解决方案电解质

在19世纪末,电解质溶液的性质被早期的科学家广泛地研究物理化学.一个建议斯万特·奥古斯特·阿伦尼乌斯(瑞典化学家)强酸和强碱(例如,氯化物)在水溶液中完全解离成离子解决方案从电导率测量和分子量研究(冰点降低、沸点升高和渗透压)得到了强有力的支持。这些研究表明,溶质粒子的数量比没有发生解离时要大。例如,0.001摩尔的a溶液单价电解质(其中每一个离子有价电子,或者负责和,当解离时,产生两个离子),例如氯化钠, Na+Cl-,表现出质量摩尔浓度为0.002的非电解质溶液的依数性;0.001摩尔a溶液的依数性质一价二价电解质(产生三个离子),如溴化镁、镁2+Br2-,对应于质量摩尔浓度为0.003的非电解质溶液。在浓度稍高时,实验数据与阿伦尼乌斯的解离理论有一些不一致,最初这些被归因于不完全或部分的解离。然而,在1920 - 1930年,人们发现这些不一致可以用静电相互作用(库仑力)溶液中的离子。目前对电解质溶液的看法是,在在常温下,强酸和强碱的盐在所有浓度下都完全解离成离子,直到溶解度极限。高浓度时,库仑相互作用可引起离子对,这意味着离子在溶液中不是均匀分散的,而是有形成双离子的倾向聚合其中正离子寻求接近一个负离子反之亦然。虽然稀电解质溶液的理论是很先进的,但没有足够的理论存在于浓电解质溶液,主要是因为在离子溶液中占主导地位的长距离库仑力。

平衡电解质溶液的性质可以通过电化学测量、凝固点降低、溶解度测定、渗透压或的测量来实验研究蒸汽压力.大多数电解质,如盐,在一般情况下是不挥发的温度,在这种情况下,蒸汽压施加解和偏导是一样的压力溶剂的。的活度系数因此,可以从总压测量中找到溶剂的Gibbs-Duhem方程,则可以计算电解质溶质的活度系数。活度系数由γ±表示它是正离子和负离子的平均活度系数。由于不可能将正离子和负离子隔离到单独的容器中,因此不可能确定正离子和负离子的单独活度系数。平均活度系数γ±它的定义是接近于a价值在很低的质量摩尔浓度下,离子之间的距离非常远,以至于它们对彼此的影响可以忽略不计。对于小浓度的电解质理论彼得德拜他是一位荷兰出生的美国物理化学家Erich Huckel一位德国化学家说γ±离子强度,即每个离子的浓度(以摩尔/升为单位)与其电荷的平方的乘积之和;这个方程预测γ±在极低的离子强度下,离子强度随离子强度的增大而减小,与实验结果一致;然而,在较高的离子强度下,γ±上升,在某些情况下γ±大于1。Debye-Hückel理论的推导清楚地表明,它仅限于低浓度。已经做了许多尝试来扩展Debye-Huckel方程到更高的电解质浓度。一个比较成功的尝试是基于离子被溶剂化了,这意味着每个离子都被一层紧密的溶剂分子包围着。

溶剂化的概念经常被用来解释水溶液的性质;一个众所周知的性质是盐析效应,即当添加电解质时,非电解质在水中的溶解度降低。例如,的溶解度乙醚在水中25°C时为0.91摩尔百分比,但是,在含有15%重量氯化钠的水溶液中,它只有0.13摩尔百分比。溶解度的降低可以用对测有些水分子不能参与溶解因为它们被钠离子和氯离子紧紧抓住(溶剂化)。

电解质溶液长期以来一直是工业上的兴趣所在,因为许多常见的无机化学物质都是直接从水溶液中结晶得到的,或者是通过结晶分离出来的。此外,许多重要的化学和冶金产品(如铝)是通过在液态溶液中发生的电化学过程获得或精炼的。近年来,人们对电解质溶液重新产生了兴趣,因为它们与燃料电池相关,可以作为汽车的动力来源。

电解质溶液的性质在生理学上也有很大的重要性。生物系统中的许多分子都带电荷;一个大的分子它的一端带正电荷另一端带负电荷叫做a两性离子.非常大的分子,比如蛋白质分子,可能有许多正电荷和负电荷;这样的分子叫做聚合电解质。在溶液中,构象(即三维结构),一个大的,带电荷的分子强烈依赖于离子强度溶解媒介;例如,根据溶剂中存在的盐的性质和浓度,聚电解质分子可以凝固成球,也可以像棒一样伸展,或者可以形成线圈或螺旋。这种构象反过来又与分子的生理功能密切相关。因此,提高对电解质溶液性质的理解有直接的影响分子生物学和药品。