Почему вода это электролит

Чем отличаются друг от друга дистиллированная вода и электролит?

Электролиты и дистиллированная вода широко используются в электротехнике. Эти вещества имеют разную электропроводность, способность к образованию свободных заряженных частиц и иные физико-химические свойства. Каждое из них выполняет собственную задачу.

Рассмотрим, чем отличаются друг от друга электролит и дистиллированная вода.

Дистиллят — проводник тока или неэлектролит?

Электролит – это вещество, водный раствор которого содержит частицы с разными зарядами – катионы и анионы.

Под действием электротока катионы начинают движение к катоду, а анионы – к аноду. Таким образом, вещество проводит ток.

К этой группе соединений относятся соли, кислоты и основания. Их растворы имеют высокую концентрацию заряженных частиц, которые обеспечивают проведение электротока.

Обычная неочищенная вода проводит электричество. Однако её электропроводность напрямую связана со степенью минерализации.

Чем больше солей и иных примесей растворено в ней, тем лучше проводится ток:

• электропроводность морской воды равна в среднем 30000 мкСм/см;
• у водопроводной этот показатель равен 365 мкСм/см;
• у талой или дождевой – 93 мкСм/см;
• у дистиллированной – 1-5 мкСм/см.

В процессе перегонки она практически полностью освобождается от химических примесей, способных образовывать ионы.

В чём разница?

Чем отличается дистиллированная вода от электролита? Степень электролитической диссоциации – ключевое отличие дистиллированной воды от электролита. Диссоциацией в химии называется распад молекул вещества на катионы и анионы.

Чем больше молекул распадается в растворе, тем больше степень диссоциации:

Дистиллированная вода	Электролиты
2*10-7%	Серная кислота – 60%, азотная кислота – 92%, едкий натр – 84%, поваренная соль – 84%

Приведённые данные показывают, что молекулы электролитов при растворении почти полностью распадаются на ионы. У дистиллированной воды этот показатель настолько низкий, что им можно пренебречь.

Что лучше?

У электролита и дистиллированной воды разные функции. Вода служит растворителем и создаёт среду, в которой происходит диссоциация. Будучи свободной от посторонних примесей, она не искажает хода химической реакции и не меняет свойств диссоциирующего соединения.

Таким образом, вопрос о том, что лучше, некорректен. У дистиллированной воды и электролитов разные задачи. Вода нужна, чтобы получить токопроводящий раствор или уменьшить его концентрацию. Электролит добавляется в воду, чтобы повысить её электропроводность.

Можно ли смешивать?

Электролиты проявляют свои свойства только в растворах. Поэтому в технической практике их в обязательном порядке смешивают с дистиллированной водой.

Самый распространённый пример – использование в аккумуляторных кислотных батареях (АКБ) или в щелочных аккумуляторах:

• в автомобильных АКБ вода смешивается с серной кислотой;
• в щелочных аккумуляторах — с едким калием или едким натром.

Также стоит помнить, что при соединении кислоты и воды температура раствора повышается. Перед его использованием требуется время на остывание.

Соединяя электролит с водой, нужно концентрированное вещество понемногу добавлять в дистиллят, а не наоборот. Нарушение этого правила чревато мгновенным вскипанием раствора и химическими ожогами.

Когда используется только одно, а когда другое?

Решение об использовании того или иного вещества принимают после замера плотности токопроводящего раствора:

• если концентрация слишком высока, для её уменьшения применяется чистая дистиллированная вода;
• если плотность понижена, она корректируется добавлением электролита.

Ничтожно малая электропроводность химически чистого дистиллята делает это вещество потенциальным диэлектриком. Теоретически её можно было бы заливать, например, в конденсаторы между пластинами.

Однако в реальности она не может быть идеально чистой. Поэтому в электротехнике используется только в качестве корректора плотности токопроводящего раствора.

Все, что вы хотели бы знать о дистиллированной воде, ее свойствах и применении, — здесь.

Заключение

Дистиллированная вода не пропускает ток, не является электролитом, но служит необходимой средой, в которой протекают процессы электролитической диссоциации. Она используется совместно с электролитами в щелочных или кислотных аккумуляторных батареях.

Электролиты, распадаясь на ионы, пропускают через себя электроток. Однако эту способность они проявляют только при смешивании с водой.

Источник

Вода как слабый электролит. Понятие о рН растворов. Индикаторы

Тщательно очищенная от посторонних примесей вода обладает определённой, хотя и незначительной, электрической проводимостью, заметно возрастающей с повышением температуры. Наличие электрической проводимости может быть объяснено только тем, что молекулы воды, частично распадаются на ионы, т.е. H2O является слабым электролитом. Процесс диссоциации воды может быть записан

H2O + H2O ↔ H3O+ + OH¯. Этот процесс называется самоионизацией. Реакцию воды часто записывают в более простом виде:H2O ↔ H+ + OH¯. Константа диссоциации воды может быть вычислена по уравнению

Кд = (aH aOH)/aH2O (1). Учитывая, что при комнатной температуре на ионы распадается лишь одна из примерно 108 молекул воды, активности ионов в уравнении могут быть заменены их концентрациями , а концентрацию нераспавшихся молекул воды можно считать равной общей концентрации молекул воды. Концентрацию молекул можно рассчитать, разделив массу 1 л воды на массу её моля: 1000/18 = 55,5 моль/л. Считая эту величину постоянной, можно уравнение (1) записать в виде: [H+] [OH¯] = Кд 55,5 = Кв, где Кв – ионное произведение воды. При расчётах связанных с водными растворами электролитов, используют не концентрации, активности ионов: aH·aOH = Кв.

Водородным показателем, или pH, называется взятый с обратным знаком десятичный логарифм активности ионов водорода в растворе: pH = — lg aH. Водородный показатель определяет характер реакции раствора. При pH 7 – щелочная, при pH=7 – реакция нейтральная. Водородный показатель имеет важное значение для понимания большинства процессов, протекающих в жидкой фазе, так как ионы H+ и OH¯ непосредственно участвуют во многих из этих процессов. Кроме того, эти ионы являются гомогенными катализаторами многих реакций. Величина pH может служить критерием силы кислоты или основания. Водородный показатель играет важную роль в жизнедеятельности организма, так в норме pH сыворотки крови равен 7,40 ± 0,05, слёз – 7,4 ± 0,1. отклонение pH от нормальных значений приводит к расстройству деятельности организма. Существенно влияние на урожайность оказывает pH почвы, на экологию водоёма – pH воды.

Индикаторы (позднелат. indicator — указатель), химические вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Указывают на определенное состояние системы или на момент достижения этого состояния.

Различают индикаторы обратимые и необратимые. Изменение окраски первых при изменении состояния системы может быть повторено многократно. Необратимые индикаторы подвергаются необратимым химическим превращениям, например, азосоединения при окислении ионами BrO₃ — разрушаются. Индикаторы. которые вводят в исследуемый раствор, называют внутренними, в отличие от внешних, реакцию с которыми проводят вне анализируемой смеси. В последнем случае одну или несколько капель анализируемого раствора помещают на бумажку, пропитанную индикатором, или смешивают их на белой фарфоровой пластинке с каплей индикатора.

Индикаторы применяют чаще всего для установления конца какой-либо химической реакции, главным образом конечной точки титрования (к. т. т.). В соответствии с титриметрическими методами различают кислотно-основные, адсорбционные, окислительно-восстановительные и комплексонометрические индикаторы.

Кислотно-основные индикаторы представляют собой растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет или люминесценцию в зависимости от концентрации ионов Н + (рН среды).

Адсорбционные индикаторы — вещества, способные адсорбироваться на поверхности осадка и менять при этом окраску или интенсивность люминесценции. Эти индикаторы, как правило, обратимы и используются в осадительном титровании

Окислительно-восстановительные индикаторы — вещества, способные изменять окраску в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала раствора.

Комплексонометрические индикаторы — вещества, образующие с ионами металлов (М) окрашенные комплексы, по цвету отличающиеся от самих индикаторов.

Иногда в качестве комплексонометрических индикаторов применяют комплексонат какого-либо иона (например, [CuY] 2- , где Y — анион этилендиаминтетрауксусной кислоты) в смеси с металлохромным индикаторы, например ПАН. При введении определяемого иона М 2+ происходит реакция: М 2+ + [CuY] 2- + ПАН D [MY] 2- + [СuПАН] + . При титровании каким-либо комплексоном в к. т. т. окраска раствора меняется от фиолетовой к желто-оранжевой, т.е. очень контрастно. При комплексонометрическом определении Сu используют в качестве индикатора ее комплекс с ПАН, адсорбированный на поверхности осажденного AgI. В этом случае можно определять Ag и Сu при совместном присутствии: в кислой среде раствором KI оттитровывают сначала ионы Ag, а затем комплексоном — ионы Сu.

Применяются также так называемые неокрашенные комплексонометрические индикаторы, избирательно взаимодействующие с ионами определяемого металла с образованием слабо окрашенных (e_l 10 3 ) комплексов, например,сульфосалициловая кислота при титровании Fe (III). Флуоресцентные комплексонометрические индикаторы(или металлофлуоресцентные индикаторы) взаимодействуют с катионами металлов с образованием интенсивно флуоресцирующих хелатов.

21. Типы химических реакций, их характеристика

Источник

Избранные вопросы молекулярной патологии для клинических ординаторов 2020

Вода и электролиты

1. Вода — универсальный биологический растворитель

Растворителем, в котором работают почти все известные живые системы, служит окись водорода, или вода (H 2O). В молекуле воды атом кислорода соединен с двумя атомами водорода одинарными ковалентными связями. Чтобы понять, почему это важно и на что это влияет, нам придется ввести несколько дополнительных понятий из общей химии.

Электроотрицательность — сила, с которой атом в составе молекулы оттягивает на себя общие с другим атомом электроны, образующие ковалентную связь. Это понятие ввел Лайнус Полинг (Linus Carl Pauling). Самый электроотрицательный элемент — фтор, за ним на шкале электроотрицательности следует кислород. Иными словами, кислород превосходит по электроотрицательности все другие атомы, за исключением фтора (который в биологической химии практически не встречается). Запомним этот факт.

Электроотрицательность одинаковых атомов по определению равна. Если между двумя одинаковыми атомами есть ковалентная связь, то образующие ее электроны никуда не смещены (в рамках старинной планетарной модели атома можно сказать, что они находятся точно посредине между атомами, как на картинке). Такая ковалентная связь называется неполярной.

Если ковалентную связь образуют два разных атома, то общие электроны смещаются к тому из них, у которого выше электроотрицательность. Такая связь называется полярной. При очень большой разнице в электроотрицательности она может даже стать ионной — это случится, если один атом полностью “отберет” у другого общую пару электронов.

Связь между водородом и кислородом в молекуле воды — типичный пример ковалентной полярной связи. Электроотрицательность кислорода намного выше, поэтому общие электроны смещены к нему. В результате на кислороде возникает маленький отрицательный заряд, а на водороде маленький положительный; эти заряды принято обозначать буквой δ (“дельта”).

Связи кислорода с водородом или углеродом (H-O или C-O) — всегда полярные. Молекулы, в которых много таких связей, несут многочисленные частичные заряды, отрицательные на кислороде и положительные на водороде или углероде. В то же время связь между углеродом и водородом (C-H) считается неполярной: разница в электроотрицательности между этими элементами так мала, что смещение электронов незаметно. Например, молекулы углеводородов в силу этого полностью неполярны, они не несут никаких частичных зарядов ни на каких атомах.

При наличии полярных связей между водородом и кислородом частичные заряды на этих атомах (отрицательные на кислороде и положительные на водороде) притягиваются друг к другу, образуя водородные связи. Эти связи гораздо слабее ковалентных, но могут давать сильный эффект, если их много. Например, именно из-за колоссального количества водородных связей у воды очень высокая теплоемкость — ее трудно нагреть и трудно остудить. Строго говоря, водородная связь может образоваться не только с кислородом, но и с другими электроотрицательными атомами (например, с азотом или фтором).

Любые заряженные частицы в водном растворе гидратируются, то есть окружаются молекулами воды — конечно, по-разному ориентированными в зависимости от того, положительная это частица или отрицательная. Любые ионы, растворенные в воде, на самом деле присутствуют там в гидратированном состоянии, то есть с водной оболочкой. На картинке для примера показана растворенная поваренная соль (NaCl) — образец чисто ионного вещества.

Полярные молекулы (а тем более ионы) хорошо взаимодействуют с водой, образуя с ней водородные связи и (или) подвергаясь гидратации. Такие вещества хорошо растворяются в воде и называются гидрофильными. Неполярные молекулы взаимодействуют с водой гораздо слабее, чем друг с другом. Такие вещества плохо растворяются в воде и называются гидрофобными. Типичные гидрофобные вещества — углеводороды. Типичные гидрофильные вещества — спирты, такие как этанол или показанный на картинке глицерин. Вообще кислородсодержащие соединения углерода, как правило, гидрофильны, если только в них нет совсем уж огромных углеводородных радикалов.

Могут ли подойти для жизни другие растворители, кроме воды? Ответ — да. Например, двуокись углерода (CO 2) при более высоких давлениях, чем наше атмосферное, становится жидкостью и представляет собой хороший гидрофильный растворитель, в котором успешно идут многие биохимические реакции. В этом растворителе могут жить даже земные микроорганизмы: например, на дне Окинавского желоба в Восточно-Китайском море обнаружено целое озеро жидкой углекислоты, в котором постоянно живут довольно разнообразные бактерии (Inagaki et al., 2006).

Некоторые исследователи предполагают, что океаны жидкой двуокиси углерода могут существовать на планетах-“суперземлях” с массой, в несколько раз превосходящей массу Земли (Budisa, Schulze-Makuch, 2014). На картинке — художественное изображение планеты GJ1214b в созвездии Змееносца.

На крупнейшем спутнике Сатурна — Титане — есть углеводородные озера и даже моря, состоящие из метана (CH 4), этана (C 2H 6) и пропана (C 3H 8). Это гидрофобный растворитель, в котором тоже иногда предполагают существование жизни, хотя прямых подтверждений тому пока нет. На картине — пейзаж Титана. Жидкой воды на поверхности Титана нет, там слишком холодно.

Аммиак (NH 3) — гидрофильный растворитель, образующий много водородных связей, в данном случае между водородом и азотом, и напоминающий воду по физико-химическим свойствам. На более холодных планетах, чем Земля, аммиак находится в жидком состоянии и вполне может быть средой для жизни.

Теоретически возможно существование холодных землеподобных планет с аммиачными океанами (на картинке художественное изображение такой планеты). Есть ли там жизнь, никто не знает. Но почему бы и нет? Если насчет альтернатив углеродной жизни есть сомнения, то углеродную жизнь в неводном растворителе представить гораздо легче.

Можно придумать и другие экзотические варианты — например, океан из плавиковой кислоты (HF) на планете, описанной в фантастической повести Ивана Ефремова “Сердце Змеи”. “Люди Земли увидели лиловые волны океана из фтористого водорода, омывавшие берега черных песков, красных утесов и склонов иззубренных гор, светящихся голубым лунным сиянием…” Возвращаясь к земной биохимии, будем помнить, что она — не единственная теоретически возможная.

Источник