Was ist ein Elektrolyt?

Stoffe, bei denen der elektrische Strom auf der Bewegung von Ionen beruht, d. h. Ionenleitfähigkeitwerden Elektrolyte genannt. Elektrolyte gehören zu den Leitern des zweiten Typs, da der Strom in ihnen mit chemischen Prozessen zusammenhängt und nicht nur mit der Bewegung von Elektronen, wie in Metallen.

Moleküle dieser Stoffe in Lösung sind zur elektrolytischen Dissoziation fähig, das heißt, sie zerfallen beim Auflösen in positiv geladene (Kationen) und negativ geladene (Anionen) Ionen. In der Natur kommen Festelektrolyte, ionische Schmelzen und Elektrolytlösungen vor. Abhängig von der Art des Lösungsmittels gibt es wässrige und nichtwässrige Elektrolyte sowie eine besondere Art – Polyelektrolyte.

Abhängig von der Art der Ionen, in die der Stoff beim Auflösen in Wasser zerfällt, gibt es Elektrolyte ohne H+- und OH--Ionen (Salzelektrolyte), Elektrolyte mit einer Fülle von H+-Ionen (Säuren) und Elektrolyte mit einem überwiegenden Anteil an OH--Ionen ( Basis) isoliert werden kann.

Wenn bei der Dissoziation von Elektrolytmolekülen gleich viele positive und negative Ionen entstehen, nennt man einen solchen Elektrolyten symmetrisch.Oder asymmetrisch, wenn die Anzahl positiver und negativer Ionen in der Lösung nicht gleich ist. Beispiele für symmetrische Elektrolyte – KCl – 1,1-wertiger Elektrolyt und CaSO4 – 2,2-wertiger Elektrolyt. Ein Vertreter eines asymmetrischen Elektrolyten ist beispielsweise H2TAKA4 – ein 1,2-wertiger Elektrolyt.

Alle Elektrolyte lassen sich grob in starke und schwache Elektrolyte einteilen, abhängig von ihrer Fähigkeit zur Dissoziation. Starke Elektrolyte zerfallen in verdünnten Lösungen fast vollständig in Ionen. Dazu gehören eine Vielzahl anorganischer Salze, einige Säuren und Basen in wässrigen Lösungen oder Lösungsmittel mit hoher Dissoziationskraft, wie Alkohole, Ketone oder Amide.

Schwache Elektrolyte werden nur teilweise zersetzt und stehen mit undissoziierten Molekülen im dynamischen Gleichgewicht. Hierzu zählen eine Vielzahl organischer Säuren sowie viele Basen in Lösungsmitteln.

Der Grad der Dissoziation hängt von mehreren Faktoren ab: Temperatur, Konzentration und Art des Lösungsmittels. Daher wird derselbe Elektrolyt bei verschiedenen Temperaturen oder bei derselben Temperatur, aber in verschiedenen Lösungsmitteln unterschiedlich stark dissoziiert.

Da die elektrolytische Dissoziation per Definition eine größere Anzahl von Partikeln in Lösung erzeugt, führt sie zu erheblichen Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften von Lösungen von Elektrolyten und Substanzen unterschiedlicher Art: Der osmotische Druck steigt, die Gefriertemperatur ändert sich in Abhängigkeit von der Reinheit des Lösungsmittels und andere.

Elektrolytionen nehmen häufig als eigenständige kinetische Einheiten an elektrochemischen Prozessen und chemischen Reaktionen teil, unabhängig von anderen in der Lösung vorhandenen Ionen: An den in den Elektrolyten eingetauchten Elektroden finden beim Stromfluss durch den Elektrolyten Oxidations-Reduktions-Reaktionen statt, deren Produkte die der Elektrolytzusammensetzung zugesetzt werden.

Somit sind Elektrolyte komplexe Stoffsysteme, die Ionen, Lösungsmittelmoleküle, undissoziierte gelöste Moleküle, Ionenpaare und größere Verbindungen umfassen. Daher werden die Eigenschaften von Elektrolyten durch eine Reihe von Faktoren bestimmt: die Art der Ion-Molekül- und Ion-Ion-Wechselwirkungen, Veränderungen in der Struktur des Lösungsmittels in Gegenwart gelöster Partikel usw.

Ionen und Moleküle polarer Elektrolyte interagieren sehr aktiv miteinander, was zur Bildung von Solvatationsstrukturen führt, deren Rolle mit abnehmender Größe der Ionen und zunehmender Wertigkeit der Ionen an Bedeutung gewinnt. Die Solvatationsenergie ist ein Maß für die Wechselwirkung von Elektrolytionen mit Lösungsmittelmolekülen.

Elektrolyte sind je nach Konzentration: verdünnte Lösungen, vorübergehende und konzentrierte. Verdünnte Lösungen ähneln in ihrer Struktur einem reinen Lösungsmittel, allerdings stören die vorhandenen Ionen durch ihren Einfluss diese Struktur. Solche schwachen Lösungen starker Elektrolyte unterscheiden sich aufgrund der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen Ionen in ihren Eigenschaften von idealen Lösungen.

Der Konzentrationsübergangsbereich ist durch eine signifikante Veränderung der Struktur des Lösungsmittels aufgrund des Einflusses von Ionen gekennzeichnet.Bei noch höheren Konzentrationen nehmen die meisten Lösungsmittelmoleküle an Solvatisierungsstrukturen mit Ionen teil, wodurch ein Lösungsmitteldefizit entsteht.

Die konzentrierte Lösung weist eine Struktur auf, die einer ionischen Schmelze oder einem kristallinen Solvat ähnelt und sich durch eine hohe Ordnung und Gleichmäßigkeit der ionischen Strukturen auszeichnet. Diese ionischen Strukturen verbinden sich durch komplexe Wechselwirkungen miteinander und mit Wassermolekülen.

Charakteristisch für Elektrolyte sind Hoch- und Tieftemperaturbereiche ihrer Eigenschaften sowie Hoch- und Normaldruckbereiche. Mit zunehmendem Druck oder steigender Temperatur nimmt die molare Ordnung des Lösungsmittels ab und der Einfluss von Assoziations- und Solationseffekten auf die Eigenschaften der Lösung wird schwächer. Und wenn die Temperatur unter den Schmelzpunkt fällt, gehen einige Elektrolyte in einen glasigen Zustand über. Ein Beispiel für einen solchen Elektrolyten ist eine wässrige Lösung von LiCl.

Elektrolyte spielen heute in der Welt der Technik und Biologie eine besonders wichtige Rolle. In biologischen Prozessen fungieren Elektrolyte als Medium für die anorganische und organische Synthese und in der Technik als Grundlage für die elektrochemische Produktion.

Elektrolyse, Elektrokatalyse, Korrosion von Metallen, Elektrokristallisation – diese Phänomene nehmen in vielen modernen Industrien einen wichtigen Platz ein, insbesondere im Hinblick auf Energie und Umweltschutz.

Siehe auch: Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser – Technologie und Ausrüstung