background image

 

1

 

ELECTROLYTES AND NONELECTROLYTES 

Lec.3 

By : Dr. Tamathir Abbas                                                                          6/12/2015 

ELECTROLYTES AND NONELECTROLYTES 

**Before we can discuss the properties that make a compound an electrolyte, we 
must first understand something about the properties of electricity. 

--Electricity  is  the  flow  of  electrons  in  a  circuit  from  a  battery  or  electrical 
generator  along  a  wire  back  to  the  source.  The  electricity  passing  through  the 
circuit can do work, such as running a motor or providing heat and light. The flow 
of electricity stops if the circuit is broken. An electrical circuit can also contain an 
aqueous solution, as shown in Figure 8-2. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 8-2. An electrical circuit containing a battery, two electrodes, a light bulb, 
and an aqueous solution. Wires connect the battery, the electrodes, and the light 
bulb. The light bulb glows only if the aqueous solution conducts electricity.
  

--The two electrodes are oppositely charged, just like the two poles of the battery. 
For electricity to flow through this circuit after all the connections have been made, 
the solution must be able to conduct electricity. A glowing light bulb indicates that 
electricity is flowing through the circuit. 


background image

 

2

 

** Aqueous solutions either conduct electricity or they do not. One that conducts 
electricity  is  called  an  electrolytic  solution;  one  that  does  not  is  called  a 
nonelectrolytic solution 

--A solute that forms an aqueous electrolytic solution is called an electrolyte. 

♦ Example of electrolytes and nonelectrolytes are given in Table 8-4. 

 In general, the extent to which an electrolyte can break up into ions categorises 
an  electrolyte.  This  gives  a  measure  of  the  degree  of  dissociation  (a)  of  an 
electrolyte.  Based  on  this  degree  the  electrolytes  can  be  classified  as  strong  or 
weak electrolyte and non-electrolyte.  

1- Strong Electrolyte 

        A strong electrolyte dissociates or ionises completely or almost completely to 
form free mobile ions in the solution or molten form. The more the availability of 
free  mobile  ions  in  an  electrolyte,  the  greater  is  its  capacity  to  carry  or  conduct 
current  i.e.  the  stronger  the  electrolyte.  The  ability  to  conduct  current  can  be 
observed by setting up a cell as shown in figure 4.4. The bulb glows brightly. 

 

 

 

 

 

 

For e.g., 

Sodium chloride even in crystalline form consists of ions. But the ions are not 
mobile. When melted or dissolved in water, it dissociates completely into free, 
mobile ions 

 


background image

 

3

 

2-Weak Electrolyte 

       A weak electrolyte ionises or dissociates only partially to form free mobile 
ions. Most of the electrolyte remains as un-ionised molecules.  

--For  example  in  acetic  acid,  the  number  of  its  dissociated  ions  (the  acetate  and 
hydrogen  ions)  is  less  compared  to  the  total  amount  of  acetic  acid  molecules 
present. Similarly in ammonium hydroxide the number of its dissociated ions (the 
ammonium  and  hydroxyl  ions)  are  less  compared  to  the  total  amount  of  the 
molecules present.  

 

 

 

When the number of mobile ions is less in an electrolyte, the lesser is its capacity 
to  carry  or  conduct  current  i.e.  the  weaker  is  the  electrolyte.  This  is  observed  by 
setting up the cell as shown in figure 4.5. The bulb glows less brightly.  

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 


background image

 

4

 

3- Non-electrolyte 

        A  non-electrolyte  does  not  provide  ions  in  a  solution  and  therefore  current 
does  not  flow  through  such  solution.  The  bulb  in  the  given  set  up  does  not  glow 
(Fig.4.6).  Some  examples  of  non-electrolytes  are:  alcohol,  carbon  tetrachloride, 
carbon disulphide.  

 

 

 

 

 

 

 

Examples of Electrolytes  

 Strong electrolyte 

 Weak 

electrolyte 

 Non-electrolyte 

Sea water 

Tap water 

Chemically pure 

water 

Hydrochloric acid 

Carbonic acid 

Alcohol 

Sulphuric acid 

Acetic acid 

Kerosene 

Aqueous copper sulphate 

Ammonium 

hydroxide 

Aqueous sugar 

solution 

Molten lead bromide 

Citric acid 

Carbon disulphide 

Aqueous sodium chloride 

Oxalic acid 

 

Nitric acid 

 

 

Aqueous potassium 

hydroxide 

 

 

 


background image

 

5

 

ARRHEIUS' THEORY OF ELECTROLYTES 

        In  1887the  Swedish  scientist 

Svante  Arrhenius 

proposed  that  molecules 

dissolve in water to form particles that mix completely with solvent molecules.  

**Electrolytes  and  nonelectrolytes  form  different  kinds  of  particles  when  they 
dissolve in water. 

1-  All  the  electrolytes  are  compounds  that  contain  ionic  bonds.  Such  compounds 
are solids at room temperature and contain ions arranged in a crystal lattice. When 
these  compounds  are  dissolves  in  water,  the  ions  are  released  and  they  distribute 
themselves  uniformly  in  the  water.  In  addition  to  salts,  many  compounds  with 
polar covalent bonds also form ions when dissolved in water. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Swedish scientist 

Svante Arrhenius

 

2-  When  nonelectrolytes  dissolve in  water, neutral  molecules rather  than  ions  are 
released.  Pictorial  representations  of  solutions  of  electrolytes  and  nonelectrolytes 
are shown in Figure 5-3. Water molecules surround ions'. Such close association of 
water molecules with an ion is called hydration. We say that the ion is hydrated. 


background image

 

6

 

 

Fig. 8-3. A pictorial representation of (a) an aqueous solution of an electrolyte and (b) an 
aqueous solution of a nonelectrolyte. The open spheres represent water molecules. The spheres 
containing a plus or minus sign represent the ions; the spheroids represent neutral molecules.
 

--According to Arrhenius' model, an aqueous solution of sodium chloride contains 
an equal number of individual sodium and chloride ions, each surrounded by water 
molecules.  

--Thus,  1  mole  of  sodium  chloride  forms  ,1  mole  of  sodium  ions  and  1  mole  of 
chloride ions when dissolved in water.  

**Aqueous solutions of electrolytes are really solutions of hydrated ions. The total 
number of ions formed per mole of electrolyte depends on the chemical formula of 
the electrolyte, as shown in Table 8-5. 

--Thus,  1  mole  of  calcium  chloride  dissolved  in  water  forms  1  mole  of  hydrated 
calcium ions and 2 moles of hydrated chloride ions.  


background image

 

7

 

 

 

 

--We  can  use  Arrhenius'  model  to  explain  how  solutions  of  electrolytes  conduct 
electricity. Let us return to the electrical circuit shown in Figure' 8-2.  

**One of the two electrodes has a positive charge; the other has a negative charge. 
The positive ions (cations) in an electrolytic solution are attracted to the negatively 
charged electrode and move freely in that direction. The negative ions (anions) are 
attracted to the positively charged electrode and move in that direction.  

**This movement of ions in the solution results in a transport of electrical charge 
from  one  electrode  to  the  other.  The  net  effect  is  a  flow  of  electrons  through  the 
solution. This is represented in Figure 8-4.  


background image

 

8

 

 

Fig. 8-4. The passage of an electric current through an electrolytic solution by the movement of 
ions. The spheres containing a plus or minus sign represent ions.
 

♠The situation is different in an aqueous solution of sugar, a nonelectrolyte. The 
sugar  molecules,  surrounded  by  water  molecules,  are  neutral.  When  a  pair  of 
electrodes is placed in this solution, the sugar molecules are not attracted by either 
electrode. Consequently no electric current flows through the solution. 

 

Acids

 are substances that dissociate in water to yield electrically charged atoms 

or molecules, called 

ions

one of which is a 

hydrogen ion

 (H

+

).   

☼Bases 

ionize  in  water  to  yield 

hydroxide  ions

  (OH

).  It  is  now  known  that  the 

hydrogen  ion  cannot  exist  alone  in  water  solution;  rather, it  exists  in  a  combined 
state  with  a  water  molecule,  as  the 

hydronium  ion

  (H

3

O

+

).  In  practice  the 

hydronium ion is still customarily referred to as the hydrogen ion.  

**We  now  have  a  model  of  electrolytic  and  nonelectrolytie  solutions  that  we 
have used to explain the difference in electrical conductivity between the two 
types of solution. This model of solutions has been used successfully to explain 
all  the  physical  properties  of  solutions.  Osmosis  is  one  physical  property  of 
solutions  that  is  vital  to  the  life  of  any  cell.  For  this  reason,  we  will  examine 
this physical property next. 
 


background image

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

How Does a Solution Form? 

☻The ions are solvated (surrounded by solvent). 

☻If the solvent is water, the ions are hydrated

☻The intermolecular force here is ion-dipole. 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

11

 

Diffusion 

•  Solute molecules moving from an area of high concentration to an area of 

low concentration 

–  Random motion drives diffusion 

–  Movement  is  based  on  kinetic  energy  (speed),  charge,  and  mass  of 

molecules 

–  Equilibrium  is  reached  when  there  is  an  even  distribution  of  solute 

molecules 

 

 

 

 

 

Osmosis 

  Semipermeable  membranes  allow  some  particles  to  pass  through  while 

blocking others. 

  In biological systems,  most semipermeable  membranes (such as cell walls) 

allow water to pass through, but block solutes. 

  Osmosis can be demonstrated by use of the U-tube shown in Figure 8-5. We 

place a thin membrane made of cellophane at the bottom of the U-tube. Pure 
water is placed in one arm of the U-tube, and an aqueous solution of glucose 
is placed in the other arm. We make sure that the heights of the columns in 
both arms of the U-tube are equal (Figure 8-5a).  

  --Several  hours  later,  we  find  that  the  height  of  the  column  of  glucose 

solution is greater than the height of the column of pure water (Figure 8-5b). 
For this change to a occur, water must have passed through the membrane. 


background image

 

12

 

Materials  that  only  certain  molecules  to  pass  through  are  called 
semipermeable membranes or osmotic membranes.  

  --In our experiment, cellophane was the semipermeable membrane. In cells, 

the semipermeable membrane is the plasma membrane mentioned earlier.  

Osmosis 

In  osmosis,  there  is  net  movement  of  solvent  from  the  area  of  higher 
solvent concentration
 (lower solute concentration) to the are of  lower 
solvent concentration
 (higher solute concentration). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Water tries to equalize the concentration on both sides until pressure is 
too high. 

♦ There are microscopic pores in the membrane.  

♦ Molecules below a certain size can diffuse through the pores.  

♦ Water molecules can easily diffuse through the pores.  


background image

 

13

 

H.W  :  EXERCISE  8-13  Each  of  the  following  pairs  of  aqueous  solutions  is 
separated  by  an  osmotic  membrane.  In  which  direction  will  the  water  move?  (a) 
water, 1M NaCl (b) 1M glucose, 0.5 M glucose (c) 0.5 M NaBr, 1.0 M NaCl  

 

We can prevent osmosis from occurring by applying pressure to the right arm 

of the U-tube in Figure 8-5. If we apply just the right amount of pressure, we can 
keep  the  heights  of  the  columns  in  both  arms  equal  and  osmosis  does  not  occur. 
The  pressure  needed  to  prevent  osmosis  is  called  the  osmotic  pressure  of  a 
solution.  

Notice  that  a  high  solute  concentration  means  high  osmotic  pressure.  Water 

moves from dilute to more concentrated solutions. The purpose of this movement 
of water is to make the concentrations of the solutions equal.  

Figure:

The development of osmotic pressure.

pure 

solvent

solution

net movement  of solvent

semipermeable 

membrane

solvent 
molecules

solute 
molecules

osmotic  pressure

Applied  pressure 

needed to prevent 

volume increase

 

   

We  must  look  at  the  structure  of  the  osmotic  membrane  at  the 

molecular level to understand osmosis. An osmotic  membrane contains 


background image

 

14

 

small  holes.  The  size  of  these  holes  is  an  important  property,  which 
determines what kinds of molecules will pass through the membrane.  

♣Molecules larger than the holes will not pass through. The membrane 
therefore acts like a molecular sieve. Certain molecules pass through the 
membrane,  and  others  do  not.  This  selectivity  of  the  membrane  is 
responsible for osmosis, as we will learn from the diagram in Figure 8-6.  

 

 

 

 

☺Figure 8-6 shows a molecular view of two aqueous glucose solutions 
of  different  concentrations  separated  by  an  osmotic  membrane.  The 
more concentrated solution is in the right compartment. The holes in the 
osmotic  membrane  are  large  enough  that  water  molecules  can  pass  in 
both directions. But the holes are so small that glucose molecules cannot 
get through. All the molecules in both solutions are in continual motion. 


background image

 

15

 

--As  a  result  of  this  motion,  water  molecules  reach  the  membrane  and 
collide  with  it.  A  water  molecule  that  happens  to  find  a  hole  in  the 
membrane passes through it. 

☼The amount of water in the concentrated solution is less than that in 
the  dilute  solution,  so  the  number  of  water  molecules  that  collide  with 
the membrane is smaller.  

☻As  a  result,  more water  molecules  pass through the  membrane  from 
the  dilute  glucose  solution  to  the  more  concentrated  glucose  solution. 
The  result  is  a  net  movement  of  water  into  the  more  concentrated 
glucose solution. This is visible as an increase in its volume. As shown 
in the following figure .
  

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Hasan Abdulmawjoud
المشاهدات: لقد قام 46 عضواً و 286 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل