Электролит

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

В 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).

В 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

Основная статья: Электролитический конденсатор

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: [math]\displaystyle{ \mu_i=\mu_i^{0}+RTlna_i, }[/math] где [math]\displaystyle{ a_i }[/math] - активность i-го иона в растворе.

Для электролита в целом имеем:

[math]\displaystyle{ \mu_{el}=\sum_{i}v_i\mu_i=v_+\mu_{M^+}+v_-\mu_{A^-}=v_+(\mu_{+}^{0}+RTlna_{M^+})+v_-(\mu_{-}^{0}+RTlna_{A^-})= }[/math]

[math]\displaystyle{ =(v_+\mu_{+}^{0}+v_-\mu_{-}^{0})+RTln(a_{M^+}^{v^-}\cdot a_{A^-}^{v^-})=\mu_0+RTlna, }[/math] где [math]\displaystyle{ a }[/math] - активность электролита; [math]\displaystyle{ v_i }[/math] - стехиометрические числа.

Таким образом, имеем:

[math]\displaystyle{ a=a_{+}^{v^+}\cdot a_{-}^{v^-}. }[/math]

Усредненная активность иона равна:

[math]\displaystyle{ a_\pm=\left [ a_{+}^{v^+}\cdot a_{-}^{v^-} \right ]^\frac{1}{v_++v_-}. }[/math]

Для одно-одновалентного электролита [math]\displaystyle{ v_+=v_-=1 }[/math] и [math]\displaystyle{ a_\pm=\sqrt{a_+\cdot a_-}, }[/math] то есть [math]\displaystyle{ a_\pm }[/math] 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, [math]\displaystyle{ a_i=\gamma_im_i, }[/math] где [math]\displaystyle{ \gamma_i }[/math] - коэффициент активности i-го иона.

Литература

• Кистяковский В. А.,. Электролит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Ссылки

• Электролиты — статья из Большой советской энциклопедии.