תמיסות אלקטרוליטים הם נוזלים מיוחדים שהם חלקית או מלאה בצורה של חלקיקים טעונים (יונים). עצם התהליך של פיצול מולקולות לחלקיקים שליליים (אניונים) ובעלי מטען חיובי (קטיונים) נקרא דיסוציאציה אלקטרוליטית. ניתוק בתמיסות אפשרי רק בשל יכולתם של יונים לקיים אינטראקציה עם מולקולות הנוזל הקוטבי, הפועל כממס.
מהם אלקטרוליטים
תמיסות אלקטרוליט מחולקות למימיות ולא מימיות. מים אלה נחקרו די טוב והם נפוצים מאוד. הם נמצאים כמעט בכל אורגניזם חי ומעורבים באופן פעיל בתהליכים ביולוגיים חשובים רבים. אלקטרוליטים לא מימיים משמשים לביצוע תהליכים אלקטרוכימיים ותגובות כימיות שונות. השימוש בהם הוביל להמצאת מקורות אנרגיה כימיים חדשים. הם ממלאים תפקיד חשוב בתאים פוטו-אלקטרוכימיים, סינתזה אורגנית, קבלים אלקטרוליטיים.
ניתן לחלק לפתרונות אלקטרוליט בהתאם למידת הדיסוציאציהחזק, בינוני וחלש. דרגת הדיסוציאציה (α) היא היחס בין מספר המולקולות המפורקות לחלקיקים טעונים למספר הכולל של מולקולות. עבור אלקטרוליטים חזקים, הערך של α מתקרב ל-1, עבור אלקטרוליטים בינוניים α≈0.3, ועבור אלקטרוליטים חלשים α<0, 1.
אלקטרוליטים חזקים כוללים בדרך כלל מלחים, מספר חומצות מסוימות - HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4, הידרוקסידים של בריום, סטרונציום, סידן ומתכות אלקליות. בסיסים וחומצות אחרים הם אלקטרוליטים בינוניים או חלשים.
מאפיינים של פתרונות אלקטרוליטים
היווצרות פתרונות מלווה לעתים קרובות בהשפעות תרמיות ושינויים בנפח. תהליך המסת האלקטרוליט בנוזל מתבצע בשלושה שלבים:
- הרס הקשרים הבין-מולקולריים והכימיים של האלקטרוליט המומס מצריך הוצאה של כמות מסוימת של אנרגיה ולכן חום נספג (∆Нresolved > 0).
- בשלב זה, הממס מתחיל ליצור אינטראקציה עם יוני אלקטרוליטים, וכתוצאה מכך נוצרים סולבטים (בתמיסות מימיות - הידרטים). תהליך זה נקרא solvation והוא אקסותרמי, כלומר. משתחרר חום (∆ Нhydr < 0).
- השלב האחרון הוא דיפוזיה. זוהי חלוקה אחידה של הידרטים (סולבטים) בנפח התמיסה. תהליך זה דורש עלויות אנרגיה ולכן התמיסה מקוררת (∆Нdif > 0).
לפיכך, ניתן לכתוב את ההשפעה התרמית הכוללת של פירוק אלקטרוליטים באופן הבא:
∆Нsolv=∆Нrelease + ∆Нhydr + ∆Н diff
הסימן הסופי להשפעה התרמית הכוללת של פירוק אלקטרוליטים תלוי בהשפעות האנרגיה המרכיבות. תהליך זה הוא בדרך כלל אנדותרמי.
התכונות של תמיסה תלויות בעיקר באופי המרכיבים המרכיבים אותה. בנוסף, תכונות האלקטרוליט מושפעות מהרכב התמיסה, לחץ וטמפרטורה.
בהתאם לתכולת החומר המומס, ניתן לחלק את כל תמיסות האלקטרוליטים לדילול במיוחד (המכיל רק "עקבות" של האלקטרוליט), לדלל (עם תכולה קטנה של החומר המומס) ולרכז (עם תוכן משמעותי של האלקטרוליט).
תגובות כימיות בתמיסות אלקטרוליטים, הנגרמות ממעבר זרם חשמלי, מובילות לשחרור חומרים מסוימים על האלקטרודות. תופעה זו נקראת אלקטרוליזה והיא משמשת לעתים קרובות בתעשייה המודרנית. בפרט, אלקטרוליזה מייצרת אלומיניום, מימן, כלור, נתרן הידרוקסיד, מי חמצן ועוד הרבה חומרים חשובים.
