ്പെടുന്നില്ല, അതിനാൽ വൈദ്യുതി നടത്താൻ കഴിയില്ല. ഈ ആശയം മനസ്സിലാക്കുന്നത് വിദ്യാർത്ഥികൾക്ക് ലായനിയിലെ അവയുടെ സ്വഭാവത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി സംയുക്തങ്ങളെ തിരിച്ചറിയാനും അനുബന്ധ ചോദ്യങ്ങൾക്ക് ശരിയായി ഉത്തരം നൽകാനും സഹായിക്കുന്നു.
