דיסוציאציה חשמלית: היסודות התיאורטיים של האלקטרוכימיה

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

דיסוציאציה חשמלית משחקת תפקיד עצום בחיינו, למרות שבדרך כלל איננו חושבים על כך. עם תופעה זו קשורה המוליכות החשמלית של מלחים, חומצות ובסיסים בתווך נוזלי. מפעימות הלב הראשונות שנגרמו מחשמל "חי" בגוף האדם, שהוא שמונים אחוז נוזלי, ועד למכוניות, טלפונים ניידים ונגנים, שהסוללות שלהם הן בעצם סוללות אלקטרוכימיות, ניתוק חשמלי קיים באופן בלתי נראה בכל מקום לידנו

במכלים ענקיים הפולטים אדים רעילים מבוקסיט המומס בטמפרטורות גבוהות, המתכת ה"מכונפת" - אלומיניום מתקבלת באלקטרוליזה. הכל מסביבנו, מרשתות רדיאטור כרום ועד עגילים מצופים כסף באוזניים שלנו, פעם אחתאו מתמודדים עם תמיסות או מלחים מותכים, ומכאן עם תופעה זו. לא בכדי ניתוק חשמלי נחקר על ידי ענף שלם של המדע - אלקטרוכימיה.

כשהם מומסים, המולקולות של נוזל הממס נכנסות לקשר כימי עם המולקולות של החומר המומס, ויוצרות סולבטים. בתמיסה מימית, מלחים, חומצות ובסיסים רגישים ביותר להתנתקות. כתוצאה מתהליך זה, המולקולות המומסות יכולות להתפרק ליונים. לדוגמה, בהשפעת ממס מימי, יוני Na⁺ ו-CI^{- בגביש היוני NaCl עוברים לתווך הממס ב- איכות חדשה של חלקיקים מומסים (מומסים).}

תופעה זו, שהיא בעצם תהליך של פירוק מלא או חלקי של חומר מומס ליונים כתוצאה מפעולת ממס, נקראת "דיסוציאציה חשמלית". תהליך זה חשוב ביותר עבור אלקטרוכימיה. חשיבות רבה היא לעובדה שהניתוק של מערכות מורכבות מרובות רכיבים מאופיין בזרימה שלבית. עם תופעה זו, חלה גם עלייה חדה במספר היונים בתמיסה, המבדילה בין חומרים אלקטרוליטים לבין שאינם אלקטרוליטים.

בתהליך האלקטרוליזה, ליונים יש כיוון תנועה ברור: חלקיקים בעלי מטען חיובי (קטיונים) - לאלקטרודה בעלת מטען שלילי, הנקראת קתודה, ויונים חיוביים (אניונים) - לאנודה, אלקטרודה עם המטען ההפוך, שם הם משוחררים. קטיונים מצטמצמים והאניונים מתחמצנים.לכן, דיסוציאציה היא תהליך הפיך.

אחד המאפיינים הבסיסיים של תהליך אלקטרוכימי זה הוא מידת הדיסוציאציה האלקטרוליטית, המתבטאת כיחס בין מספר החלקיקים המומסים למספר הכולל של מולקולות של החומר המומס. ככל שמדד זה גבוה יותר, כך האלקטרוליט הוא חומר זה חזק יותר. על בסיס זה, כל החומרים מחולקים לאלקטרוליטים חלשים, בינוניים וחזקים.

מידת הדיסוציאציה תלויה בגורמים הבאים: א) אופי המומס; ב) אופי הממס, הקבוע הדיאלקטרי שלו והקוטביות שלו; ג) ריכוז התמיסה (ככל שמדד זה נמוך יותר, מידת הדיסוציאציה גדולה יותר); ד) הטמפרטורה של המדיום הממיס. לדוגמה, ניתן לבטא את הניתוק של חומצה אצטית בנוסחה הבאה:

CH₃COOH H⁺ + CH₃COO^-

אלקטרוליטים חזקים מתנתקים כמעט באופן בלתי הפיך, מכיוון שהתמיסה המימית שלהם אינה מכילה את המולקולות המקוריות והיונים שאינם מוזנים. כמו כן, יש להוסיף כי כל החומרים בעלי קשרים כימיים מסוג יוני וקוטבי קוולנטי נתונים לתהליך הדיסוציאציה. התיאוריה של ניתוק אלקטרוליטי נוסחה על ידי הפיזיקאי והכימאי השוודי המצטיין Svante Arrhenius בשנת 1887.