Электролит

Шаблон:TOCright Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит в растворах и расплавах, или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов. Примерами электролитов могут служить кислоты, соли, основания и некоторые кристаллы (например, иодид серебра, диоксид циркония). Электролиты — проводники второго рода, вещества, электропроводность которых обусловлена подвижностью положительно или отрицательно заряженных ионов.

Степень диссоциации

Процесс распада молекул в растворе или расплаве электролита на ионы называется электролитической диссоциацией. Одновременно в электролите протекают процессы ассоциации ионов в молекулы. При неизменных внешних условиях (температура, концентрация и др.) устанавливается динамическое равновесие между распадами и ассоциациями. Поэтому в электролитах диссоциирована определённая доля молекул вещества. Для количественной характеристики электролитической диссоциации было введено понятие степени диссоциации.

Классификация

Исходя из степени диссоциации все электролиты делятся на две группы:

1. Сильные электролиты — электролиты, степень диссоциации которых в растворах равна единице (то есть диссоциируют полностью) и не зависит от концентрации раствора. Сюда относятся подавляющее большинство солей, щелочей, а также некоторые кислоты (сильные кислоты, такие как HCl, HBr, HI, HNO_3, H₂SO₄).
2. Слабые электролиты — степень диссоциации меньше единицы (то есть диссоциируют не полностью) и уменьшается с ростом концентрации. К ним относят воду, ряд кислот (слабые кислоты, такие как HF), основания p-, d- и f-элементов.

Между этими двумя группами чёткой границы нет, одно и то же вещество может в одном растворителе проявлять свойства сильного электролита, а в другом — слабого.

Использование термина

Шаблон:AnchorВ естественных науках

Термин электролит широко используется в биологии и медицине. Чаще всего подразумевают водный раствор, содержащий те или иные ионы (напр., «всасывание электролитов» в кишечнике).

Шаблон:AnchorВ технике

Слово электролит широко используется в науке и технике, в разных отраслях оно может иметь различающийся смысл.

В электрохимии

Многокомпонентный раствор для электроосаждения металлов, а также травления и др. (технический термин, например электролит золочения).

В источниках тока

Электролиты являются важной частью химических источников тока: гальванических элементов и аккумуляторов. Электролит участвует в химических реакциях окисления и восстановления с электродами, благодаря чему возникает ЭДС. В источниках тока электролит может находиться в жидком состоянии (обычно это водный раствор) или загущённым до состояния геля.

Электролитический конденсатор

Шаблон:Main В электролитических конденсаторах в качестве одной из обкладок используется электролит. В качестве второй обкладки — металлическая фольга (алюминий) или пористый, спечённый из металлических порошков блок (тантал, ниобий). Диэлектриком в таких конденсаторах служит слой оксида самого металла, формируемый химическими методами на поверхности металлической обкладки.

Конденсаторы данного типа, в отличие от других типов, обладают несколькими отличительными особенностями:

• высокая объёмная и весовая удельная ёмкость;
• требование к полярности подключения в цепях постоянного напряжения. Несоблюдение полярности вызывает бурное вскипание электролита, приводящее к механическому разрушению корпуса конденсатора (взрыву);
• значительные утечки и зависимость электрической ёмкости от температуры;
• ограниченный сверху диапазон рабочих частот (типовые значения сотни кГц — десятки МГц в зависимости от номинальной ёмкости и технологии).

Активности в электролитах

Химический потенциал для отдельного i-го иона имеет вид: ${\mu }_i={\mu }_i^0+RTln{a}_i,$ где $a_i$ - активность i-го иона в растворе.

Для электролита в целом имеем:

${\mu }_{el}=\sum _i{v}_i{\mu }_i=v_{+}{\mu }_{M^{+}}+v_{-}{\mu }_{A^{-}}=v_{+}({\mu }_{+}^0+RTln{a}_{M^{+}})+v_{-}({\mu }_{-}^0+RTln{a}_{A^{-}})=$

$=(v_{+}{\mu }_{+}^0+v_{-}{\mu }_{-}^0)+RTln(a_{M^{+}}^{v^{-}}\cdot a_{A^{-}}^{v^{-}})={\mu }_0+RTlna,$ где $a$ - активность электролита; $v_i$ - стехиометрические числа.

Таким образом, имеем:

$a=a_{+}^{v^{+}}\cdot a_{-}^{v^{-}}.$

Усредненная активность иона равна:

$a_{\pm }={[a_{+}^{v^{+}}\cdot a_{-}^{v^{-}}]}^{\frac{1}{v_{+}+v_{-}}}.$

Для одно-одновалентного электролита $v_{+}=v_{-}=1$ и $a_{\pm }=\sqrt{a_{+}\cdot a_{-}},$ то есть $a_{\pm }$ является средним геометрическим активностей отдельных ионов.

Для добавления растворов электролитов принято пользоваться моляльной (m) концентрацией (для разбавленных водных растворов m (в моль/кг) численно близка к с (молярной концентрации, в моль/л)). Значит, $a_i={\gamma }_i{m}_i,$ где ${\gamma }_i$ - коэффициент активности i-го иона.

Литература

• Шаблон:ВТ-ЭСБЕ
• Шаблон:БРЭ

Ссылки

• «Электролиты» — статья в Малой советской энциклопедии; 2 издание; 1937—1947 гг.
• Шаблон:Из БСЭ