Elektrischer Strom in Flüssigkeiten. Bewegung von Ladungen, Anionen, Kationen. Elektrischer Strom in Flüssigkeiten: seine Herkunft, quantitative und qualitative Eigenschaften Was erzeugt einen Strom in Flüssigkeiten

Es entsteht durch die gerichtete Bewegung freier Elektronen und dass dabei keine Veränderungen in der Substanz, aus der der Leiter besteht, auftreten.

Solche Leiter, bei denen der Durchgang eines elektrischen Stroms nicht mit chemischen Veränderungen in ihrer Substanz einhergeht, werden als bezeichnet Dirigenten der ersten Art. Dazu gehören alle Metalle, Kohle und eine Reihe weiterer Stoffe.

Aber auch in der Natur gibt es solche Stromleiter, bei denen beim Stromdurchgang chemische Phänomene auftreten. Diese Dirigenten heißen Dirigenten der zweiten Art. Dazu gehören hauptsächlich verschiedene Lösungen in Wasser von Säuren, Salzen und Laugen.

Wenn Sie Wasser in ein Glasgefäß gießen und ein paar Tropfen Schwefelsäure (oder eine andere Säure oder Lauge) hinzufügen, dann zwei Metallplatten nehmen und Leiter daran befestigen, indem Sie diese Platten in das Gefäß absenken, und einen Strom anschließen Quelle zu den anderen Enden der Leiter über einen Schalter und ein Amperemeter, dann wird Gas aus der Lösung freigesetzt und es wird kontinuierlich fortgesetzt, bis der Stromkreis geschlossen ist. angesäuertes Wasser ist in der Tat ein Leiter. Außerdem beginnen sich die Platten mit Gasblasen zu bedecken. Dann lösen sich diese Blasen von den Platten und kommen heraus.

Wenn ein elektrischer Strom durch die Lösung fließt, treten chemische Veränderungen auf, wodurch Gas freigesetzt wird.

Leiter der zweiten Art werden Elektrolyte genannt, und das Phänomen, das im Elektrolyten auftritt, wenn ein elektrischer Strom durch ihn fließt, ist es.

In den Elektrolyten getauchte Metallplatten werden als Elektroden bezeichnet; Eine davon, die mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist, wird Anode genannt, und die andere, die mit dem Minuspol verbunden ist, wird Kathode genannt.

Was verursacht den Durchgang von elektrischem Strom in einem flüssigen Leiter? Es stellt sich heraus, dass sich in solchen Lösungen (Elektrolyten) Säuremoleküle (Laugen, Salze) unter Einwirkung eines Lösungsmittels (in diesem Fall Wasser) in zwei Komponenten zersetzen und Ein Teilchen des Moleküls hat eine positive elektrische Ladung und das andere eine negative.

Die elektrisch geladenen Teilchen eines Moleküls werden Ionen genannt. Wenn eine Säure, ein Salz oder eine Lauge in Wasser gelöst wird, erscheint eine große Anzahl sowohl positiver als auch negativer Ionen in der Lösung.

Nun sollte klar werden, warum ein elektrischer Strom durch die Lösung floss, denn zwischen den an die Stromquelle angeschlossenen Elektroden entstand dieser, das heißt, eine davon erwies sich als positiv und die andere als negativ geladen. Unter dem Einfluss dieser Potentialdifferenz begannen sich positive Ionen in Richtung der negativen Elektrode – der Kathode – und negative Ionen – in Richtung der Anode zu bewegen.

So ist aus der chaotischen Ionenbewegung eine geordnete Gegenbewegung negativer Ionen in die eine und positiver Ionen in die andere Richtung geworden. Dieser Ladungstransferprozess stellt den Fluss von elektrischem Strom durch den Elektrolyten dar und findet statt, solange eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden besteht. Mit dem Verschwinden der Potentialdifferenz hört der Strom durch den Elektrolyten auf, die geordnete Bewegung der Ionen wird gestört und die chaotische Bewegung setzt wieder ein.

Betrachten Sie als Beispiel das Phänomen der Elektrolyse, wenn ein elektrischer Strom durch eine Lösung aus Kupfersulfat CuSO4 mit darin abgesenkten Kupferelektroden geleitet wird.

Das Phänomen der Elektrolyse, wenn Strom durch eine Kupfersulfatlösung fließt: C - Gefäß mit Elektrolyt, B - Stromquelle, C - Schalter

Es wird auch eine Gegenbewegung von Ionen zu den Elektroden geben. Das positive Ion ist das Kupferion (Cu) und das negative Ion ist das Säurerestion (SO4). Kupferionen werden beim Kontakt mit der Kathode entladen (binden die fehlenden Elektronen an sich), d.h. sie verwandeln sich in neutrale Moleküle aus reinem Kupfer und werden auf der Kathode in Form der dünnsten (molekularen) Schicht abgeschieden.

Negative Ionen, die die Anode erreicht haben, werden ebenfalls entladen (geben überschüssige Elektronen ab). Gleichzeitig gehen sie jedoch mit dem Kupfer der Anode eine chemische Reaktion ein, wodurch ein Molekül Kupfer Cu an den sauren Rest SO4 gebunden wird und ein Molekül Kupfersulfat CuS O4 entsteht, das zurückgeführt wird zurück zum Elektrolyt.

Da dieser chemische Prozess lange dauert, lagert sich Kupfer an der Kathode ab, das aus dem Elektrolyten freigesetzt wird. In diesem Fall erhält der Elektrolyt anstelle der zur Kathode gewanderten Kupfermoleküle durch die Auflösung der zweiten Elektrode - der Anode - neue Kupfermoleküle.

Der gleiche Vorgang tritt auf, wenn anstelle von Kupferelektroden Zinkelektroden verwendet werden und der Elektrolyt eine Lösung von Zinksulfat ZnSO4 ist. Zink wird auch von der Anode zur Kathode übertragen.

Auf diese Weise, Unterschied zwischen elektrischem Strom in Metallen und flüssigen Leitern liegt darin, dass in Metallen nur freie Elektronen, also negative Ladungen, Ladungsträger sind, während sie in Elektrolyten von entgegengesetzt geladenen Materieteilchen getragen werden - Ionen, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Deshalb sagen sie das Elektrolyte haben Ionenleitfähigkeit.

Das Phänomen der Elektrolyse wurde 1837 von B. S. Jacobi entdeckt, der zahlreiche Experimente zur Untersuchung und Verbesserung chemischer Stromquellen durchführte. Jacobi fand, dass eine der in eine Kupfersulfatlösung gelegten Elektroden, wenn ein elektrischer Strom hindurchfließt, mit Kupfer bedeckt wird.

Dieses Phänomen heißt Galvanik, findet jetzt eine extrem breite praktische Anwendung. Ein Beispiel hierfür ist das Beschichten von Metallgegenständen mit einer dünnen Schicht anderer Metalle, also Vernickeln, Vergolden, Versilbern etc.

Gase (einschließlich Luft) leiten unter normalen Bedingungen keinen Strom. Beispielsweise nackt, parallel zueinander aufgehängt, durch eine Luftschicht voneinander isoliert.

Unter dem Einfluss hoher Temperaturen, einer großen Potentialdifferenz und aus anderen Gründen ionisieren Gase jedoch wie flüssige Leiter, d. H. In ihnen treten in großer Zahl Partikel von Gasmolekülen auf, die als Stromträger zum Durchgang beitragen von elektrischem Strom durch das Gas.

Aber gleichzeitig unterscheidet sich die Ionisation eines Gases von der Ionisation eines flüssigen Leiters. Wenn ein Molekül in einer Flüssigkeit in zwei geladene Teile zerfällt, dann werden in Gasen unter Einwirkung der Ionisation immer Elektronen von jedem Molekül getrennt und ein Ion bleibt in Form eines positiv geladenen Teils des Moleküls zurück.

Man muss nur die Ionisation des Gases stoppen, da es aufhört, leitend zu sein, während die Flüssigkeit immer ein Leiter des elektrischen Stroms bleibt. Folglich ist die Leitfähigkeit eines Gases ein vorübergehendes Phänomen, abhängig von der Einwirkung äußerer Ursachen.

Es gibt jedoch noch einen anderen namens Bogenentladung oder nur ein Lichtbogen. Das Phänomen eines Lichtbogens wurde Anfang des 19. Jahrhunderts vom ersten russischen Elektroingenieur V. V. Petrov entdeckt.

V. V. Petrov entdeckte bei zahlreichen Experimenten, dass zwischen zwei an eine Stromquelle angeschlossenen Holzkohlen eine kontinuierliche elektrische Entladung durch die Luft auftritt, begleitet von einem hellen Licht. In seinen Schriften schrieb V. V. Petrov, dass in diesem Fall "der dunkle Frieden ziemlich hell erleuchtet werden kann". So wurde zum ersten Mal elektrisches Licht erhalten, das von einem anderen russischen Elektrowissenschaftler, Pavel Nikolaevich Yablochkov, praktisch angewendet wurde.

"Yablochkov's Candle", dessen Arbeit auf der Verwendung eines elektrischen Lichtbogens basiert, machte damals eine echte Revolution in der Elektrotechnik.

Die Bogenentladung wird auch heute noch als Lichtquelle verwendet, beispielsweise in Suchscheinwerfern und Projektoren. Die hohe Temperatur der Bogenentladung ermöglicht den Einsatz für . Gegenwärtig werden Lichtbogenöfen, die mit sehr hoher Stromstärke betrieben werden, in einer Reihe von Industrien eingesetzt: zum Schmelzen von Stahl, Gusseisen, Ferrolegierungen, Bronze usw. Und 1882 verwendete N. N. Benardos erstmals eine Lichtbogenentladung zum Schneiden und Schweißen von Metall.

In Gaslichtröhren, Leuchtstofflampen, Spannungsstabilisatoren, um Elektronen- und Ionenstrahlen zu erhalten, die sog Glühgasentladung.

Eine Funkenentladung wird verwendet, um große Potentialunterschiede mit einer Kugelstrecke zu messen, deren Elektroden zwei Metallkugeln mit polierter Oberfläche sind. Die Kugeln werden auseinander bewegt und mit einer gemessenen Potentialdifferenz beaufschlagt. Dann werden die Kugeln zusammengebracht, bis ein Funke zwischen ihnen überspringt. Sie kennen den Durchmesser der Kugeln, den Abstand zwischen ihnen, den Druck, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit und finden anhand spezieller Tabellen die Potentialdifferenz zwischen den Kugeln. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um Potentialunterschiede in der Größenordnung von Zehntausenden Volt bis auf wenige Prozent zu messen.

Jeder kennt die Definition von elektrischem Strom. Sie wird als gerichtete Bewegung geladener Teilchen dargestellt. Eine solche Bewegung in verschiedenen Umgebungen weist grundlegende Unterschiede auf. Als grundlegendes Beispiel für dieses Phänomen kann man sich den Fluss und die Ausbreitung von elektrischem Strom in Flüssigkeiten vorstellen. Solche Phänomene sind durch unterschiedliche Eigenschaften gekennzeichnet und unterscheiden sich erheblich von der geordneten Bewegung geladener Teilchen, die unter normalen Bedingungen ohne den Einfluss verschiedener Flüssigkeiten auftritt.

Abbildung 1. Elektrischer Strom in Flüssigkeiten. Author24 - Online-Austausch von Studienarbeiten

Bildung von elektrischem Strom in Flüssigkeiten

Trotz der Tatsache, dass der Prozess der elektrischen Stromleitung mittels Metallvorrichtungen (Leitern) durchgeführt wird, hängt der Strom in Flüssigkeiten von der Bewegung geladener Ionen ab, die solche Atome und Moleküle aus einem bestimmten Grund erworben oder verloren haben. Ein Indikator für eine solche Bewegung ist eine Änderung der Eigenschaften einer bestimmten Substanz, an der die Ionen vorbeigehen. Daher ist es notwendig, sich auf die grundlegende Definition des elektrischen Stroms zu stützen, um ein spezifisches Konzept der Strombildung in verschiedenen Flüssigkeiten zu bilden. Es wird festgestellt, dass die Zersetzung negativ geladener Ionen zur Bewegung in den Bereich der Stromquelle mit positiven Werten beiträgt. Positiv geladene Ionen bewegen sich in solchen Prozessen in die entgegengesetzte Richtung - zu einer negativen Stromquelle.

Flüssigkeitsleiter werden in drei Haupttypen unterteilt:

• Halbleiter;
• Dielektrika;
• Dirigenten.

Bestimmung 1

Elektrolytische Dissoziation ist der Prozess der Zersetzung von Molekülen einer bestimmten Lösung in negativ und positiv geladene Ionen.

Es kann festgestellt werden, dass ein elektrischer Strom in Flüssigkeiten nach einer Änderung der Zusammensetzung und der chemischen Eigenschaften der verwendeten Flüssigkeiten auftreten kann. Dies widerspricht völlig der Theorie der Ausbreitung des elektrischen Stroms auf anderen Wegen bei Verwendung eines herkömmlichen Metallleiters.

Faradays Experimente und Elektrolyse

Der elektrische Stromfluss in Flüssigkeiten ist ein Produkt der Bewegung geladener Ionen. Die mit der Entstehung und Ausbreitung von elektrischem Strom in Flüssigkeiten verbundenen Probleme führten zur Untersuchung des berühmten Wissenschaftlers Michael Faraday. Mit Hilfe zahlreicher praktischer Studien konnte er nachweisen, dass die Masse eines bei der Elektrolyse freigesetzten Stoffes von der Zeit- und Strommenge abhängt. In diesem Fall ist die Zeit wichtig, in der die Experimente durchgeführt wurden.

Der Wissenschaftler konnte auch feststellen, dass bei der Elektrolyse, wenn eine bestimmte Menge eines Stoffes freigesetzt wird, die gleiche Menge an elektrischer Ladung benötigt wird. Diese Größe wurde genau ermittelt und in einem konstanten Wert festgelegt, der als Faraday-Zahl bezeichnet wurde.

Elektrischer Strom hat in Flüssigkeiten unterschiedliche Ausbreitungsbedingungen. Es interagiert mit Wassermolekülen. Sie behindern erheblich jede Bewegung von Ionen, was in Experimenten mit einem herkömmlichen Metallleiter nicht beobachtet wurde. Daraus folgt, dass die Stromerzeugung während elektrolytischer Reaktionen nicht so groß sein wird. Wenn jedoch die Temperatur der Lösung ansteigt, nimmt die Leitfähigkeit allmählich zu. Dies bedeutet, dass die Spannung des elektrischen Stroms zunimmt. Auch bei der Elektrolyse wurde beobachtet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Molekül in negative oder positive Ionenladungen zerfällt, durch die große Anzahl von Molekülen des verwendeten Stoffes oder Lösungsmittels steigt. Wenn die Lösung mit Ionen über einer bestimmten Norm gesättigt ist, tritt der umgekehrte Prozess auf. Die Leitfähigkeit der Lösung beginnt wieder abzunehmen.

Derzeit hat das Elektrolyseverfahren seine Anwendung in vielen Bereichen und Bereichen der Wissenschaft und in der Produktion gefunden. Industrieunternehmen verwenden es bei der Herstellung oder Verarbeitung von Metall. Elektrochemische Reaktionen sind beteiligt an:

• Salzelektrolyse;
• Galvanik;
• Oberflächenpolieren;
• andere Redoxprozesse.

Elektrischer Strom im Vakuum und in Flüssigkeiten

Die Ausbreitung von elektrischem Strom in Flüssigkeiten und anderen Medien ist ein ziemlich komplexer Prozess, der seine eigenen Merkmale, Merkmale und Eigenschaften hat. Tatsache ist, dass in solchen Medien keinerlei Ladungen in den Körpern vorhanden sind, weshalb sie üblicherweise als Dielektrika bezeichnet werden. Das Hauptziel der Forschung war es, solche Bedingungen zu schaffen, unter denen Atome und Moleküle ihre Bewegung beginnen konnten und der Prozess der Erzeugung eines elektrischen Stroms begann. Hierfür ist es üblich, spezielle Mechanismen oder Vorrichtungen zu verwenden. Das Hauptelement solcher modularer Geräte sind Leiter in Form von Metallplatten.

Um die Hauptparameter des Stroms zu bestimmen, müssen bekannte Theorien und Formeln verwendet werden. Am gebräuchlichsten ist das Ohmsche Gesetz. Sie fungiert als universelle Ampere-Kennlinie, bei der das Prinzip der Strom-Spannungs-Abhängigkeit umgesetzt ist. Denken Sie daran, dass die Spannung in Ampere gemessen wird.

Für Experimente mit Wasser und Salz muss ein Gefäß mit Salzwasser vorbereitet werden. Dadurch werden die Prozesse, die bei der Erzeugung eines elektrischen Stroms in Flüssigkeiten ablaufen, praktisch und anschaulich dargestellt. Außerdem sollte die Installation rechteckige Elektroden und Netzteile enthalten. Für eine vollständige Vorbereitung auf Experimente benötigen Sie eine Ampere-Installation. Es hilft, Energie von der Stromversorgung zu den Elektroden zu leiten.

Metallplatten wirken als Leiter. Sie werden in die verwendete Flüssigkeit getaucht und dann wird die Spannung angeschlossen. Die Bewegung der Teilchen beginnt sofort. Es läuft zufällig. Wenn zwischen den Leitern ein Magnetfeld entsteht, wird der gesamte Prozess der Teilchenbewegung geordnet.

Die Ionen beginnen, ihre Ladung zu ändern und sich zu verbinden. So werden Kathoden zu Anoden und Anoden zu Kathoden. In diesem Prozess gibt es auch einige andere wichtige Faktoren zu berücksichtigen:

• Dissoziationsebene;
• Temperatur;
• elektrischer Wiederstand;
• Verwendung von Wechsel- oder Gleichstrom.

Am Ende des Versuchs bildet sich auf den Platten eine Salzschicht.

Fast jeder kennt die Definition von elektrischem Strom als Der springende Punkt ist jedoch, dass sein Ursprung und seine Bewegung in verschiedenen Medien sehr unterschiedlich sind. Insbesondere der elektrische Strom in Flüssigkeiten hat etwas andere Eigenschaften als die gleichen metallischen Leiter.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass der Strom in Flüssigkeiten die Bewegung geladener Ionen ist, dh Atome oder sogar Moleküle, die aus irgendeinem Grund Elektronen verloren oder aufgenommen haben. Gleichzeitig ist einer der Indikatoren für diese Bewegung eine Änderung der Eigenschaften der Substanz, durch die diese Ionen gehen. Basierend auf der Definition des elektrischen Stroms können wir davon ausgehen, dass sich während der Zersetzung negativ geladene Ionen in Richtung positiv und positiv, im Gegenteil, in Richtung negativ bewegen.

Der Prozess der Zersetzung von Lösungsmolekülen in positiv und negativ geladene Ionen wird in der Wissenschaft als elektrolytische Dissoziation bezeichnet. Ein elektrischer Strom in Flüssigkeiten entsteht also dadurch, dass sich im Gegensatz zum gleichen metallischen Leiter die Zusammensetzung und die chemischen Eigenschaften dieser Flüssigkeiten ändern, was zu einem Bewegungsprozess geladener Ionen führt.

Der elektrische Strom in Flüssigkeiten, sein Ursprung, seine quantitativen und qualitativen Eigenschaften waren lange Zeit eines der Hauptprobleme, die der berühmte Physiker M. Faraday untersuchte. Insbesondere konnte er mit Hilfe zahlreicher Experimente nachweisen, dass die Masse des bei der Elektrolyse freigesetzten Stoffes direkt von der Strommenge und der Zeit abhängt, in der diese Elektrolyse durchgeführt wurde. Von anderen Gründen, mit Ausnahme der Art des Stoffes, hängt diese Masse nicht ab.

Darüber hinaus fand Faraday bei der Untersuchung des Stroms in Flüssigkeiten experimentell heraus, dass die gleiche Menge benötigt wird, um ein Kilogramm einer beliebigen Substanz während der Elektrolyse zu isolieren.Diese Menge, die 9,65.10 7 k entspricht, wurde als Faraday-Zahl bezeichnet.

Im Gegensatz zu metallischen Leitern ist der elektrische Strom in Flüssigkeiten eingeschlossen, was die Bewegung der Ionen der Substanz stark erschwert. Insofern kann in jedem Elektrolyten nur eine kleine Spannung erzeugt werden. Wenn gleichzeitig die Temperatur der Lösung ansteigt, steigt ihre Leitfähigkeit und das Feld nimmt zu.

Die Elektrolyse hat eine weitere interessante Eigenschaft. Die Sache ist, dass die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls eines bestimmten Moleküls in positiv und negativ geladene Ionen umso höher ist, je größer die Anzahl der Moleküle der Substanz selbst und des Lösungsmittels ist. Gleichzeitig wird die Lösung zu einem bestimmten Zeitpunkt mit Ionen übersättigt, wonach die Leitfähigkeit der Lösung abzunehmen beginnt. Daher findet die stärkste in einer Lösung statt, in der die Ionenkonzentration extrem niedrig ist, aber der elektrische Strom in solchen Lösungen wird extrem niedrig sein.

Das Elektrolyseverfahren hat in verschiedenen industriellen Produktionen im Zusammenhang mit elektrochemischen Reaktionen breite Anwendung gefunden. Zu den wichtigsten gehören die Herstellung von Metall unter Verwendung von Elektrolyten, die Elektrolyse von chlorhaltigen Salzen und seinen Derivaten, Redoxreaktionen, die Herstellung einer so notwendigen Substanz wie Wasserstoff, Oberflächenpolieren, Galvanisieren. Beispielsweise ist in vielen Unternehmen des Maschinen- und Instrumentenbaus das Veredelungsverfahren weit verbreitet, also die Herstellung von Metall ohne unnötige Verunreinigungen.

Elektrischer Strom in Flüssigkeiten wird durch die Bewegung positiver und negativer Ionen verursacht. Im Gegensatz zu Strom in Leitern, in denen sich Elektronen bewegen. Wenn also in einer Flüssigkeit keine Ionen vorhanden sind, handelt es sich um ein Dielektrikum, beispielsweise destilliertes Wasser. Da Ladungsträger Ionen sind, also Moleküle und Atome eines Stoffes, führt ein elektrischer Stromfluss durch eine solche Flüssigkeit zwangsläufig zu einer Veränderung der chemischen Eigenschaften des Stoffes.

Woher kommen positive und negative Ionen in einer Flüssigkeit? Sagen wir gleich, Ladungsträger können sich nicht in allen Flüssigkeiten bilden. Diejenigen, in denen sie vorkommen, werden als Elektrolyte bezeichnet. Dazu gehören Lösungen von Salzen von Säuren und Laugen. Wenn Sie Salz in Wasser auflösen, nehmen Sie zum Beispiel Kochsalz NaCl zerfällt es unter Einwirkung eines Lösungsmittels, also Wasser, in ein positives Ion N / A ein Kation und ein negatives Ion genannt Kl Anion genannt. Der Prozess der Bildung von Ionen wird als elektrolytische Dissoziation bezeichnet.

Führen wir ein Experiment durch, dazu benötigen wir einen Glaskolben, zwei Metallelektroden, ein Amperemeter und eine Gleichstromquelle. Wir füllen den Kolben mit einer Lösung aus Kochsalz in Wasser. Dann legen wir zwei rechteckige Elektroden in diese Lösung. Wir verbinden die Elektroden über ein Amperemeter mit einer Gleichstromquelle.

Abbildung 1 - Kolben mit Salzlösung

Wenn der Strom zwischen den Platten eingeschaltet wird, entsteht ein elektrisches Feld, unter dessen Wirkung sich Salzionen zu bewegen beginnen. Positive Ionen strömen zur Kathode und negative Ionen zur Anode. Gleichzeitig machen sie eine chaotische Bewegung. Aber gleichzeitig wird unter der Wirkung des Feldes auch ein geordnetes hinzugefügt.

Im Gegensatz zu Leitern, in denen sich nur Elektronen bewegen, also eine Ladungsart, bewegen sich in Elektrolyten zwei Ladungsarten. Dies sind positive und negative Ionen. Sie bewegen sich aufeinander zu.

Wenn das positive Natriumion die Kathode erreicht, erhält es das fehlende Elektron und wird zu einem Natriumatom. Ein ähnlicher Prozess tritt mit dem Chlorion auf. Erst beim Erreichen der Anode gibt das Chlorion ein Elektron ab und verwandelt sich in ein Chloratom. Somit wird der Strom im externen Stromkreis aufgrund der Bewegung von Elektronen aufrechterhalten. Und im Elektrolyten scheinen Ionen Elektronen von einem Pol zum anderen zu transportieren.

Der elektrische Widerstand von Elektrolyten hängt von der Menge der gebildeten Ionen ab. In starken Elektrolyten ist der Dissoziationsgrad beim Auflösen sehr hoch. Die Schwachen sind niedrig. Auch der elektrische Widerstand des Elektrolyten wird durch die Temperatur beeinflusst. Mit seiner Zunahme nimmt die Viskosität der Flüssigkeit ab und schwere und ungeschickte Ionen beginnen sich schneller zu bewegen. Dementsprechend nimmt der Widerstand ab.

Wenn die Salzlösung durch eine Kupfersulfatlösung ersetzt wird. Wenn dann ein Strom hindurchgeleitet wird, wenn das Kupferkation die Kathode erreicht und dort die fehlenden Elektronen aufnimmt, wird es wieder in ein Kupferatom umgewandelt. Und wenn Sie danach die Elektrode entfernen, können Sie Kupferablagerungen darauf finden. Dieser Vorgang wird als Elektrolyse bezeichnet.

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Was sind die Träger des elektrischen Stroms im Vakuum?
Was ist die Natur ihrer Bewegung?

Flüssigkeiten können wie Feststoffe Dielektrika, Leiter und Halbleiter sein. Dielektrika umfassen destilliertes Wasser, Leiter - Lösungen und Schmelzen von Elektrolyten: Säuren, Laugen und Salze. Flüssige Halbleiter sind geschmolzenes Selen, Sulfidschmelzen usw.

elektrolytische Dissoziation.

Wenn Elektrolyte unter dem Einfluss des elektrischen Feldes polarer Wassermoleküle aufgelöst werden, zerfallen Elektrolytmoleküle in Ionen.

Der Zerfall von Molekülen in Ionen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes polarer Wassermoleküle wird genannt elektrolytische Dissoziation.

Grad der Dissoziation- der Anteil der Moleküle in der gelösten Substanz, die in Ionen zerfallen sind.

Der Dissoziationsgrad hängt von der Temperatur, der Konzentration der Lösung und den elektrischen Eigenschaften des Lösungsmittels ab.

Mit steigender Temperatur steigt der Dissoziationsgrad und damit die Konzentration an positiv und negativ geladenen Ionen.

Ionen unterschiedlicher Vorzeichen können sich beim Zusammentreffen wieder zu neutralen Molekülen vereinigen.

Unter konstanten Bedingungen stellt sich in der Lösung ein dynamisches Gleichgewicht ein, bei dem die Anzahl der Moleküle, die pro Sekunde in Ionen zerfallen, gleich der Anzahl der Ionenpaare ist, die in derselben Zeit zu neutralen Molekülen rekombinieren.

Ionenleitung.

Ladungsträger in wässrigen Lösungen oder Elektrolytschmelzen sind positiv und negativ geladene Ionen.

Wenn ein Gefäß mit einer Elektrolytlösung in einen Stromkreis einbezogen wird, beginnen sich negative Ionen in Richtung der positiven Elektrode - der Anode - und positive - in Richtung der negativen - Kathode zu bewegen. Als Ergebnis fließt ein elektrischer Strom durch den Stromkreis.

Man nennt die Leitfähigkeit von wässrigen Lösungen oder Elektrolytschmelzen, die durch Ionen erfolgt Ionenleitfähigkeit.

Elektrolyse. Bei der Ionenleitfähigkeit ist der Stromdurchgang mit der Übertragung von Materie verbunden. An den Elektroden werden Stoffe freigesetzt, die Elektrolyte bilden. An der Anode geben die negativ geladenen Ionen ihre zusätzlichen Elektronen ab (in der Chemie spricht man von einer oxidativen Reaktion), und an der Kathode gewinnen die positiven Ionen die fehlenden Elektronen (Reduktionsreaktion).

Flüssigkeiten können auch elektronische Leitfähigkeit haben. Eine solche Leitfähigkeit besitzen beispielsweise flüssige Metalle.

Der Vorgang der Freisetzung eines Stoffes an der Elektrode, verbunden mit Redoxreaktionen, wird als bezeichnet Elektrolyse.

Was bestimmt die Masse einer in einer bestimmten Zeit freigesetzten Substanz? Offensichtlich ist die Masse m der freigesetzten Substanz gleich dem Produkt der Masse m 0i eines Ions mit der Anzahl N i der Ionen, die während der Zeit Δt die Elektrode erreicht haben:

m = m 0i N. ich . (16.3)

Die Ionenmasse m 0i ist:

wobei M die molare (oder atomare) Masse der Substanz ist und N A die Avogadro-Konstante ist, d.h. die Anzahl der Ionen in einem Mol.

Die Anzahl der Ionen, die die Elektrode erreichen, ist

wobei Δq = IΔt die während der Zeit Δt durch den Elektrolyten geleitete Ladung ist; q 0i ist die Ladung des Ions, die durch die Wertigkeit n des Atoms bestimmt wird: q 0i \u003d ne (e ist die Elementarladung). Bei der Dissoziation von Molekülen, zB KBr, bestehend aus einwertigen Atomen (n = 1), entstehen K + - und Br – -Ionen. Die Dissoziation von Kupfersulfatmolekülen führt zum Auftreten von doppelt geladenen Cu 2+ - und SO 2- 4 -Ionen (n ​​= 2). Durch Einsetzen der Ausdrücke (16.4) und (16.5) in Formel (16.3) und unter Berücksichtigung, dass Δq = IΔt, a q 0i = ne, erhalten wir

Faradaysches Gesetz.

Bezeichnen wir mit k den Proportionalitätskoeffizienten zwischen der Masse m der Substanz und der Ladung Δq = IΔt, die durch den Elektrolyten fließt:

wo F \u003d eN A \u003d 9,65 10 4 C / mol - Faraday-Konstante.

Der Koeffizient k hängt von der Art des Stoffes ab (die Werte von M und n). Nach Formel (16.6) haben wir

m = kIΔt. (16.8)

Faradaysches Gesetz der Elektrolyse:

Die Masse der an der Elektrode während der Zeit Δt freigesetzten Substanz. während des Durchgangs von elektrischem Strom, ist proportional zu der Stärke des Stroms und der Zeit.

Diese theoretisch gewonnene Aussage wurde erstmals von Faraday experimentell festgestellt.

Der Wert k in Formel (16.8) wird aufgerufen elektrochemisches Äquivalent gegebene Substanz und ausgedrückt in Kilogramm pro Anhänger(kg/C).

Aus Formel (16.8) ist ersichtlich, dass der Koeffizient k numerisch gleich der Masse der Substanz ist, die bei der Übertragung einer Ladung von 1 C durch Ionen an den Elektroden freigesetzt wird.

Das elektrochemische Äquivalent hat eine einfache physikalische Bedeutung. Da M / N A \u003d m 0i und en \u003d q 0i, dann nach Formel (16.7) k \u003d rn 0i / q 0i, d.h. k ist das Verhältnis der Ionenmasse zu ihrer Ladung.

Durch Messen der Werte von m und Δq kann man die elektrochemischen Äquivalente verschiedener Substanzen bestimmen.

Sie können die Gültigkeit des Faradayschen Gesetzes durch Erfahrung überprüfen. Lassen Sie uns die in Abbildung (16.25) gezeigte Installation zusammenbauen. Alle drei Elektrolysebäder sind mit der gleichen Elektrolytlösung gefüllt, aber die durch sie fließenden Ströme sind unterschiedlich. Lassen Sie uns die Stärke der Ströme durch I1, I2, I3 bezeichnen. Dann bin ich 1 = ich 2 + ich 3 . Durch Messung der Massen m 1 , m 2 , m 3 der an den Elektroden in verschiedenen Bädern freigesetzten Substanzen kann sichergestellt werden, dass sie proportional zu den entsprechenden Strömen I 1 , I 2 , I 3 sind.

Bestimmung der Elektronenladung.

Mit der Formel (16.6) für die Masse des an der Elektrode freigesetzten Stoffes kann die Elektronenladung bestimmt werden. Aus dieser Formel folgt, dass der Elektronenladungsmodul gleich ist:

Kennt man die Masse m der beim Durchgang der Ladung IΔt freigesetzten Substanz, die Molmasse M, die Wertigkeit von n Atomen und die Avogadro-Konstante N A, kann man den Wert des Elektronenladungsmoduls finden. Es stellt sich heraus, dass er gleich e = 1,6 10 -19 C ist.

Auf diese Weise wurde 1874 erstmals der Wert der elektrischen Elementarladung erhalten.

Anwendung der Elektrolyse. Die Elektrolyse wird in der Technik für verschiedene Zwecke eingesetzt. Bedecken Sie die Oberfläche eines Metalls elektrolytisch mit einer dünnen Schicht eines anderen ( Vernickelung, Verchromung, Vergoldung usw.). Diese dauerhafte Beschichtung schützt die Oberfläche vor Korrosion. Wenn eine gute Ablösung der elektrolytischen Beschichtung von der Oberfläche, auf der das Metall abgeschieden wird, gewährleistet ist (dies wird zum Beispiel durch Aufbringen von Graphit auf die Oberfläche erreicht), dann kann eine Kopie von der Reliefoberfläche erhalten werden.

Der Prozess zum Erhalten von abziehbaren Beschichtungen - Elektrotyp- wurde von dem russischen Wissenschaftler B. S. Jacobi (1801-1874) entwickelt, der diese Methode 1836 anwendete, um Hohlfiguren für die St. Isaaks-Kathedrale in St. Petersburg herzustellen.

Früher wurden in der Druckindustrie Kopien von einer Reliefoberfläche (Stereotypen) von Matrizen (ein Abdruck eines Satzes auf einem Kunststoffmaterial) erhalten, wofür eine dicke Schicht aus Eisen oder einer anderen Substanz auf die Matrizen aufgebracht wurde. Dadurch war es möglich, den Satz in der erforderlichen Auflage zu reproduzieren.

Elektrolyse entfernt Verunreinigungen aus Metallen. So wird aus dem Erz gewonnenes Rohkupfer in Form von dicken Blechen gegossen, die dann als Anoden in ein Bad gelegt werden. Bei der Elektrolyse löst sich das Anodenkupfer auf, wert- und seltenmetallhaltige Verunreinigungen fallen zu Boden und an der Kathode setzt sich reines Kupfer ab.

Aluminium wird durch Elektrolyse aus geschmolzenem Bauxit gewonnen. Es war diese Art der Gewinnung von Aluminium, die es billig und neben Eisen in Technik und Alltag am weitesten verbreitet machte.

Mit Hilfe der Elektrolyse werden elektronische Leiterplatten gewonnen, die als Grundlage aller elektronischen Produkte dienen. Auf das Dielektrikum wird eine dünne Kupferplatte geklebt, auf die mit einer speziellen Farbe ein komplexes Muster von Verbindungsdrähten aufgetragen wird. Dann wird die Platte in einen Elektrolyten gelegt, wo die nicht mit Farbe bedeckten Bereiche der Kupferschicht geätzt werden. Danach wird die Farbe abgewaschen und die Details des Mikroschaltkreises erscheinen auf der Platine.