Mtengano wa umeme: misingi ya kinadharia ya kemia ya kielektroniki

2025 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2025-01-24 13:26

Mtengano wa kielektroniki una jukumu kubwa katika maisha yetu, ingawa kwa kawaida huwa hatufikirii kulihusu. Ni kwa jambo hili kwamba conductivity ya umeme ya chumvi, asidi na besi katika kati ya kioevu inahusishwa. Kuanzia mapigo ya kwanza ya moyo yanayosababishwa na umeme “hai” katika mwili wa binadamu, ambao ni asilimia themanini ya kioevu, hadi magari, simu za mkononi na vichezeshi, betri ambazo kimsingi ni betri za kielektroniki, mtengano wa umeme unapatikana kila mahali karibu nasi.

Katika vifuniko vikubwa vinavyotoa mafusho yenye sumu kutoka kwa bauxite iliyoyeyushwa kwa joto la juu, chuma "chenye mabawa" - alumini hupatikana kwa uchanganuzi wa umeme. Kila kitu kinachotuzunguka, kutoka kwa grilles za radiator za chrome hadi pete za fedha kwenye masikio yetu, mara mojaau inakabiliwa na ufumbuzi au chumvi iliyoyeyuka, na hivyo kwa jambo hili. Sio bure kwamba kutengana kwa umeme kunachunguzwa na tawi zima la sayansi - electrochemistry.

Inapoyeyushwa, molekuli za kioevu kiyeyushi huingia kwenye kifungo cha kemikali pamoja na molekuli za dutu iliyoyeyushwa, na kutengeneza viyeyushi. Katika suluhisho la maji, chumvi, asidi na besi huathirika zaidi na kutengana. Kama matokeo ya mchakato huu, molekuli za solute zinaweza kuoza kuwa ioni. Kwa mfano, chini ya ushawishi wa kiyeyushi chenye maji, ioni Na⁺ na ioni CI^{- katika fuwele ya ionic ya NaCl hupita kwenye chombo cha kutengenezea katika a ubora mpya wa chembe zilizoyeyushwa (zilizo na maji).}

Hali hii, ambayo kimsingi ni mchakato wa mtengano kamili au kiasi wa dutu iliyoyeyushwa kuwa ayoni kutokana na kitendo cha kiyeyushio, inaitwa "mtengano wa umeme". Utaratibu huu ni muhimu sana kwa electrochemistry. Ya umuhimu mkubwa ni ukweli kwamba utengano wa mifumo tata ya sehemu nyingi ni sifa ya mtiririko wa hatua. Pamoja na jambo hili, pia kuna ongezeko kubwa la idadi ya ioni katika suluhisho, ambayo hutofautisha dutu za elektroliti kutoka kwa zisizo za elektroliti.

Katika mchakato wa electrolysis, ioni huwa na mwelekeo wazi wa harakati: chembe zilizo na chaji chanya (cations) - kwa elektrodi iliyo na chaji hasi, inayoitwa cathode, na ioni chanya (anions) - kwa anode, an electrode na malipo kinyume, ambapo hutolewa. Cations hupunguzwa na anions ni oxidized. Kwa hivyo, kutengana ni mchakato unaoweza kutenduliwa.

Moja ya sifa za kimsingi za mchakato huu wa kemikali ya kielektroniki ni kiwango cha mtengano wa elektroliti, ambao unaonyeshwa kama uwiano wa idadi ya chembe chembe za hidrati kwa jumla ya idadi ya molekuli za dutu iliyoyeyushwa. Kiashiria hiki cha juu, nguvu ya electrolyte ni dutu hii. Kwa msingi huu, dutu zote zimegawanywa katika nguvu dhaifu, za wastani na elektroliti kali.

Kiwango cha kutengana kinategemea mambo yafuatayo: a) asili ya soluti; b) asili ya kutengenezea, dielectric yake mara kwa mara na polarity; c) mkusanyiko wa suluhisho (chini kiashiria hiki, kiwango kikubwa cha kujitenga); d) joto la kati ya kufuta. Kwa mfano, mtengano wa asidi asetiki unaweza kuonyeshwa kwa fomula ifuatayo:

CH₃COOH H⁺ + CH₃COO^-

Elektroliti kali hutengana karibu bila kurekebishwa, kwa kuwa mmumunyo wake wa maji hauna molekuli asili na ayoni zisizo na hidrati. Inapaswa pia kuongezwa kuwa vitu vyote vilivyo na aina ya ionic na covalent polar ya vifungo vya kemikali ni chini ya mchakato wa kujitenga. Nadharia ya kutengana kwa elektroliti iliundwa na mwanafizikia na mwanakemia bora wa Uswidi Svante Arrhenius mnamo 1887.