4.6 : محاليل الإلكتروليت واللا إلكتروليت

المواد التي تخضع إما لتغير فيزيائي أو كيميائي في المحلول لإنتاج أيونات قادرة على توصيل الكهرباء تسمى بالإلكتروليتات. إذا كانت المادة تنتج أيونات في المحلول، أي إذا خضع المركب لتفكك بنسبة 100٪، فإن المادة تكون إلكتروليت قوي. يشار إلى التفكك الكامل بسهم أمامي واحد. على سبيل المثال، تتفكك المركبات الأيونية القابلة للذوبان في الماء مثل كلوريد الصوديوم إلى كاتيونات الصوديوم وأنيونات الكلوريد في محلول مائي.

من الأمثلة الأخرى على الإلكتروليتات القوية هيدروكسيدات المجموعة 1 ومعادن المجموعة 2 والأحماض القوية مثل HCl و HNO₃.

إذا تفكك جزء ضئيل فقط من المادة إلى أيونات، أي إذا خضع المركب لتفكك جزئي في المحلول، فإنه يسمى بالكهرباء الضعيفة. يشار إلى التفكك الجزئي بواسطة سهم قابل للانعكاس. على سبيل المثال، تتأين الأحماض الضعيفة مثل حمض الأسيتيك جزئياً في الماء لإعطاء أيونات الأسيتات وأيونات الهيدرونيوم.

من الأمثلة الأخرى للإلكتروليتات الضعيفة الأملاح ضعيفة الذوبان مثل AgCl و PbCl₂ والقواعد الضعيفة مثل الأمونيا.        

التجاذب الكهروستاتيكي بين أيون وجزيء ثنائي القطب – يسمى التجاذب الأيوني ثنائي القطب & ndash؛ يلعب دوراً مهماً في إذابة المركبات الأيونية في الماء. عندما تذوب المركبات الأيونية في الماء ، تنفصل الأيونات الموجودة في المادة الصلبة وتتشتت بشكل موحد في جميع أنحاء المحلول لأن جزيئات الماء تحيط بالأيونات وتذيبها، مما يقلّل من القوى الكهروستاتيكية القوية بينها.

توصل محاليل المركبات التساهمية الكهرباء لأن جزيئات المُذاب تتفاعل كيميائياً مع المذيب لتنتج أيونات. على سبيل المثال، كلوريد الهيدروجين النقي هو غاز يتكون من جزيئات حمض الهيدروكلوريك التساهمية. هذا الغاز لا يحتوي على أيونات. ومع ذلك، فإن المحلول المائي من حمض الهيدروكلوريك هو موصل جيد جداً، مما يشير إلى وجود تركيز ملحوظ من الأيونات داخل المحلول.

نظرًا لأن حمض الهيدروكلوريك هو حمض، فإن جزيئاته تتفاعل مع الماء، وتحول أيونات +H لتكوين أيونات الهيدرونيوم (H₃O⁺) وأيونات الكلوريد (Cl⁻):

يكتمل هذا التفاعل بشكل أساسي بنسبة 100٪ لـ HCl (إلكتروليت قوي). وبالمثل، فإن الأحماض والقواعد الضعيفة التي تتفاعل جزئياً فقط تولّد تركيزات منخفضة نسبياً من الأيونات عند إذابتها في الماء وتصنف على أنها إلكتروليتات ضعيفة.    

المواد التي لا تنتج أيونات عند إذابتها في الماء تسمى لا الكتروليتات. تذوب هذه المواد كجزيئات محايدة في المحلول، كل منها محاط بجزيئات الماء. على سبيل المثال، يذوب مركب جزيئي مثل السكروز في الماء كجزيئات كاملة.

باختصار ، يمكن تحديد المواد على أنها قوية أو ضعيفة أو لا إلكتروليتات عن طريق قياس التوصيل الكهربائي لمحلول مائي يحتوي على المادة. لتوصيل الكهرباء، يجب أن تحتوي المادة على أنواع متحركة ومشحونة بحرّية. والأكثر شيوعاً هو توصيل الكهرباء عبر الأسلاك المعدنية، وفي هذه الحالة تكون الكيانات المتنقلة المشحونة عبارة عن إلكترونات. قد تقوم المحاليل أيضاً بتوصيل الكهرباء إذا كانت تحتوي على أيونات مذابة، مع زيادة الموصلية بسبب زيادة تركيز الأيونات. يسمح تطبيق جهد على أقطاب كهربائية مغمورة في محلول بتقييم التركيز النسبي للأيونات الذائبة، سواء من الناحية الكمّية، عن طريق قياس تدفق التيار الكهربائي، أو نوعياً، من خلال مراقبة سطوع المصباح الكهربائي المتضمّن في الدائرة.  

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 11.2: Electrolytes.