Ηλεκτρικό ρεύμα σε υγρά. Μετακίνηση φορτίων, κατιόντα ανιόντων. Ηλεκτρικό ρεύμα σε υγρά - θεωρία, ηλεκτρόλυση Μηχανισμός ροής ρεύματος σε υγρά

« Φυσική - 10η τάξη "

Ποιοι είναι οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος στο κενό;
Ποια είναι η φύση της κίνησής τους;

Τα υγρά, όπως και τα στερεά, μπορεί να είναι διηλεκτρικά, αγωγοί και ημιαγωγοί. Τα διηλεκτρικά περιλαμβάνουν απεσταγμένο νερό, αγωγούς - διαλύματα και τήγματα ηλεκτρολυτών: οξέα, αλκάλια και άλατα. Υγροί ημιαγωγοί είναι το λιωμένο σελήνιο, τα τήγματα θειούχων κ.λπ.

ηλεκτρολυτική διάσταση.

Όταν οι ηλεκτρολύτες διαλύονται υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου των μορίων του πολικού νερού, τα μόρια του ηλεκτρολύτη αποσυντίθενται σε ιόντα.

Η αποσύνθεση των μορίων σε ιόντα υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου των μορίων του πολικού νερού ονομάζεται ηλεκτρολυτική διάσταση.

Βαθμός διάσπασης- την αναλογία των μορίων στη διαλυμένη ουσία που έχουν διασπαστεί σε ιόντα.

Ο βαθμός διάστασης εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση του διαλύματος και τις ηλεκτρικές ιδιότητες του διαλύτη.

Με την αύξηση της θερμοκρασίας, ο βαθμός διάστασης αυξάνεται και, κατά συνέπεια, αυξάνεται η συγκέντρωση θετικά και αρνητικά φορτισμένων ιόντων.

Τα ιόντα διαφορετικών ζωδίων, όταν συναντώνται, μπορούν και πάλι να ενωθούν σε ουδέτερα μόρια.

Υπό σταθερές συνθήκες, δημιουργείται μια δυναμική ισορροπία στο διάλυμα, στην οποία ο αριθμός των μορίων που διασπώνται σε ιόντα ανά δευτερόλεπτο είναι ίσος με τον αριθμό των ζευγών ιόντων που ανασυνδυάζονται σε ουδέτερα μόρια ταυτόχρονα.

Ιονική αγωγιμότητα.

Οι φορείς φορτίου σε υδατικά διαλύματα ή τήγματα ηλεκτρολυτών είναι θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα.

Εάν ένα δοχείο με διάλυμα ηλεκτρολύτη περιλαμβάνεται σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, τότε τα αρνητικά ιόντα θα αρχίσουν να κινούνται προς το θετικό ηλεκτρόδιο - την άνοδο, και τα θετικά - προς την αρνητική - κάθοδο. Ως αποτέλεσμα, ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα ρέει μέσω του κυκλώματος.

Η αγωγιμότητα των υδατικών διαλυμάτων ή των τήξεων ηλεκτρολυτών, η οποία πραγματοποιείται από ιόντα, ονομάζεται ιοντική αγωγιμότητα.

Ηλεκτρόλυση.Με την ιοντική αγωγιμότητα, η διέλευση του ρεύματος συνδέεται με τη μεταφορά της ύλης. Στα ηλεκτρόδια απελευθερώνονται ουσίες που αποτελούν τους ηλεκτρολύτες. Στην άνοδο, τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα δίνουν τα επιπλέον ηλεκτρόνια τους (στη χημεία, αυτό ονομάζεται οξειδωτική αντίδραση), και στην κάθοδο, τα θετικά ιόντα αποκτούν τα ηλεκτρόνια που λείπουν (αντίδραση αναγωγής).

Τα υγρά μπορούν επίσης να έχουν ηλεκτρονική αγωγιμότητα. Τέτοια αγωγιμότητα κατέχουν, για παράδειγμα, υγρά μέταλλα.

Η διαδικασία απελευθέρωσης μιας ουσίας στο ηλεκτρόδιο, που σχετίζεται με αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, ονομάζεται ηλεκτρόλυση.

Τι καθορίζει τη μάζα μιας ουσίας που απελευθερώνεται σε δεδομένο χρόνο; Προφανώς, η μάζα m της απελευθερωμένης ουσίας είναι ίση με το γινόμενο της μάζας m 0i ενός ιόντος με τον αριθμό N i των ιόντων που έχουν φτάσει στο ηλεκτρόδιο κατά τη διάρκεια του χρόνου Δt:

m = m 0i N i. (16.3)

Η μάζα ιόντων m 0i είναι:

όπου M είναι η μοριακή (ή ατομική) μάζα της ουσίας και N A είναι η σταθερά Avogadro, δηλαδή ο αριθμός των ιόντων σε ένα mole.

Ο αριθμός των ιόντων που φτάνουν στο ηλεκτρόδιο είναι

όπου Δq = IΔt είναι το φορτίο που διέρχεται από τον ηλεκτρολύτη κατά τη διάρκεια του χρόνου Δt. q 0i είναι το φορτίο του ιόντος, το οποίο καθορίζεται από το σθένος n του ατόμου: q 0i \u003d ne (e είναι το στοιχειώδες φορτίο). Κατά τη διάσταση μορίων, για παράδειγμα KBr, που αποτελούνται από μονοσθενή άτομα (n = 1), εμφανίζονται ιόντα K + και Br -. Η διάσταση των μορίων θειικού χαλκού οδηγεί στην εμφάνιση διπλά φορτισμένων ιόντων Cu 2+ και SO 2- 4 (n = 2). Αντικαθιστώντας τις εκφράσεις (16.4) και (16.5) στον τύπο (16.3) και λαμβάνοντας υπόψη ότι Δq = IΔt, a q 0i = ne, λαμβάνουμε

Ο νόμος του Faraday.

Ας συμβολίσουμε με k τον συντελεστή αναλογικότητας μεταξύ της μάζας m της ουσίας και του φορτίου Δq = IΔt που διέρχεται από τον ηλεκτρολύτη:

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

Ο συντελεστής k εξαρτάται από τη φύση της ουσίας (τις τιμές των M και n). Σύμφωνα με τον τύπο (16.6) έχουμε

m = kIΔt. (16.8)

Ο νόμος του Faraday για την ηλεκτρόλυση:

Η μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται στο ηλεκτρόδιο κατά το χρόνο Δt. κατά τη διάρκεια της διέλευσης του ηλεκτρικού ρεύματος, είναι ανάλογη με την ισχύ του ρεύματος και του χρόνου.

Αυτή η δήλωση, που ελήφθη θεωρητικά, καθιερώθηκε για πρώτη φορά πειραματικά από τον Faraday.

Η τιμή k στον τύπο (16.8) ονομάζεται ηλεκτροχημικό ισοδύναμοδεδομένης ουσίας και εκφράζεται σε κιλά ανά μενταγιόν(kg/C).

Από τον τύπο (16.8) φαίνεται ότι ο συντελεστής k είναι αριθμητικά ίσος με τη μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται στα ηλεκτρόδια κατά τη μεταφορά φορτίου 1 C από ιόντα.

Το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο έχει απλή φυσική σημασία. Δεδομένου ότι M / N A \u003d m 0i και en \u003d q 0i, τότε σύμφωνα με τον τύπο (16.7) k \u003d rn 0i / q 0i, δηλ. k είναι ο λόγος της μάζας ιόντων προς το φορτίο του.

Μετρώντας τις τιμές των m και Δq, μπορεί κανείς να προσδιορίσει τα ηλεκτροχημικά ισοδύναμα διαφόρων ουσιών.

Μπορείτε να επαληθεύσετε την εγκυρότητα του νόμου του Faraday από την εμπειρία. Ας συναρμολογήσουμε την εγκατάσταση που φαίνεται στην Εικόνα (16.25). Και τα τρία ηλεκτρολυτικά λουτρά γεμίζουν με το ίδιο διάλυμα ηλεκτρολύτη, αλλά τα ρεύματα που διέρχονται από αυτά είναι διαφορετικά. Ας υποδηλώσουμε την ισχύ των ρευμάτων μέσω I1, I2, I3. Τότε I 1 = I 2 + I 3 . Μετρώντας τις μάζες m 1 , m 2 , m 3 των ουσιών που απελευθερώνονται στα ηλεκτρόδια σε διαφορετικά λουτρά, μπορεί κανείς να βεβαιωθεί ότι είναι ανάλογες με τα αντίστοιχα ρεύματα I 1 , I 2 , I 3 .

Προσδιορισμός του φορτίου ηλεκτρονίων.

Ο τύπος (16.6) για τη μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται στο ηλεκτρόδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του φορτίου ηλεκτρονίων. Από αυτόν τον τύπο προκύπτει ότι ο συντελεστής φόρτισης ηλεκτρονίων είναι ίσος με:

Γνωρίζοντας τη μάζα m της απελευθερωμένης ουσίας κατά τη διέλευση του φορτίου IΔt, τη μοριακή μάζα M, το σθένος n ατόμων και τη σταθερά Avogadro N A, μπορεί κανείς να βρει την τιμή του συντελεστή φόρτισης ηλεκτρονίων. Αποδεικνύεται ότι είναι ίσο με e = 1,6 10 -19 C.

Με αυτόν τον τρόπο λήφθηκε για πρώτη φορά η τιμή του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου το 1874.

Εφαρμογή ηλεκτρόλυσης.Η ηλεκτρόλυση χρησιμοποιείται ευρέως στη μηχανική για διάφορους σκοπούς. Καλύψτε ηλεκτρολυτικά την επιφάνεια ενός μετάλλου με ένα λεπτό στρώμα άλλου ( επινικελωμένη, επιχρωμίωση, επιχρυσωμένηκαι ούτω καθεξής.). Αυτή η ανθεκτική επίστρωση προστατεύει την επιφάνεια από τη διάβρωση. Εάν εξασφαλίζεται καλό ξεφλούδισμα της ηλεκτρολυτικής επίστρωσης από την επιφάνεια στην οποία εναποτίθεται το μέταλλο (αυτό επιτυγχάνεται, για παράδειγμα, με την εφαρμογή γραφίτη στην επιφάνεια), τότε μπορεί να ληφθεί ένα αντίγραφο από την ανάγλυφη επιφάνεια.

Η διαδικασία λήψης αποφλοιώσιμων επιστρώσεων - ηλεκτροτυπία- αναπτύχθηκε από τον Ρώσο επιστήμονα B. S. Jacobi (1801-1874), ο οποίος το 1836 εφάρμοσε αυτή τη μέθοδο για να φτιάξει κοίλες φιγούρες για τον καθεδρικό ναό του Αγίου Ισαάκ στην Αγία Πετρούπολη.

Προηγουμένως, στη βιομηχανία εκτύπωσης, αντίγραφα από μια ανάγλυφη επιφάνεια (στερεότυπα) λαμβάνονταν από μήτρες (αποτύπωμα ενός σετ σε πλαστικό υλικό), για τις οποίες ένα παχύ στρώμα σιδήρου ή άλλης ουσίας εναποτέθηκε στις μήτρες. Αυτό κατέστησε δυνατή την αναπαραγωγή του σετ στον απαιτούμενο αριθμό αντιγράφων.

Η ηλεκτρόλυση απομακρύνει τις ακαθαρσίες από τα μέταλλα. Έτσι, ο ακατέργαστος χαλκός που λαμβάνεται από το μετάλλευμα χυτεύεται με τη μορφή χοντρών φύλλων, τα οποία στη συνέχεια τοποθετούνται σε λουτρό ως άνοδοι. Κατά την ηλεκτρόλυση, ο χαλκός της ανόδου διαλύεται, ακαθαρσίες που περιέχουν πολύτιμα και σπάνια μέταλλα πέφτουν στον πυθμένα και καθαρός χαλκός κατακάθεται στην κάθοδο.

Το αλουμίνιο λαμβάνεται από τηγμένο βωξίτη με ηλεκτρόλυση. Αυτή η μέθοδος απόκτησης αλουμινίου ήταν που το έκανε φθηνό και, μαζί με το σίδηρο, το πιο συνηθισμένο στην τεχνολογία και την καθημερινή ζωή.

Με τη βοήθεια της ηλεκτρόλυσης, λαμβάνονται ηλεκτρονικές πλακέτες κυκλωμάτων, οι οποίες χρησιμεύουν ως βάση όλων των ηλεκτρονικών προϊόντων. Μια λεπτή πλάκα χαλκού είναι κολλημένη πάνω στο διηλεκτρικό, πάνω στο οποίο εφαρμόζεται ένα περίπλοκο σχέδιο συρμάτων σύνδεσης με ειδική βαφή. Στη συνέχεια η πλάκα τοποθετείται σε έναν ηλεκτρολύτη, όπου χαράσσονται οι περιοχές του στρώματος χαλκού που δεν καλύπτονται με χρώμα. Μετά από αυτό, το χρώμα ξεπλένεται και οι λεπτομέρειες του μικροκυκλώματος εμφανίζονται στην πλακέτα.

Απολύτως όλοι γνωρίζουν ότι τα υγρά μπορούν να μεταφέρουν τέλεια την ηλεκτρική ενέργεια. Και είναι επίσης γνωστό ότι όλοι οι αγωγοί χωρίζονται σε πολλές υποομάδες ανάλογα με τον τύπο τους. Προτείνουμε να εξετάσουμε στο άρθρο μας πώς πραγματοποιείται ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε υγρά, μέταλλα και άλλους ημιαγωγούς, καθώς και τους νόμους της ηλεκτρόλυσης και τους τύπους της.

Θεωρία ηλεκτρόλυσης

Για να καταλάβουμε ευκολότερα τι διακυβεύεται, προτείνουμε να ξεκινήσουμε με τη θεωρία ότι ο ηλεκτρισμός, αν θεωρήσουμε ένα ηλεκτρικό φορτίο ως είδος υγρού, είναι γνωστός για περισσότερα από 200 χρόνια. Τα φορτία αποτελούνται από μεμονωμένα ηλεκτρόνια, αλλά αυτά είναι τόσο μικρά που κάθε μεγάλο φορτίο συμπεριφέρεται σαν μια συνεχής ροή, ένα υγρό.

Όπως τα σώματα στερεού τύπου, οι αγωγοί υγρών μπορούν να είναι τριών τύπων:

• ημιαγωγοί (σελήνιο, σουλφίδια και άλλα).
• διηλεκτρικά (αλκαλικά διαλύματα, άλατα και οξέα).
• αγωγοί (ας πούμε, σε ένα πλάσμα).

Η διαδικασία κατά την οποία οι ηλεκτρολύτες διαλύονται και τα ιόντα αποσυντίθενται υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού μοριακού πεδίου ονομάζεται διάσταση. Με τη σειρά του, η αναλογία των μορίων που έχουν διασπαστεί σε ιόντα, ή τα διασπασμένα ιόντα σε μια διαλυμένη ουσία, εξαρτάται εξ ολοκλήρου από τις φυσικές ιδιότητες και τη θερμοκρασία σε διάφορους αγωγούς και τήγματα. Φροντίστε να θυμάστε ότι τα ιόντα μπορούν να ανασυνδυαστούν ή να ανασυνδυαστούν. Εάν οι συνθήκες δεν αλλάξουν, τότε ο αριθμός των διασπασμένων ιόντων και των ενωμένων θα είναι εξίσου ανάλογος.

Στους ηλεκτρολύτες τα ιόντα άγουν ενέργεια, γιατί. μπορεί να είναι τόσο θετικά φορτισμένα σωματίδια όσο και αρνητικά. Κατά τη σύνδεση του υγρού (ή μάλλον, του δοχείου με το υγρό στην παροχή ρεύματος), τα σωματίδια θα αρχίσουν να κινούνται προς αντίθετα φορτία (θετικά ιόντα θα αρχίσουν να έλκονται στις κάθοδοι και τα αρνητικά ιόντα στις άνοδοι). Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια μεταφέρεται απευθείας από ιόντα, επομένως αυτός ο τύπος αγωγιμότητας ονομάζεται ιοντικός.

Κατά τη διάρκεια αυτού του τύπου αγωγιμότητας, το ρεύμα μεταφέρεται από ιόντα και απελευθερώνονται ουσίες στα ηλεκτρόδια που αποτελούν συστατικά των ηλεκτρολυτών. Από χημική άποψη, συμβαίνει οξείδωση και αναγωγή. Έτσι, το ηλεκτρικό ρεύμα σε αέρια και υγρά μεταφέρεται μέσω ηλεκτρόλυσης.

Οι νόμοι της φυσικής και το ρεύμα στα υγρά

Η ηλεκτρική ενέργεια στα σπίτια και τις συσκευές μας συνήθως δεν μεταδίδεται με μεταλλικά καλώδια. Σε ένα μέταλλο, τα ηλεκτρόνια μπορούν να μετακινηθούν από άτομο σε άτομο και έτσι να φέρουν αρνητικό φορτίο.

Όπως τα υγρά, οδηγούνται με τη μορφή ηλεκτρικής τάσης, γνωστής ως τάση, μετρούμενη σε μονάδες βολτ, σύμφωνα με τον Ιταλό επιστήμονα Alessandro Volta.

Βίντεο: Ηλεκτρικό ρεύμα σε υγρά: μια πλήρης θεωρία

Επίσης, το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει από την υψηλή τάση στη χαμηλή τάση και μετράται σε μονάδες γνωστές ως αμπέρ, που ονομάζονται από τον André-Marie Ampère. Και σύμφωνα με τη θεωρία και τον τύπο, εάν αυξήσετε την τάση, τότε η δύναμή της θα αυξηθεί επίσης αναλογικά. Αυτή η σχέση είναι γνωστή ως νόμος του Ohm. Για παράδειγμα, το χαρακτηριστικό εικονικού ρεύματος είναι παρακάτω.

Ο νόμος του Ohm (με πρόσθετες λεπτομέρειες για το μήκος και το πάχος του σύρματος) είναι συνήθως ένα από τα πρώτα πράγματα που διδάσκονται στα μαθήματα φυσικής και πολλοί μαθητές και δάσκαλοι θεωρούν το ηλεκτρικό ρεύμα σε αέρια και υγρά ως βασικό νόμο στη φυσική.

Για να δείτε με τα μάτια σας την κίνηση των φορτίων, πρέπει να προετοιμάσετε μια φιάλη με αλμυρό νερό, επίπεδα ορθογώνια ηλεκτρόδια και πηγές ενέργειας, θα χρειαστείτε επίσης μια εγκατάσταση αμπερόμετρου, με τη βοήθεια της οποίας θα διοχετεύεται ενέργεια από την ισχύ παροχή στα ηλεκτρόδια.

Οι πλάκες που λειτουργούν ως αγωγοί πρέπει να χαμηλωθούν στο υγρό και να ενεργοποιηθεί η τάση. Μετά από αυτό, θα αρχίσει η χαοτική κίνηση των σωματιδίων, αλλά όπως μετά την εμφάνιση ενός μαγνητικού πεδίου μεταξύ των αγωγών, θα διαταχθεί αυτή η διαδικασία.

Μόλις τα ιόντα αρχίσουν να αλλάζουν φορτία και να συνδυάζονται, οι άνοδοι γίνονται κάθοδοι και οι κάθοδοι γίνονται άνοδοι. Αλλά εδώ πρέπει να λάβετε υπόψη την ηλεκτρική αντίσταση. Φυσικά, η θεωρητική καμπύλη παίζει σημαντικό ρόλο, αλλά η κύρια επιρροή είναι η θερμοκρασία και το επίπεδο διάστασης (ανάλογα με το ποιοι φορείς επιλέγονται), καθώς και η επιλογή εναλλασσόμενου ρεύματος ή συνεχούς ρεύματος. Ολοκληρώνοντας αυτή την πειραματική μελέτη, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι ένα λεπτό στρώμα αλατιού έχει σχηματιστεί σε στερεά σώματα (μεταλλικές πλάκες).

Ηλεκτρόλυση και κενό

Το ηλεκτρικό ρεύμα στο κενό και τα υγρά είναι ένα αρκετά περίπλοκο ζήτημα. Το γεγονός είναι ότι σε τέτοια μέσα δεν υπάρχουν χρεώσεις στα σώματα, πράγμα που σημαίνει ότι είναι διηλεκτρικό. Με άλλα λόγια, στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε συνθήκες ώστε ένα άτομο ενός ηλεκτρονίου να μπορεί να ξεκινήσει την κίνησή του.

Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να χρησιμοποιήσετε μια αρθρωτή συσκευή, αγωγούς και μεταλλικές πλάκες και στη συνέχεια να προχωρήσετε όπως στην παραπάνω μέθοδο.

Εφαρμογή ηλεκτρόλυσης

Αυτή η διαδικασία εφαρμόζεται σχεδόν σε όλους τους τομείς της ζωής. Ακόμη και η πιο στοιχειώδης εργασία μερικές φορές απαιτεί την παρέμβαση ηλεκτρικού ρεύματος σε υγρά, ας πούμε,

Με τη βοήθεια αυτής της απλής διαδικασίας, τα στερεά σώματα επικαλύπτονται με το λεπτότερο στρώμα οποιουδήποτε μετάλλου, για παράδειγμα, επινικελίωση ή επιχρωμίωση. αυτός είναι ένας από τους πιθανούς τρόπους για την καταπολέμηση των διεργασιών διάβρωσης. Παρόμοιες τεχνολογίες χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μετασχηματιστών, μετρητών και άλλων ηλεκτρικών συσκευών.

Ελπίζουμε ότι το σκεπτικό μας έχει απαντήσει σε όλα τα ερωτήματα που προκύπτουν κατά τη μελέτη του φαινομένου του ηλεκτρικού ρεύματος στα υγρά. Εάν χρειάζεστε καλύτερες απαντήσεις, σας συμβουλεύουμε να επισκεφτείτε το φόρουμ ηλεκτρολόγων, όπου θα χαρείτε να συμβουλευτείτε δωρεάν.

Όσον αφορά τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες, τα υγρά είναι πολύ διαφορετικά. Τα τηγμένα μέταλλα, όπως και τα μέταλλα σε στερεά κατάσταση, έχουν υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα που σχετίζεται με υψηλή συγκέντρωση ελεύθερων ηλεκτρονίων.

Πολλά υγρά, όπως το καθαρό νερό, το οινόπνευμα, η κηροζίνη, είναι καλά διηλεκτρικά, αφού τα μόριά τους είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και δεν υπάρχουν ελεύθεροι φορείς φορτίου σε αυτά.

ηλεκτρολύτες. Μια ειδική κατηγορία υγρών είναι οι λεγόμενοι ηλεκτρολύτες, οι οποίοι περιλαμβάνουν υδατικά διαλύματα ανόργανων οξέων, αλάτων και βάσεων, τήγματα ιοντικών κρυστάλλων κ.λπ. Οι ηλεκτρολύτες χαρακτηρίζονται από την παρουσία υψηλών συγκεντρώσεων ιόντων, που καθιστούν δυνατή την ρεύμα να περάσει. Αυτά τα ιόντα προκύπτουν κατά την τήξη και κατά τη διάλυση, όταν, υπό την επίδραση των ηλεκτρικών πεδίων των μορίων του διαλύτη, τα μόρια της διαλυμένης ουσίας αποσυντίθενται σε ξεχωριστά θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ηλεκτρολυτική διάσταση.

ηλεκτρολυτική διάσταση.Ο βαθμός διάστασης a μιας δεδομένης ουσίας, δηλαδή η αναλογία των μορίων της διαλυμένης ουσίας που αποσυντίθεται σε ιόντα, εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση του διαλύματος και τη διαπερατότητα του διαλύτη. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο βαθμός διάστασης αυξάνεται. Τα ιόντα με αντίθετα σημεία μπορούν να ανασυνδυαστούν, ενώνοντας ξανά σε ουδέτερα μόρια. Υπό σταθερές εξωτερικές συνθήκες, δημιουργείται μια δυναμική ισορροπία στο διάλυμα, στην οποία οι διαδικασίες ανασυνδυασμού και διάστασης αντισταθμίζουν η μία την άλλη.

Ποιοτικά, η εξάρτηση του βαθμού διάστασης a από τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας μπορεί να εξακριβωθεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο απλό συλλογισμό. Εάν μια μονάδα όγκου περιέχει μόρια μιας διαλυμένης ουσίας, τότε μερικά από αυτά διαχωρίζονται και τα υπόλοιπα δεν διαχωρίζονται. Ο αριθμός των στοιχειωδών πράξεων διάστασης ανά μονάδα όγκου του διαλύματος είναι ανάλογος με τον αριθμό των μη διασπασμένων μορίων και επομένως ισούται όπου Α είναι ένας συντελεστής ανάλογα με τη φύση του ηλεκτρολύτη και τη θερμοκρασία. Ο αριθμός των ενεργειών ανασυνδυασμού είναι ανάλογος με τον αριθμό των συγκρούσεων ανόμοιων ιόντων, δηλαδή ανάλογος με τον αριθμό αυτών και άλλων ιόντων. Επομένως, είναι ίσο με το όπου Β είναι ένας συντελεστής που είναι σταθερός για μια δεδομένη ουσία σε μια ορισμένη θερμοκρασία.

Σε κατάσταση δυναμικής ισορροπίας

Η αναλογία δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση Μπορεί να φανεί ότι όσο χαμηλότερη είναι η συγκέντρωση του διαλύματος, τόσο πιο κοντά στο α είναι η ενότητα: σε πολύ αραιά διαλύματα, σχεδόν όλα τα μόρια της διαλυμένης ουσίας διαχωρίζονται.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διηλεκτρική σταθερά του διαλύτη, τόσο πιο εξασθενημένοι είναι οι ιοντικοί δεσμοί στα μόρια της διαλυμένης ουσίας και, κατά συνέπεια, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός διάστασης. Έτσι, το υδροχλωρικό οξύ δίνει έναν ηλεκτρολύτη με υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα όταν διαλυθεί στο νερό, ενώ το διάλυμά του σε αιθυλαιθέρα είναι πολύ φτωχός αγωγός του ηλεκτρισμού.

Ασυνήθιστοι ηλεκτρολύτες.Υπάρχουν επίσης πολύ ασυνήθιστοι ηλεκτρολύτες. Για παράδειγμα, ο ηλεκτρολύτης είναι γυαλί, το οποίο είναι ένα εξαιρετικά υπερψυκτικό υγρό με τεράστιο ιξώδες. Όταν θερμαίνεται, το γυαλί μαλακώνει και το ιξώδες του μειώνεται πολύ. Τα ιόντα νατρίου που υπάρχουν στο γυαλί αποκτούν αξιοσημείωτη κινητικότητα και η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος καθίσταται δυνατή, αν και το γυαλί είναι καλός μονωτής σε συνηθισμένες θερμοκρασίες.

Ρύζι. 106. Επίδειξη της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του γυαλιού όταν θερμαίνεται

Μια σαφής απόδειξη αυτού μπορεί να χρησιμεύσει ως πείραμα, το σχήμα του οποίου φαίνεται στο Σχ. 106. Μια γυάλινη ράβδος συνδέεται στο δίκτυο φωτισμού μέσω ρεοστάτη Ενώ η ράβδος είναι κρύα, το ρεύμα στο κύκλωμα είναι αμελητέα λόγω της υψηλής αντίστασης του γυαλιού. Εάν το ραβδί θερμαίνεται με καυστήρα αερίου σε θερμοκρασία 300-400 ° C, τότε η αντίστασή του θα πέσει σε αρκετές δεκάδες ohms και το νήμα του λαμπτήρα L θα ζεσταθεί. Τώρα μπορείτε να βραχυκυκλώσετε τη λάμπα με το πλήκτρο K. Σε αυτήν την περίπτωση, η αντίσταση του κυκλώματος θα μειωθεί και το ρεύμα θα αυξηθεί. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, η ράβδος θα θερμαίνεται αποτελεσματικά με ηλεκτρικό ρεύμα και θα θερμαίνεται σε φωτεινή λάμψη, ακόμη και αν αφαιρεθεί ο καυστήρας.

Ιονική αγωγιμότητα.Η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος στον ηλεκτρολύτη περιγράφεται από το νόμο του Ohm

Ένα ηλεκτρικό ρεύμα στον ηλεκτρολύτη εμφανίζεται σε μια αυθαίρετα μικρή εφαρμοζόμενη τάση.

Οι φορείς φορτίου στον ηλεκτρολύτη είναι θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Ο μηχανισμός της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των ηλεκτρολυτών είναι από πολλές απόψεις παρόμοιος με τον μηχανισμό ηλεκτρικής αγωγιμότητας των αερίων που περιγράφηκε παραπάνω. Οι κύριες διαφορές οφείλονται στο γεγονός ότι στα αέρια η αντίσταση στην κίνηση των φορέων φορτίου οφείλεται κυρίως στις συγκρούσεις τους με ουδέτερα άτομα. Στους ηλεκτρολύτες, η κινητικότητα των ιόντων οφείλεται στην εσωτερική τριβή - ιξώδες - όταν κινούνται σε έναν διαλύτη.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η αγωγιμότητα των ηλεκτρολυτών, σε αντίθεση με τα μέταλλα, αυξάνεται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας, ο βαθμός διάστασης αυξάνεται και το ιξώδες μειώνεται.

Σε αντίθεση με την ηλεκτρονική αγωγιμότητα, η οποία είναι χαρακτηριστική των μετάλλων και των ημιαγωγών, όπου η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος δεν συνοδεύεται από καμία αλλαγή στη χημική σύνθεση της ουσίας, η ιοντική αγωγιμότητα σχετίζεται με τη μεταφορά της ύλης

και την απελευθέρωση ουσιών που αποτελούν μέρος των ηλεκτρολυτών στα ηλεκτρόδια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ηλεκτρόλυση.

Ηλεκτρόλυση.Όταν μια ουσία απελευθερώνεται στο ηλεκτρόδιο, η συγκέντρωση των αντίστοιχων ιόντων στην περιοχή του ηλεκτρολύτη δίπλα στο ηλεκτρόδιο μειώνεται. Έτσι, η δυναμική ισορροπία μεταξύ διάστασης και ανασυνδυασμού διαταράσσεται εδώ: εδώ συμβαίνει η αποσύνθεση της ουσίας ως αποτέλεσμα της ηλεκτρόλυσης.

Η ηλεκτρόλυση παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στην αποσύνθεση του νερού από ένα ρεύμα από μια βολταϊκή στήλη. Λίγα χρόνια αργότερα, ο διάσημος χημικός G. Davy ανακάλυψε το νάτριο, διαχωρίζοντάς το με ηλεκτρόλυση από την καυστική σόδα. Οι ποσοτικοί νόμοι της ηλεκτρόλυσης θεσπίστηκαν πειραματικά από τον M. Faraday στο Είναι εύκολο να δικαιολογηθούν με βάση τον μηχανισμό του φαινομένου της ηλεκτρόλυσης.

Οι νόμοι του Faraday.Κάθε ιόν έχει ένα ηλεκτρικό φορτίο που είναι πολλαπλάσιο του στοιχειώδους φορτίου ε. Με άλλα λόγια, το φορτίο του ιόντος είναι , όπου είναι ένας ακέραιος αριθμός ίσος με το σθένος του αντίστοιχου χημικού στοιχείου ή ένωσης. Αφήστε τα ιόντα να απελευθερωθούν κατά τη διέλευση του ρεύματος στο ηλεκτρόδιο. Το απόλυτο φορτίο τους είναι ίσο με Τα θετικά ιόντα φτάνουν στην κάθοδο και το φορτίο τους εξουδετερώνεται από τα ηλεκτρόνια που ρέουν στην κάθοδο μέσω καλωδίων από την πηγή ρεύματος. Αρνητικά ιόντα πλησιάζουν την άνοδο και ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων περνάει από τα καλώδια στην πηγή ρεύματος. Σε αυτή την περίπτωση, ένα φορτίο διέρχεται από ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα

Ας υποδηλώσουμε με τη μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται σε ένα από τα ηλεκτρόδια και με τη μάζα του ιόντος (άτομο ή μόριο). Είναι προφανές ότι, επομένως, πολλαπλασιάζοντας τον αριθμητή και τον παρονομαστή αυτού του κλάσματος με τη σταθερά Avogadro, παίρνουμε

όπου είναι η ατομική ή μοριακή μάζα, η σταθερά Faraday, που δίνεται από

Από το (4) μπορεί να φανεί ότι η σταθερά Faraday έχει την έννοια του "ένα mole ηλεκτρικής ενέργειας", δηλαδή, είναι το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο ενός mole στοιχειωδών φορτίων:

Ο τύπος (3) περιέχει και τους δύο νόμους του Faraday. Λέει ότι η μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται κατά την ηλεκτρόλυση είναι ανάλογη με το φορτίο που διέρχεται από το κύκλωμα (πρώτος νόμος του Faraday):

Ο συντελεστής ονομάζεται ηλεκτροχημικό ισοδύναμο μιας δεδομένης ουσίας και εκφράζεται ως

κιλά ανά μενταγιόν Έχει την έννοια του αντίστροφου του συγκεκριμένου φορτίου του ιόντος.

Το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο του είναι ανάλογο με το χημικό ισοδύναμο της ουσίας (δεύτερος νόμος του Faraday).

Οι νόμοι του Faraday και το στοιχειώδες φορτίο.Δεδομένου ότι την εποχή του Faraday η έννοια της ατομικής φύσης του ηλεκτρισμού δεν υπήρχε ακόμη, η πειραματική ανακάλυψη των νόμων της ηλεκτρόλυσης δεν ήταν καθόλου ασήμαντη. Αντίθετα, ήταν οι νόμοι του Faraday που ουσιαστικά χρησίμευσαν ως η πρώτη πειραματική απόδειξη της εγκυρότητας αυτών των ιδεών.

Η πειραματική μέτρηση της σταθεράς Faraday κατέστησε δυνατή για πρώτη φορά τη λήψη μιας αριθμητικής εκτίμησης της τιμής του στοιχειώδους φορτίου πολύ πριν από τις άμεσες μετρήσεις του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου στα πειράματα του Millikan με σταγόνες λαδιού. Είναι αξιοσημείωτο ότι η ιδέα της ατομικής δομής του ηλεκτρισμού έλαβε αδιαμφισβήτητη πειραματική επιβεβαίωση σε πειράματα ηλεκτρόλυσης που πραγματοποιήθηκαν τη δεκαετία του '30 του 19ου αιώνα, όταν ακόμη και η ιδέα της ατομικής δομής της ύλης δεν ήταν ακόμη κοινή από όλους. Επιστήμονες. Σε μια διάσημη ομιλία που εκφωνήθηκε στη Βασιλική Εταιρεία και αφιερωμένη στη μνήμη του Φάραντεϊ, ο Χέλμχολτζ σχολίασε αυτή την περίσταση με αυτόν τον τρόπο:

«Αν παραδεχτούμε την ύπαρξη ατόμων χημικών στοιχείων, τότε δεν μπορούμε να αποφύγουμε το περαιτέρω συμπέρασμα ότι ο ηλεκτρισμός, θετικός και αρνητικός, χωρίζεται σε ορισμένες στοιχειώδεις ποσότητες, οι οποίες συμπεριφέρονται σαν άτομα ηλεκτρισμού».

Πηγές χημικού ρεύματος.Εάν οποιοδήποτε μέταλλο, όπως ο ψευδάργυρος, βυθιστεί στο νερό, τότε μια ορισμένη ποσότητα θετικών ιόντων ψευδαργύρου, υπό την επίδραση πολικών μορίων νερού, θα αρχίσει να περνάει από το επιφανειακό στρώμα του μεταλλικού κρυσταλλικού πλέγματος στο νερό. Ως αποτέλεσμα, ο ψευδάργυρος θα φορτιστεί αρνητικά και το νερό θετικά. Ένα λεπτό στρώμα σχηματίζεται στη διεπιφάνεια μεταξύ μετάλλου και νερού, που ονομάζεται ηλεκτρικό διπλό στρώμα. υπάρχει ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο σε αυτό, η ένταση του οποίου κατευθύνεται από το νερό στο μέταλλο. Αυτό το πεδίο εμποδίζει την περαιτέρω μετάβαση των ιόντων ψευδαργύρου στο νερό και ως αποτέλεσμα, προκύπτει μια δυναμική ισορροπία, στην οποία ο μέσος αριθμός ιόντων που προέρχονται από το μέταλλο στο νερό είναι ίσος με τον αριθμό των ιόντων που επιστρέφουν από το νερό στο μέταλλο. .

Δυναμική ισορροπία θα επιτευχθεί επίσης εάν το μέταλλο βυθιστεί σε υδατικό διάλυμα άλατος του ίδιου μετάλλου, για παράδειγμα ψευδάργυρο σε διάλυμα θειικού ψευδαργύρου. Στο διάλυμα, το άλας διασπάται σε ιόντα Τα προκύπτοντα ιόντα ψευδαργύρου δεν διαφέρουν από τα ιόντα ψευδαργύρου που εισέρχονται στο διάλυμα από το ηλεκτρόδιο. Η αύξηση της συγκέντρωσης των ιόντων ψευδαργύρου στον ηλεκτρολύτη διευκολύνει τη μετάβαση αυτών των ιόντων στο μέταλλο από το διάλυμα και καθιστά δύσκολη

μετάβαση από μέταλλο σε διάλυμα. Επομένως, σε ένα διάλυμα θειικού ψευδαργύρου, το βυθισμένο ηλεκτρόδιο ψευδάργυρου, αν και φορτισμένο αρνητικά, είναι πιο ασθενές από ό,τι στο καθαρό νερό.

Όταν ένα μέταλλο βυθίζεται σε ένα διάλυμα, το μέταλλο δεν είναι πάντα αρνητικά φορτισμένο. Για παράδειγμα, εάν ένα ηλεκτρόδιο χαλκού βυθιστεί σε διάλυμα θειικού χαλκού, τότε τα ιόντα θα αρχίσουν να καθιζάνουν από το διάλυμα στο ηλεκτρόδιο, φορτίζοντας το θετικά. Η ένταση του πεδίου στο ηλεκτρικό διπλό στρώμα σε αυτή την περίπτωση κατευθύνεται από τον χαλκό στο διάλυμα.

Έτσι, όταν ένα μέταλλο βυθίζεται σε νερό ή σε ένα υδατικό διάλυμα που περιέχει ιόντα του ίδιου μετάλλου, μια διαφορά δυναμικού προκύπτει στη διεπιφάνεια μεταξύ του μετάλλου και του διαλύματος. Το πρόσημο και το μέγεθος αυτής της διαφοράς δυναμικού εξαρτάται από τον τύπο του μετάλλου (χαλκός, ψευδάργυρος κ.λπ.) από τη συγκέντρωση των ιόντων στο διάλυμα και είναι σχεδόν ανεξάρτητο από τη θερμοκρασία και την πίεση.

Δύο ηλεκτρόδια από διαφορετικά μέταλλα, βυθισμένα σε έναν ηλεκτρολύτη, σχηματίζουν ένα γαλβανικό στοιχείο. Για παράδειγμα, στο στοιχείο Volta, τα ηλεκτρόδια ψευδαργύρου και χαλκού βυθίζονται σε υδατικό διάλυμα θειικού οξέος. Την πρώτη στιγμή, το διάλυμα δεν περιέχει ούτε ιόντα ψευδαργύρου ούτε ιόντα χαλκού. Ωστόσο, αργότερα αυτά τα ιόντα εισέρχονται στο διάλυμα από τα ηλεκτρόδια και δημιουργείται μια δυναμική ισορροπία. Εφόσον τα ηλεκτρόδια δεν συνδέονται μεταξύ τους με σύρμα, το δυναμικό του ηλεκτρολύτη είναι το ίδιο σε όλα τα σημεία και τα δυναμικά των ηλεκτροδίων διαφέρουν από το δυναμικό του ηλεκτρολύτη λόγω του σχηματισμού διπλών στρωμάτων στα σύνορά τους με τον ηλεκτρολύτη. Στην περίπτωση αυτή, το δυναμικό ηλεκτροδίου του ψευδαργύρου είναι -0,763 V και του χαλκού. Η ηλεκτροκινητική δύναμη του στοιχείου Volt, που αποτελείται από αυτά τα άλματα δυναμικού, θα είναι ίση με

Ρεύμα σε κύκλωμα με γαλβανικό στοιχείο.Εάν τα ηλεκτρόδια ενός γαλβανικού στοιχείου συνδέονται με ένα καλώδιο, τότε τα ηλεκτρόνια θα περάσουν μέσα από αυτό το ηλεκτρόδιο από το αρνητικό ηλεκτρόδιο (ψευδάργυρος) στο θετικό (χαλκός), το οποίο διαταράσσει τη δυναμική ισορροπία μεταξύ των ηλεκτροδίων και του ηλεκτρολύτη στον οποίο βρίσκονται βυθίζονται. Τα ιόντα ψευδαργύρου θα αρχίσουν να μετακινούνται από το ηλεκτρόδιο στο διάλυμα, έτσι ώστε να διατηρηθεί το ηλεκτρικό διπλό στρώμα στην προηγούμενη κατάστασή του με ένα σταθερό άλμα δυναμικού μεταξύ του ηλεκτροδίου και του ηλεκτρολύτη. Ομοίως, στο ηλεκτρόδιο χαλκού, τα ιόντα χαλκού θα αρχίσουν να απομακρύνονται από το διάλυμα και να εναποτίθενται στο ηλεκτρόδιο. Σε αυτή την περίπτωση, μια ανεπάρκεια ιόντων σχηματίζεται κοντά στο αρνητικό ηλεκτρόδιο και μια περίσσεια τέτοιων ιόντων σχηματίζεται κοντά στο θετικό ηλεκτρόδιο. Ο συνολικός αριθμός ιόντων στο διάλυμα δεν θα αλλάξει.

Ως αποτέλεσμα των περιγραφόμενων διαδικασιών, θα διατηρηθεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κλειστό κύκλωμα, το οποίο δημιουργείται στο καλώδιο σύνδεσης από την κίνηση των ηλεκτρονίων και στον ηλεκτρολύτη από τα ιόντα. Όταν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα, το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου διαλύεται σταδιακά και ο χαλκός εναποτίθεται στο θετικό (χάλκινο) ηλεκτρόδιο.

ηλεκτρόδιο. Η συγκέντρωση των ιόντων αυξάνεται στο ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου και μειώνεται στο χάλκινο.

Δυνατότητα σε κύκλωμα με γαλβανικό στοιχείο.Η περιγραφόμενη εικόνα της διέλευσης ενός ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα ανομοιογενές κλειστό κύκλωμα που περιέχει ένα χημικό στοιχείο αντιστοιχεί στην κατανομή δυναμικού κατά μήκος του κυκλώματος, που φαίνεται σχηματικά στο Σχ. 107. Σε ένα εξωτερικό κύκλωμα, δηλαδή σε ένα καλώδιο που συνδέει τα ηλεκτρόδια, το δυναμικό μειώνεται σταδιακά από την τιμή στο θετικό (χάλκινο) ηλεκτρόδιο Α στην τιμή του αρνητικού (ψευδαργύρου) ηλεκτροδίου Β σύμφωνα με το νόμο του Ohm για ένα ομοιογενής αγωγός. Στο εσωτερικό κύκλωμα, δηλαδή στον ηλεκτρολύτη μεταξύ των ηλεκτροδίων, το δυναμικό μειώνεται σταδιακά από την τιμή κοντά στο ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου στην τιμή κοντά στο ηλεκτρόδιο χαλκού. Εάν στο εξωτερικό κύκλωμα το ρεύμα ρέει από το ηλεκτρόδιο χαλκού στο ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου, τότε μέσα στον ηλεκτρολύτη - από τον ψευδάργυρο στον χαλκό. Πιθανά άλματα σε ηλεκτρικά διπλά στρώματα δημιουργούνται ως αποτέλεσμα της δράσης εξωτερικών (στην περίπτωση αυτή, χημικών) δυνάμεων. Η κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων σε διπλά στρώματα λόγω εξωτερικών δυνάμεων συμβαίνει ενάντια στην κατεύθυνση δράσης των ηλεκτρικών δυνάμεων.

Ρύζι. 107. Κατανομή δυναμικού κατά μήκος μιας αλυσίδας που περιέχει ένα χημικό στοιχείο

Τα κεκλιμένα τμήματα του δυναμικού αλλάζουν στο σχ. 107 αντιστοιχούν στην ηλεκτρική αντίσταση των εξωτερικών και εσωτερικών τμημάτων του κλειστού κυκλώματος. Η συνολική πτώση δυναμικού κατά μήκος αυτών των τμημάτων είναι ίση με το άθροισμα των αλμάτων δυναμικού στα διπλά στρώματα, δηλαδή την ηλεκτροκινητική δύναμη του στοιχείου.

Η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα γαλβανικό στοιχείο περιπλέκεται από τα παραπροϊόντα που απελευθερώνονται στα ηλεκτρόδια και την εμφάνιση πτώσης συγκέντρωσης στον ηλεκτρολύτη. Αυτά τα φαινόμενα αναφέρονται ως ηλεκτρολυτική πόλωση. Για παράδειγμα, στα στοιχεία Volta, όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, θετικά ιόντα κινούνται προς το ηλεκτρόδιο χαλκού και εναποτίθενται σε αυτό. Ως αποτέλεσμα, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, το ηλεκτρόδιο χαλκού αντικαθίσταται, όπως ήταν, από ένα υδρογόνο. Δεδομένου ότι το δυναμικό ηλεκτροδίου του υδρογόνου είναι 0,337 V χαμηλότερο από το δυναμικό ηλεκτροδίου του χαλκού, το EMF του στοιχείου μειώνεται κατά περίπου την ίδια ποσότητα. Επιπλέον, το υδρογόνο που απελευθερώνεται στο χάλκινο ηλεκτρόδιο αυξάνει την εσωτερική αντίσταση του στοιχείου.

Για τη μείωση των βλαβερών επιπτώσεων του υδρογόνου, χρησιμοποιούνται αποπολωτές - διάφοροι οξειδωτικοί παράγοντες. Για παράδειγμα, στο πιο κοινό στοιχείο Leklanshe («στεγνές» μπαταρίες)

το θετικό ηλεκτρόδιο είναι μια ράβδος γραφίτη που περιβάλλεται από μια συμπιεσμένη μάζα υπεροξειδίου του μαγγανίου και γραφίτη.

Μπαταρίες.Μια πρακτικά σημαντική ποικιλία γαλβανικών στοιχείων είναι οι μπαταρίες, για τις οποίες, μετά την εκφόρτιση, είναι δυνατή μια διαδικασία αντίστροφης φόρτισης με τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε χημική ενέργεια. Οι ουσίες που καταναλώνονται κατά τη λήψη ηλεκτρικού ρεύματος αποκαθίστανται στο εσωτερικό της μπαταρίας με ηλεκτρόλυση.

Μπορεί να φανεί ότι όταν η μπαταρία φορτίζεται, η συγκέντρωση του θειικού οξέος αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της πυκνότητας του ηλεκτρολύτη.

Έτσι, κατά τη διαδικασία φόρτισης, δημιουργείται μια έντονη ασυμμετρία των ηλεκτροδίων: το ένα γίνεται μόλυβδος, το άλλο από υπεροξείδιο του μολύβδου. Μια φορτισμένη μπαταρία είναι ένα γαλβανικό στοιχείο ικανό να χρησιμεύσει ως πηγή ρεύματος.

Όταν οι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας συνδέονται με την μπαταρία, ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα ρέει μέσω του κυκλώματος, η κατεύθυνση του οποίου είναι αντίθετη από το ρεύμα φόρτισης. Οι χημικές αντιδράσεις πηγαίνουν προς την αντίθετη κατεύθυνση και η μπαταρία επιστρέφει στην αρχική της κατάσταση. Και τα δύο ηλεκτρόδια θα καλυφθούν με ένα στρώμα άλατος και η συγκέντρωση του θειικού οξέος θα επανέλθει στην αρχική του τιμή.

Μια φορτισμένη μπαταρία έχει EMF περίπου 2,2 V. Κατά την αποφόρτιση, πέφτει στα 1,85 V. Δεν συνιστάται περαιτέρω αποφόρτιση, καθώς ο σχηματισμός θειικού μολύβδου γίνεται μη αναστρέψιμος και η μπαταρία φθείρεται.

Η μέγιστη φόρτιση που μπορεί να δώσει μια μπαταρία κατά την εκφόρτιση ονομάζεται χωρητικότητά της. Χωρητικότητα μπαταρίας συνήθως

μετρημένο σε αμπέρ-ώρες. Είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια των πλακών.

εφαρμογές ηλεκτρόλυσης.Η ηλεκτρόλυση χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία. Η πιο κοινή ηλεκτρολυτική παραγωγή αλουμινίου και καθαρού χαλκού. Με τη βοήθεια της ηλεκτρόλυσης, είναι δυνατό να δημιουργηθούν λεπτές στρώσεις ορισμένων ουσιών στην επιφάνεια άλλων για να ληφθούν διακοσμητικά και προστατευτικά επιχρίσματα (επινικελίωση, επιχρωμίωση). Η διαδικασία λήψης απολεπιζόμενων επιστρώσεων (γαλβανοπλαστική) αναπτύχθηκε από τον Ρώσο επιστήμονα B. S. Yakobi, ο οποίος την εφάρμοσε στην κατασκευή κοίλων γλυπτών που κοσμούν τον καθεδρικό ναό του Αγίου Ισαάκ στην Αγία Πετρούπολη.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του φυσικού μηχανισμού της ηλεκτρικής αγωγιμότητας σε μέταλλα και ηλεκτρολύτες;

Εξηγήστε γιατί ο βαθμός διάστασης μιας δεδομένης ουσίας εξαρτάται από τη διαπερατότητα του διαλύτη.

Εξηγήστε γιατί σε πολύ αραιά διαλύματα ηλεκτρολυτών σχεδόν όλα τα μόρια της διαλυμένης ουσίας διασπώνται.

Εξηγήστε πώς ο μηχανισμός ηλεκτρικής αγωγιμότητας των ηλεκτρολυτών είναι παρόμοιος με τον μηχανισμό ηλεκτρικής αγωγιμότητας των αερίων. Γιατί, υπό σταθερές εξωτερικές συνθήκες, το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ανάλογο της εφαρμοζόμενης τάσης;

Τι ρόλο παίζει ο νόμος της διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου στην εξαγωγή του νόμου της ηλεκτρόλυσης (3);

Εξηγήστε τη σχέση μεταξύ του ηλεκτροχημικού ισοδύναμου μιας ουσίας και του ειδικού φορτίου των ιόντων της.

Πώς μπορεί κανείς να προσδιορίσει πειραματικά την αναλογία ηλεκτροχημικών ισοδυνάμων διαφορετικών ουσιών εάν υπάρχουν πολλά ηλεκτρολυτικά λουτρά, αλλά δεν υπάρχουν όργανα για τη μέτρηση της ισχύος του ρεύματος;

Πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης για τη δημιουργία μετρητή κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα δίκτυο συνεχούς ρεύματος;

Γιατί οι νόμοι του Faraday μπορούν να θεωρηθούν ως πειραματική απόδειξη των ιδεών για την ατομική φύση του ηλεκτρισμού;

Ποιες διεργασίες συμβαίνουν όταν τα μεταλλικά ηλεκτρόδια βυθίζονται σε νερό και σε έναν ηλεκτρολύτη που περιέχει ιόντα αυτών των μετάλλων;

Περιγράψτε τις διεργασίες που συμβαίνουν στον ηλεκτρολύτη κοντά στα ηλεκτρόδια ενός γαλβανικού στοιχείου κατά τη διέλευση του ρεύματος.

Γιατί τα θετικά ιόντα μέσα σε ένα γαλβανικό στοιχείο μετακινούνται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο (ψευδαργύρου) στο θετικό (χάλκινο) ηλεκτρόδιο; Πώς προκύπτει μια κατανομή δυναμικού στο κύκλωμα που προκαλεί τα ιόντα να κινούνται με αυτόν τον τρόπο;

Γιατί μπορεί να ελεγχθεί ο βαθμός φόρτισης μιας μπαταρίας οξέος χρησιμοποιώντας ένα υδρόμετρο, δηλαδή μια συσκευή μέτρησης της πυκνότητας ενός υγρού;

Ποια είναι η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ διεργασιών σε μπαταρίες και διεργασιών σε «στεγνές» μπαταρίες;

Ποιο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που δαπανήθηκε κατά τη διαδικασία φόρτισης της μπαταρίας c μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά την εκφόρτισή της, εάν κατά τη διαδικασία φόρτισης της μπαταρίας, η τάση διατηρήθηκε στους ακροδέκτες της

Έκθεση για το θέμα:

Ηλεκτρική ενέργεια

σε υγρά

(ηλεκτρολύτες)

Ηλεκτρόλυση

Οι νόμοι του Faraday

στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο

μαθητές 8 ου τάξη « σι »

μεγάλο oginova Μ άριες ΕΝΑ ndreevny

Μόσχα 2003

Σχολείο Νο 91

Εισαγωγή

Πολλά πράγματα στη ζωή μας συνδέονται με την ηλεκτρική αγωγιμότητα των διαλυμάτων των αλάτων στο νερό (ηλεκτρολύτες). Από τον πρώτο καρδιακό παλμό («ζωντανό» ηλεκτρικό ρεύμα στο ανθρώπινο σώμα, που είναι 80% νερό) μέχρι αυτοκίνητα στο δρόμο, παίκτες και κινητά τηλέφωνα (αναπόσπαστο μέρος αυτών των συσκευών είναι οι «μπαταρίες» - ηλεκτροχημικές μπαταρίες και διάφορες μπαταρίες - από μόλυβδο -οξύ στα αυτοκίνητα σε πολυμερές λιθίου στα πιο ακριβά κινητά τηλέφωνα). Σε τεράστιες δεξαμενές που καπνίζουν με δηλητηριώδεις ατμούς, το αλουμίνιο λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση από βωξίτη λιωμένο σε τεράστια θερμοκρασία - το «φτερωτό» μέταλλο για τα αεροπλάνα και κονσέρβες για τη Fanta. Τα πάντα γύρω - από μια επιχρωμιωμένη σχάρα ψυγείου ενός ξένου αυτοκινήτου μέχρι ένα επάργυρο σκουλαρίκι στο αυτί - έχουν συναντήσει ποτέ ένα διάλυμα ή λιωμένο αλάτι, και επομένως ηλεκτρικό ρεύμα σε υγρά. Δεν είναι περίεργο ότι αυτό το φαινόμενο μελετάται από μια ολόκληρη επιστήμη - την ηλεκτροχημεία. Αλλά τώρα μας ενδιαφέρουν περισσότερο τα φυσικά θεμέλια αυτού του φαινομένου.

ηλεκτρικό ρεύμα σε διάλυμα. ηλεκτρολύτες

Από τα μαθήματα της φυσικής στην 8η τάξη γνωρίζουμε ότι το φορτίο στους αγωγούς (μέταλλα) μεταφέρεται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια.

Η διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα.

Αν όμως συναρμολογήσουμε τη συσκευή (με ηλεκτρόδια γραφίτη):

τότε θα φροντίσουμε να αποκλίνει η βελόνα του αμπερόμετρου - το ρεύμα ρέει μέσα από το διάλυμα! Ποια είναι τα φορτισμένα σωματίδια στο διάλυμα;

Πίσω στο 1877, ο Σουηδός επιστήμονας Svante Arrhenius, μελετώντας την ηλεκτρική αγωγιμότητα διαλυμάτων διαφόρων ουσιών, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι προκαλείται από ιόντα που σχηματίζονται όταν το αλάτι διαλύεται στο νερό. Όταν διαλύεται στο νερό, το μόριο CuSO 4 αποσυντίθεται (διασπάται) σε δύο διαφορετικά φορτισμένα ιόντα - Cu 2+ και SO 4 2-. Απλοποιημένα, οι συνεχιζόμενες διαδικασίες μπορούν να αντικατοπτρίζονται στον ακόλουθο τύπο:

CuSO 4 ÞCu 2+ +SO 4 2-

Διεξάγετε διαλύματα ηλεκτρικού ρεύματος αλάτων, αλκαλίων, οξέων.

Οι ουσίες των οποίων τα διαλύματα αγώγουν ηλεκτρισμό ονομάζονται ηλεκτρολύτες.

Διαλύματα ζάχαρης, αλκοόλης, γλυκόζης και κάποιων άλλων ουσιών δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό.

Οι ουσίες των οποίων τα διαλύματα δεν αγώγουν ηλεκτρισμό ονομάζονται μη ηλεκτρολύτες.

Ηλεκτρολυτική διάσταση

Η διαδικασία αποσύνθεσης ενός ηλεκτρολύτη σε ιόντα ονομάζεται ηλεκτρολυτική διάσταση.

Ο S. Arrhenius, που τηρούσε τη φυσική θεωρία των διαλυμάτων, δεν έλαβε υπόψη την αλληλεπίδραση του ηλεκτρολύτη με το νερό και πίστευε ότι υπάρχουν ελεύθερα ιόντα στα διαλύματα. Αντίθετα, οι Ρώσοι χημικοί I. A. Kablukov και V. A. Kistyakovsky εφάρμοσαν τη χημική θεωρία του D. I. Mendeleev για να εξηγήσουν την ηλεκτρολυτική διάσταση και απέδειξαν ότι όταν διαλύεται ο ηλεκτρολύτης, εμφανίζεται η χημική αλληλεπίδραση της διαλυμένης ουσίας με το νερό, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό ένυδρων, και στη συνέχεια διασπώνται σε ιόντα. Πίστευαν ότι στα διαλύματα δεν υπάρχουν ελεύθερα, όχι «γυμνά» ιόντα, αλλά ενυδατωμένα, δηλαδή «ντυμένα με γούνινο παλτό» από μόρια νερού. Επομένως, η διάσταση των μορίων του ηλεκτρολύτη γίνεται με την ακόλουθη σειρά:

α) προσανατολισμός των μορίων του νερού γύρω από τους πόλους ενός μορίου ηλεκτρολύτη

β) ενυδάτωση του μορίου του ηλεκτρολύτη

γ) ο ιοντισμός του

δ) τη διάσπασή του σε ενυδατωμένα ιόντα

Σε σχέση με τον βαθμό ηλεκτρολυτικής διάστασης, οι ηλεκτρολύτες χωρίζονται σε ισχυρούς και ασθενείς.

- Ισχυροί ηλεκτρολύτες- εκείνα που, μετά τη διάλυση, διασπώνται σχεδόν πλήρως.

Η αξία τους του βαθμού διάστασης τείνει προς την ενότητα.

- Αδύναμοι ηλεκτρολύτες- αυτά που όταν διαλύονται σχεδόν δεν διασπώνται. Ο βαθμός διάστασής τους τείνει στο μηδέν.

Από αυτό συμπεραίνουμε ότι οι φορείς ηλεκτρικού φορτίου (φορείς ηλεκτρικού ρεύματος) στα διαλύματα ηλεκτρολυτών δεν είναι ηλεκτρόνια, αλλά θετικά και αρνητικά φορτισμένα ενυδατωμένα ιόντα .

Εξάρτηση από τη θερμοκρασία της αντίστασης στον ηλεκτρολύτη

Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνειδιευκολύνεται η διαδικασία της διάσπασης, αυξάνεται η κινητικότητα των ιόντων και πέφτει η αντίσταση των ηλεκτρολυτών .

κάθοδος και άνοδος. Κατιόντα και ανιόντα

Τι συμβαίνει όμως με τα ιόντα υπό την επίδραση ηλεκτρικού ρεύματος;

Ας επιστρέψουμε στη συσκευή μας:

Σε διάλυμα, το CuSO 4 διασπάστηκε σε ιόντα - Cu 2+ και SO 4 2-. θετικά φορτισμένο ιόν Cu2+ (κατιόν)έλκονται από ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο κάθοδος, όπου δέχεται τα ηλεκτρόνια που λείπουν και ανάγεται σε μεταλλικό χαλκό - μια απλή ουσία. Εάν αφαιρέσετε την κάθοδο από τη συσκευή αφού περάσετε από το τρέχον διάλυμα, τότε είναι εύκολο να παρατηρήσετε μια κόκκινη-κόκκινη επίστρωση - αυτός είναι μεταλλικός χαλκός.

Ο πρώτος νόμος του Faraday

Μπορούμε να μάθουμε πόσο χαλκός απελευθερώθηκε; Ζυγίζοντας την κάθοδο πριν και μετά το πείραμα, μπορεί κανείς να προσδιορίσει με ακρίβεια τη μάζα του εναποτιθέμενου μετάλλου. Οι μετρήσεις δείχνουν ότι η μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται στα ηλεκτρόδια εξαρτάται από την τρέχουσα ισχύ και τον χρόνο ηλεκτρόλυσης:

όπου Κ είναι ο παράγοντας αναλογικότητας, που ονομάζεται επίσης ηλεκτροχημικό ισοδύναμο .

Κατά συνέπεια, η μάζα της απελευθερούμενης ουσίας είναι ευθέως ανάλογη με την ισχύ του ρεύματος και τον χρόνο ηλεκτρόλυσης. Αλλά το ρεύμα με την πάροδο του χρόνου (σύμφωνα με τον τύπο):

υπάρχει χρέωση.

Ετσι, η μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται στο ηλεκτρόδιο είναι ανάλογη με το φορτίο ή την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που έχει περάσει από τον ηλεκτρολύτη.

M=K´q

Αυτός ο νόμος ανακαλύφθηκε πειραματικά το 1843 από τον Άγγλο επιστήμονα Michael Faraday και ονομάζεται Ο πρώτος νόμος του Faraday .

Ο δεύτερος νόμος του Faraday

Και τι είναι το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο και από τι εξαρτάται; Σε αυτό το ερώτημα απάντησε και ο Michael Faraday.

Με βάση πολλά πειράματα, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτή η τιμή είναι χαρακτηριστική για κάθε ουσία. Έτσι, για παράδειγμα, κατά την ηλεκτρόλυση ενός διαλύματος λάπις (νιτρικό άργυρο AgNO 3), 1 κρεμαστό κόσμημα απελευθερώνει 1,1180 mg αργύρου. Η ίδια ακριβώς ποσότητα αργύρου απελευθερώνεται κατά την ηλεκτρόλυση με φόρτιση 1 μενταγιόν οποιουδήποτε άλατος αργύρου. Κατά την ηλεκτρόλυση ενός άλατος άλλου μετάλλου, 1 μενταγιόν απελευθερώνει διαφορετική ποσότητα αυτού του μετάλλου. Ετσι , το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο μιας ουσίας είναι η μάζα αυτής της ουσίας που απελευθερώνεται κατά την ηλεκτρόλυση από 1 coulomb ηλεκτρικής ενέργειας που ρέει μέσα από ένα διάλυμα . Ακολουθούν οι τιμές του για ορισμένες ουσίες:

Από τον πίνακα βλέπουμε ότι τα ηλεκτροχημικά ισοδύναμα διαφόρων ουσιών διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους. Από ποιες ιδιότητες μιας ουσίας εξαρτάται η τιμή του ηλεκτροχημικού ισοδυνάμου της; Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι Ο δεύτερος νόμος του Faraday :

Τα ηλεκτροχημικά ισοδύναμα διαφόρων ουσιών είναι ανάλογα με το ατομικό τους βάρος και αντιστρόφως ανάλογα με τους αριθμούς που εκφράζουν το χημικό τους σθένος.

n - σθένος

Α - ατομικό βάρος

- ονομάζεται χημικό ισοδύναμο αυτής της ουσίας

- συντελεστής αναλογικότητας, που είναι ήδη καθολική σταθερά, δηλαδή έχει την ίδια τιμή για όλες τις ουσίες. Αν μετρήσουμε το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο σε g/k, τότε διαπιστώνουμε ότι είναι ίσο με 1,037´10 -5 g/k.

Συνδυάζοντας τον πρώτο και τον δεύτερο νόμο του Faraday, παίρνουμε:

Αυτός ο τύπος έχει μια απλή φυσική σημασία: το F είναι αριθμητικά ίσο με το φορτίο που πρέπει να περάσει μέσω οποιουδήποτε ηλεκτρολύτη προκειμένου να απελευθερωθεί μια ουσία στα ηλεκτρόδια σε ποσότητα ίση με ένα χημικό ισοδύναμο. F ονομάζεται αριθμός Faraday και ισούται με 96400 kg/g.

Ένα mole και ο αριθμός των μορίων σε αυτό. Ο αριθμός του Avogadro

Από το μάθημα της χημείας της 8ης τάξης γνωρίζουμε ότι επιλέχθηκε μια ειδική μονάδα, το mole, για τη μέτρηση των ποσοτήτων των ουσιών που εμπλέκονται σε χημικές αντιδράσεις. Για να μετρήσετε ένα mole μιας ουσίας, πρέπει να πάρετε τόσα γραμμάρια από αυτήν όσα και το σχετικό μοριακό της βάρος.

Για παράδειγμα, 1 mole νερού (H 2 O) ισούται με 18 γραμμάρια (1 + 1 + 16 = 18), ένα mole οξυγόνου (O 2) είναι 32 γραμμάρια και ένα mole σιδήρου (Fe) είναι 56 γραμμάρια Αλλά αυτό που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για εμάς, έχει διαπιστωθεί ότι 1 mole οποιασδήποτε ουσίας είναι πάντα περιέχει τον ίδιο αριθμό μορίων .

Ένα mole είναι η ποσότητα μιας ουσίας που περιέχει 6 ´ 10 23 μόρια αυτής της ουσίας.

Προς τιμήν του Ιταλού επιστήμονα A. Avogadro, αυτός ο αριθμός ( Ν) λέγεται σταθερό Avogadroή Ο αριθμός του Avogadro .

Από τον τύπο προκύπτει ότι αν q=F, Οτι . Αυτό σημαίνει ότι όταν ένα φορτίο ίσο με 96400 κουλόμπ διέρχεται από τον ηλεκτρολύτη, θα απελευθερωθούν γραμμάρια οποιασδήποτε ουσίας. Με άλλα λόγια, για να απελευθερωθεί ένα mole μιας μονοσθενούς ουσίας, ένα φορτίο πρέπει να ρέει μέσω του ηλεκτρολύτη q=Fμενταγιόν. Αλλά γνωρίζουμε ότι κάθε μόριο μιας ουσίας περιέχει τον ίδιο αριθμό μορίων της - N=6x10 23. Αυτό μας επιτρέπει να υπολογίσουμε το φορτίο ενός ιόντος μιας μονοσθενούς ουσίας - το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο - το φορτίο ενός (!) ηλεκτρονίου:

Εφαρμογή ηλεκτρόλυσης

Ηλεκτρολυτική μέθοδος λήψης καθαρών μετάλλων (εξευγενισμός, εξευγενισμός). Ηλεκτρόλυση που συνοδεύεται από διάλυση ανόδου

Ένα καλό παράδειγμα είναι η ηλεκτρολυτική διύλιση (ραφινάρισμα) του χαλκού. Ο χαλκός που λαμβάνεται απευθείας από το μετάλλευμα χυτεύεται σε μορφή πλακών και τοποθετείται ως άνοδος σε διάλυμα CuSO 4. Επιλέγοντας την τάση στα ηλεκτρόδια του λουτρού (0,20-0,25V), είναι δυνατό να διασφαλιστεί ότι στην κάθοδο απελευθερώνεται μόνο μεταλλικός χαλκός. Σε αυτή την περίπτωση, οι ξένες ακαθαρσίες είτε διοχετεύονται σε διάλυμα (χωρίς καθίζηση στην κάθοδο) είτε πέφτουν στον πυθμένα του λουτρού με τη μορφή ιζήματος ("λάσπη ανόδου"). Τα κατιόντα της ουσίας της ανόδου συνδυάζονται με το ανιόν SO 4 2- και μόνο μεταλλικός χαλκός απελευθερώνεται στην κάθοδο σε αυτή την τάση. Η άνοδος, λες, «διαλύεται». Αυτός ο καθαρισμός επιτρέπει την επίτευξη καθαρότητας 99,99% («τέσσερα εννιά»). Τα πολύτιμα μέταλλα (χρυσός Au, silver Ag) καθαρίζονται επίσης με παρόμοιο τρόπο (εξευγενισμός).

Επί του παρόντος, όλο το αλουμίνιο (Al) εξορύσσεται ηλεκτρολυτικά (από τηγμένο βωξίτη).

Ηλεκτρική επιμετάλλωση

Ηλεκτρική επιμετάλλωση - το πεδίο της εφαρμοσμένης ηλεκτροχημείας, που ασχολείται με τις διαδικασίες εφαρμογής μεταλλικών επικαλύψεων στην επιφάνεια τόσο μεταλλικών όσο και μη μεταλλικών προϊόντων όταν ένα συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από διαλύματα των αλάτων τους. Η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση χωρίζεται σε επιμετάλλωση Και επιμετάλλωση .

Μέσω της ηλεκτρόλυσης, είναι δυνατή η κάλυψη μεταλλικών αντικειμένων με ένα στρώμα άλλου μετάλλου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται επιμετάλλωση. Ιδιαίτερης τεχνικής σημασίας είναι οι επικαλύψεις με μέταλλα που είναι δύσκολο να οξειδωθούν, ιδίως επινικελίωση και επιχρωμίωση, καθώς και επιμετάλλωση αργύρου και χρυσού, που συχνά χρησιμοποιούνται για την προστασία μετάλλων από τη διάβρωση. Για να ληφθούν οι επιθυμητές επικαλύψεις, το αντικείμενο καθαρίζεται επιμελώς, απολιπαίνεται καλά και τοποθετείται ως κάθοδος σε ένα ηλεκτρολυτικό λουτρό που περιέχει ένα άλας του μετάλλου με το οποίο θέλουν να καλύψουν το αντικείμενο. Για πιο ομοιόμορφη επίστρωση, είναι χρήσιμο να χρησιμοποιήσετε δύο πλάκες ως άνοδο, τοποθετώντας ένα αντικείμενο ανάμεσά τους.

Επίσης, μέσω της ηλεκτρόλυσης, είναι δυνατό όχι μόνο να καλύψετε αντικείμενα με ένα στρώμα από ένα ή άλλο μέταλλο, αλλά και να δημιουργήσετε τα ανάγλυφα μεταλλικά αντίγραφά τους (για παράδειγμα, νομίσματα, μετάλλια). Αυτή η διαδικασία επινοήθηκε από τον Ρώσο φυσικό και ηλεκτρολόγο μηχανικό, μέλος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών Boris Semenovich Jacobi (1801-1874) τη δεκαετία του σαράντα του 19ου αιώνα και ονομάζεται επιμετάλλωση . Για να γίνει ένα ανάγλυφο αντίγραφο ενός αντικειμένου, γίνεται πρώτα ένα αποτύπωμα από κάποιο πλαστικό υλικό, όπως το κερί. Αυτό το αποτύπωμα τρίβεται με γραφίτη και βυθίζεται σε ηλεκτρολυτικό λουτρό ως κάθοδος, όπου εναποτίθεται πάνω του ένα στρώμα μετάλλου. Χρησιμοποιείται στη βιομηχανία εκτύπωσης για την κατασκευή τυπογραφικών εντύπων.

Εκτός από τα παραπάνω, η ηλεκτρόλυση έχει βρει εφαρμογή και σε άλλους τομείς:

Λήψη προστατευτικών μεμβρανών οξειδίων σε μέταλλα (ανοδίωση).

Ηλεκτροχημική επεξεργασία επιφάνειας ενός μεταλλικού προϊόντος (γυάλισμα).

Ηλεκτροχημικός χρωματισμός μετάλλων (για παράδειγμα, χαλκός, ορείχαλκος, ψευδάργυρος, χρώμιο κ.λπ.).

Ο καθαρισμός του νερού είναι η απομάκρυνση των διαλυτών ακαθαρσιών από αυτό. Το αποτέλεσμα είναι το λεγόμενο μαλακό νερό (πλησιάζει το απεσταγμένο νερό στις ιδιότητές του).

Ηλεκτροχημικό ακόνισμα κοπτικών οργάνων (π.χ. χειρουργικά μαχαίρια, ξυράφια κ.λπ.).

Λίστα χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας:

1. Gurevich A. E. «Φυσική. ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Βαθμός 8, Μόσχα, Εκδοτικός Οίκος Δρόφα. 1999

2. Gabrielyan O. S. «Χημεία. Βαθμός 8, Μόσχα, Εκδοτικός Οίκος Δρόφα. 1997

3. «Στο στοιχειώδες εγχειρίδιο φυσικής επιμέλεια του ακαδημαϊκού G. S. Landsberg - Τόμος II - ηλεκτρισμός και μαγνητισμός». Μόσχα, Nauka, 1972.

4. Eric M. Rogers. «Φυσική για τον διερευνητικό νου (οι μέθοδοι, η φύση και η φιλοσοφία της φυσικής επιστήμης)». "Prinseton University Press" 1966. Τόμος III - ηλεκτρισμός και μαγνητισμός. Μετάφραση Μόσχα, "Mir" 1971.

5. A. N. Remizov "Μάθημα Φυσικής, Ηλεκτρονικής και Κυβερνητικής για Ιατρικά Ινστιτούτα". Μόσχα, "Γυμνάσιο" 1982.

Τα υγρά, όπως και κάθε άλλη ουσία, μπορεί να είναι αγωγοί, ημιαγωγοί και διηλεκτρικά. Για παράδειγμα, το απεσταγμένο νερό θα είναι διηλεκτρικό και τα διαλύματα ηλεκτρολυτών και τα τήγματα θα είναι αγωγοί. Οι ημιαγωγοί θα είναι, για παράδειγμα, λιωμένα τήγματα σεληνίου ή σουλφιδίου.

Ιονική αγωγιμότητα

Η ηλεκτρολυτική διάσταση είναι η διαδικασία αποσύνθεσης των μορίων του ηλεκτρολύτη σε ιόντα υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου πολικών μορίων νερού. Ο βαθμός διάστασης είναι η αναλογία των μορίων που αποσυντίθενται σε ιόντα σε μια διαλυμένη ουσία.

Ο βαθμός διάστασης θα εξαρτηθεί από διάφορους παράγοντες: θερμοκρασία, συγκέντρωση διαλύματος, ιδιότητες διαλύτη. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, θα αυξάνεται και ο βαθμός διάστασης.

Αφού τα μόρια χωριστούν σε ιόντα, κινούνται τυχαία. Σε αυτή την περίπτωση, δύο ιόντα διαφορετικών σημάτων μπορούν να ανασυνδυαστούν, δηλαδή να συνδυαστούν ξανά σε ουδέτερα μόρια. Ελλείψει εξωτερικών αλλαγών στη λύση, θα πρέπει να δημιουργηθεί δυναμική ισορροπία. Με αυτό, ο αριθμός των μορίων που διασπώνται σε ιόντα ανά μονάδα χρόνου θα είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων που θα ενωθούν ξανά.

Οι φορείς φορτίου σε υδατικά διαλύματα και τήγματα ηλεκτρολυτών θα είναι ιόντα. Εάν ένα δοχείο με διάλυμα ή τήγμα περιλαμβάνεται στο κύκλωμα, τότε τα θετικά φορτισμένα ιόντα θα αρχίσουν να κινούνται προς την κάθοδο και τα αρνητικά - προς την άνοδο. Ως αποτέλεσμα αυτής της κίνησης, θα προκύψει ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτός ο τύπος αγωγιμότητας ονομάζεται ιοντική αγωγιμότητα.

Εκτός από την ιοντική αγωγιμότητα στα υγρά, μπορεί να έχει και ηλεκτρονική αγωγιμότητα. Αυτός ο τύπος αγωγιμότητας είναι χαρακτηριστικός, για παράδειγμα, των υγρών μετάλλων. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, στην ιοντική αγωγιμότητα, η διέλευση του ρεύματος συνδέεται με τη μεταφορά της ύλης.

Ηλεκτρόλυση

Ουσίες που αποτελούν μέρος των ηλεκτρολυτών θα καθιζάνουν στα ηλεκτρόδια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ηλεκτρόλυση. Η ηλεκτρόλυση είναι η διαδικασία απελευθέρωσης μιας ουσίας στο ηλεκτρόδιο, που σχετίζεται με αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.

Η ηλεκτρόλυση έχει βρει ευρεία εφαρμογή στη φυσική και την τεχνολογία. Με τη βοήθεια της ηλεκτρόλυσης, η επιφάνεια ενός μετάλλου καλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα άλλου μετάλλου. Για παράδειγμα, επιχρωμίωση και επινικέλιο.

Χρησιμοποιώντας ηλεκτρόλυση, μπορείτε να πάρετε ένα αντίγραφο από μια ανάγλυφη επιφάνεια. Για αυτό, είναι απαραίτητο το μεταλλικό στρώμα που κατακάθεται στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου να μπορεί να αφαιρεθεί εύκολα. Για να γίνει αυτό, μερικές φορές εφαρμόζεται γραφίτης στην επιφάνεια.

Η διαδικασία λήψης τέτοιων εύκολα αποκολλούμενων επικαλύψεων ονομάζεται ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση. Αυτή η μέθοδος αναπτύχθηκε από τον Ρώσο επιστήμονα Boris Jacobi στην κατασκευή κοίλων μορφών για τον καθεδρικό ναό του Αγίου Ισαάκ στην Αγία Πετρούπολη.