Elektrivool vedelikes. Laengute, anioonide katioonide liikumine. Elektrivool vedelikes: selle päritolu, kvantitatiivsed ja kvalitatiivsed omadused Mis tekitab vedelikes voolu

See moodustub vabade elektronide suunatud liikumisel ja et sel juhul ei toimu aines, millest juht on valmistatud, muutusi.

Nimetatakse selliseid juhte, milles elektrivoolu läbimisega ei kaasne keemilisi muutusi nende aines esimest tüüpi dirigendid. Nende hulka kuuluvad kõik metallid, kivisüsi ja mitmed muud ained.

Kuid looduses on ka selliseid elektrivoolu juhte, milles voolu läbimisel tekivad keemilised nähtused. Neid juhte nimetatakse teist tüüpi dirigendid. Nende hulka kuuluvad peamiselt erinevad hapete, soolade ja leeliste lahused vees.

Kui valate klaasnõusse vett ja lisate sinna paar tilka väävelhapet (või mõnda muud hapet või leelist) ja seejärel võtate kaks metallplaati ja kinnitate neile juhtmed, langetades need plaadid anumasse, ja ühendate voolu allikast juhtmete teistesse otstesse läbi lüliti ja ampermeetri, siis eraldub lahusest gaas ja see jätkub pidevalt kuni vooluringi sulgemiseni. hapendatud vesi on tõepoolest juht. Lisaks hakkavad plaadid katma gaasimullidega. Siis lähevad need mullid plaatidelt lahti ja tulevad välja.

Elektrivoolu läbimisel lahust toimuvad keemilised muutused, mille tulemusena eraldub gaas.

Teist tüüpi juhte nimetatakse elektrolüütideks ja nähtust, mis tekib elektrolüüdis, kui seda läbib elektrivool, on.

Elektrolüüti kastetud metallplaate nimetatakse elektroodideks; ühte neist, mis on ühendatud vooluallika positiivse poolusega, nimetatakse anoodiks ja teist, mis on ühendatud negatiivse poolusega, nimetatakse katoodiks.

Mis põhjustab elektrivoolu läbimist vedelas juhis? Selgub, et sellistes lahustes (elektrolüüdid) lagunevad happemolekulid (leelised, soolad) lahusti (antud juhul vee) toimel kaheks komponendiks ja molekuli ühel osakesel on positiivne elektrilaeng ja teisel negatiivne.

Molekuli osakesi, millel on elektrilaeng, nimetatakse ioonideks. Kui hape, sool või leelis lahustatakse vees, tekib lahusesse suur hulk nii positiivseid kui ka negatiivseid ioone.

Nüüd peaks selguma, miks lahust läbis elektrivool, kuna vooluallikaga ühendatud elektroodide vahel tekkis see ehk üks neist osutus positiivselt laetuks ja teine ​​negatiivseks. Selle potentsiaalide erinevuse mõjul hakkasid positiivsed ioonid liikuma negatiivse elektroodi – katoodi – ja negatiivsed ioonid – anoodi suunas.

Seega on ioonide kaootilisest liikumisest saanud negatiivsete ioonide järjestatud vastuliikumine ühes ja positiivsete teises suunas. See laengu ülekandeprotsess kujutab endast elektrivoolu voolu läbi elektrolüüdi ja see toimub seni, kuni elektroodide vahel on potentsiaalide erinevus. Potentsiaalide erinevuse kadumisel peatub elektrolüüdi läbiv vool, ioonide korrapärane liikumine on häiritud ja taas saabub kaootiline liikumine.

Vaatleme näiteks elektrolüüsi nähtust, kui elektrivool juhitakse läbi vasksulfaadi CuSO4 lahuse, millesse on langetatud vaskelektroodid.

Elektrolüüsi nähtus, kui vool läbib vasksulfaadi lahust: C - anum elektrolüüdiga, B - vooluallikas, C - lüliti

Samuti toimub ioonide vastuliikumine elektroodidele. Positiivne ioon on vase (Cu) ioon ja negatiivne ioon on happejäägi (SO4) ioon. Katoodiga kokkupuutel vase ioonid tühjenevad (kinnitades puuduvad elektronid enda külge), st need muutuvad puhta vase neutraalseteks molekulideks ja sadestuvad katoodile kõige õhema (molekulaarse) kihina.

Anoodile jõudnud negatiivsed ioonid tühjenevad ka (annavad ära liigsed elektronid). Kuid samal ajal astuvad nad keemilisesse reaktsiooni anoodi vasega, mille tulemusena kinnitub happelise jäägi SO4 külge vase Cu molekul ja moodustub vasksulfaadi molekul CuS O4, mis tagastatakse. tagasi elektrolüüdi juurde.

Kuna see keemiline protsess võtab kaua aega, sadestub katoodile vask, mis vabaneb elektrolüüdist. Sel juhul saab elektrolüüt katoodile läinud vasemolekulide asemel uued vasemolekulid teise elektroodi – anoodi – lahustumise tõttu.

Sama protsess toimub ka siis, kui vase elektroodide asemel võetakse tsinkelektroodid ja elektrolüüdiks on tsinksulfaadi ZnSO4 lahus. Tsink kantakse ka anoodilt katoodile.

Seega Erinevus metallide ja vedelate juhtide elektrivoolu vahel seisneb selles, et metallides on laengukandjateks vaid vabad elektronid ehk negatiivsed laengud, samas kui elektrolüütides kannavad seda vastassuunas liikuvad aineosakesed – vastassuunas liikuvad ioonid. Seetõttu nad ütlevad seda elektrolüütidel on ioonjuhtivus.

Elektrolüüsi nähtus avastas 1837. aastal B. S. Jacobi, kes viis läbi arvukalt katseid keemiliste vooluallikate uurimisel ja täiustamisel. Jacobi leidis, et üks vasksulfaadi lahusesse pandud elektroodidest on seda läbiva elektrivoolu läbimisel vasega kaetud.

Seda nähtust nimetatakse galvaniseerimine, leiab nüüd äärmiselt laia praktilise rakenduse. Üks näide sellest on metallesemete katmine õhukese kihiga muid metalle, st nikeldamine, kullamine, hõbetamine jne.

Gaasid (sh õhk) ei juhi tavatingimustes elektrit. Näiteks üksteisega paralleelselt rippuvad alasti on üksteisest õhukihiga eraldatud.

Kõrge temperatuuri, suure potentsiaali erinevuse ja muude põhjuste mõjul aga gaasid, nagu vedelad juhid, ioniseeruvad, st neisse ilmub suurel hulgal gaasimolekulide osakesi, mis elektrikandjatena aitavad kaasa läbipääsule. elektrivool läbi gaasi.

Kuid samal ajal erineb gaasi ionisatsioon vedela juhi ionisatsioonist. Kui molekul laguneb vedelikus kaheks laetud osaks, siis gaasides eralduvad ionisatsiooni toimel alati igast molekulist elektronid ja ioon jääb molekuli positiivselt laetud osa kujule.

Tuleb vaid peatada gaasi ionisatsioon, kuna see lakkab olemast juhtiv, samas kui vedelik jääb alati elektrivoolu juhiks. Järelikult on gaasi juhtivus ajutine nähtus, mis sõltub välistegurite toimest.

Siiski on veel üks nn kaarlahendus või lihtsalt elektrikaar. Elektrikaare fenomeni avastas 19. sajandi alguses esimene vene elektriinsener V. V. Petrov.

V. V. Petrov avastas arvukalt katseid tehes, et kahe vooluallikaga ühendatud söe vahel toimub õhu kaudu pidev elektrilahendus, millega kaasneb ere valgus. V. V. Petrov kirjutas oma kirjutistes, et sel juhul võib "pime rahu olla üsna eredalt valgustatud". Nii saadi esimest korda elektrivalgus, mida praktiliselt rakendas teine ​​vene elektriteadlane Pavel Nikolajevitš Yablochkov.

"Jablotškovi küünal", mille töö põhineb elektrikaare kasutamisel, tegi neil päevil elektrotehnikas tõelise revolutsiooni.

Kaarlahendust kasutatakse valgusallikana tänapäevalgi, näiteks prožektorites ja projektorites. Kaarlahenduse kõrge temperatuur võimaldab seda kasutada . Praegu kasutatakse väga suure vooluga kaarahjusid paljudes tööstusharudes: terase, malmi, ferrosulamite, pronksi jne sulatamiseks. Ja 1882. aastal kasutas N. N. Benardos esmakordselt metalli lõikamiseks ja keevitamiseks kaarlahendust.

Gaas-valgustorudes, luminofoorlampides, pingestabilisaatorites, elektron- ja ioonkiirte saamiseks nn. hõõguv gaasilahendus.

Suurte potentsiaalide erinevuste mõõtmiseks kasutatakse sädelahendust, kasutades kuulivahet, mille elektroodideks on kaks poleeritud pinnaga metallkuuli. Kuulid liigutatakse lahku ja neile rakendatakse mõõdetud potentsiaalide erinevus. Seejärel viiakse pallid kokku, kuni nende vahele hüppab säde. Teades kuulide läbimõõtu, nendevahelist kaugust, õhu rõhku, temperatuuri ja niiskust, leiavad nad spetsiaalsete tabelite järgi pallide potentsiaalivahe. Seda meetodit saab kasutada mõne protsendi täpsusega kümnete tuhandete voltide suurusjärgus olevate potentsiaalsete erinevuste mõõtmiseks.

Kõik on tuttavad elektrivoolu määratlusega. Seda kujutatakse laetud osakeste suunatud liikumisena. Sellisel liikumisel erinevates keskkondades on põhimõttelised erinevused. Selle nähtuse põhinäitena võib ette kujutada elektrivoolu voolamist ja levikut vedelikes. Selliseid nähtusi iseloomustavad erinevad omadused ja need erinevad oluliselt laetud osakeste korrapärasest liikumisest, mis toimub tavatingimustes, mitte erinevate vedelike mõjul.

Joonis 1. Elektrivool vedelikes. Autor24 - üliõpilastööde veebivahetus

Elektrivoolu teke vedelikes

Hoolimata asjaolust, et elektrivoolu juhtivusprotsess toimub metallseadmete (juhtide) abil, sõltub vool vedelikes laetud ioonide liikumisest, mis on mingil konkreetsel põhjusel selliseid aatomeid ja molekule omandanud või kaotanud. Sellise liikumise indikaatoriks on teatud aine omaduste muutus, kust ioonid läbivad. Seega on vaja tugineda elektrivoolu põhidefinitsioonile, et kujundada konkreetne kontseptsioon voolu moodustumise kohta erinevates vedelikes. On kindlaks tehtud, et negatiivselt laetud ioonide lagunemine aitab kaasa positiivsete väärtustega vooluallika piirkonda liikumisele. Positiivselt laetud ioonid liiguvad sellistes protsessides vastupidises suunas - negatiivsesse vooluallikasse.

Vedelikud juhid jagunevad kolme põhitüüpi:

• pooljuhid;
• dielektrikud;
• dirigendid.

Definitsioon 1

Elektrolüütiline dissotsiatsioon on teatud lahuse molekulide lagunemine negatiivse ja positiivse laenguga ioonideks.

On võimalik kindlaks teha, et vedelikes võib elektrivool tekkida pärast kasutatavate vedelike koostise ja keemiliste omaduste muutumist. See on täiesti vastuolus elektrivoolu muul viisil levimise teooriaga, kui kasutatakse tavalist metalljuhti.

Faraday katsed ja elektrolüüs

Elektrivoolu vool vedelikes on laetud ioonide liikumise tulemus. Vedelikes elektrivoolu tekkimise ja levimisega seotud probleemid viisid kuulsa teadlase Michael Faraday uuringuni. Arvukate praktiliste uuringute abil suutis ta leida tõendeid selle kohta, et elektrolüüsi käigus eralduva aine mass sõltub aja- ja elektrihulgast. Sel juhul on oluline aeg, mille jooksul katsed tehti.

Teadlasel õnnestus ka välja selgitada, et elektrolüüsi käigus on teatud koguse aine vabanemisel vaja sama palju elektrilaenguid. See suurus määrati täpselt kindlaks ja fikseeriti konstantses väärtuses, mida nimetati Faraday numbriks.

Vedelikes on elektrivoolul erinevad levimistingimused. See interakteerub veemolekulidega. Need takistavad oluliselt ioonide kogu liikumist, mida tavapärase metalljuhiga tehtud katsetes ei täheldatud. Sellest järeldub, et elektrolüütiliste reaktsioonide käigus tekkiv vool ei ole nii suur. Kuid kui lahuse temperatuur tõuseb, suureneb juhtivus järk-järgult. See tähendab, et elektrivoolu pinge suureneb. Ka elektrolüüsi käigus on täheldatud, et teatud molekuli lagunemise tõenäosus negatiivseteks või positiivseteks ioonilaenguteks suureneb kasutatava aine või lahusti molekulide suure arvu tõttu. Kui lahus on küllastunud ioonidega, mis ületavad teatud normi, toimub vastupidine protsess. Lahuse juhtivus hakkab taas vähenema.

Praegu on elektrolüüsiprotsess leidnud rakendust paljudes teadusvaldkondades ja tootmises. Tööstusettevõtted kasutavad seda metalli tootmisel või töötlemisel. Elektrokeemilised reaktsioonid on seotud:

• soola elektrolüüs;
• galvaniseerimine;
• pinna poleerimine;
• muud redoksprotsessid.

Elektrivool vaakumis ja vedelikes

Elektrivoolu levimine vedelikes ja muudes keskkondades on üsna keeruline protsess, millel on oma omadused, omadused ja omadused. Fakt on see, et sellistes meediumites pole kehades laenguid, seetõttu nimetatakse neid tavaliselt dielektrikuteks. Uurimistöö põhieesmärk oli luua sellised tingimused, milles aatomid ja molekulid saaksid alustada liikumist ning alata elektrivoolu tekitamise protsess. Selleks on tavaks kasutada spetsiaalseid mehhanisme või seadmeid. Selliste moodulseadmete põhielemendiks on metallplaatide kujul olevad juhid.

Voolu põhiparameetrite määramiseks on vaja kasutada tuntud teooriaid ja valemeid. Kõige tavalisem on Ohmi seadus. See toimib universaalse amprikarakteristikuna, kus rakendatakse voolu-pinge sõltuvuse põhimõtet. Tuletage meelde, et pinget mõõdetakse amprites.

Vee ja soolaga katsetamiseks on vaja soolaveega anum ette valmistada. See annab praktilise ja visuaalse ülevaate protsessidest, mis toimuvad vedelikes elektrivoolu tekitamisel. Samuti peaks paigaldus sisaldama ristkülikukujulisi elektroode ja toiteallikaid. Täielikuks katseteks ettevalmistamiseks peab teil olema ampriinstallatsioon. See aitab juhtida energiat toiteallikast elektroodidele.

Metallplaadid toimivad juhtidena. Need kastetakse kasutatavasse vedelikku ja seejärel ühendatakse pinge. Osakeste liikumine algab kohe. See töötab juhuslikult. Kui juhtide vahele tekib magnetväli, on kogu osakeste liikumise protsess järjestatud.

Ioonid hakkavad laenguid muutma ja ühinema. Seega muutuvad katoodid anoodideks ja anoodid katoodideks. Selle protsessi käigus tuleb arvestada ka mitmete muude oluliste teguritega:

• dissotsiatsiooni tase;
• temperatuur;
• elektritakistus;
• vahelduv- või alalisvoolu kasutamine.

Katse lõpus moodustub plaatidele soolakiht.

Peaaegu iga inimene teab elektrivoolu definitsiooni kui Kuid kogu asja mõte on selles, et selle päritolu ja liikumine erinevates meediumites on üksteisest üsna erinevad. Eelkõige on vedelike elektrivoolul mõnevõrra erinevad omadused kui samadel metalljuhtidel.

Peamine erinevus seisneb selles, et vool vedelikes on laetud ioonide ehk aatomite või isegi molekulide liikumine, mis on mingil põhjusel elektrone kaotanud või juurde võtnud. Samal ajal on selle liikumise üheks indikaatoriks aine omaduste muutus, mida need ioonid läbivad. Elektrivoolu definitsiooni põhjal võime eeldada, et lagunemisel liiguvad negatiivselt laetud ioonid positiivse ja positiivse poole, vastupidi, negatiivse poole.

Lahuse molekulide lagunemise protsessi positiivseks ja negatiivseks laetud ioonideks nimetatakse teaduses elektrolüütiliseks dissotsiatsiooniks. Seega tekib vedelikes elektrivool tänu sellele, et erinevalt samast metallijuhist muutuvad nende vedelike koostis ja keemilised omadused, mille tulemuseks on laetud ioonide liikumise protsess.

Elektrivool vedelikes, selle päritolu, kvantitatiivsed ja kvalitatiivsed omadused olid üks peamisi probleeme, mida kuulus füüsik M. Faraday pikka aega uuris. Eelkõige suutis ta arvukate katsete abil tõestada, et elektrolüüsi käigus vabaneva aine mass sõltub otseselt elektrihulgast ja ajast, mille jooksul see elektrolüüs läbi viidi. Muudel põhjustel, välja arvatud aine tüüp, see mass ei sõltu.

Lisaks sai Faraday vedelike voolu uurides eksperimentaalselt välja, et sama kogus on vajalik ühe kilogrammi aine eraldamiseks elektrolüüsi käigus.Seda kogust, mis võrdub 9.65.10 7 k, nimetati Faraday arvuks.

Erinevalt metalljuhtidest on vedelikes elektrivool ümbritsetud, mis raskendab oluliselt aine ioonide liikumist. Sellega seoses saab igas elektrolüüdis tekitada ainult väikese pinge. Samal ajal, kui lahuse temperatuur tõuseb, suureneb selle juhtivus ja väli suureneb.

Elektrolüüsil on veel üks huvitav omadus. Asi on selles, et teatud molekuli lagunemise tõenäosus positiivseteks ja negatiivseteks ioonideks on seda suurem, mida suurem on aine enda ja lahusti molekulide arv. Samal ajal muutub lahus teatud hetkel ioonidega üleküllastuks, misjärel hakkab lahuse juhtivus vähenema. Seega toimub kõige tugevam lahendus, kus ioonide kontsentratsioon on ülimadal, kuid elektrivool sellistes lahustes on äärmiselt madal.

Elektrolüüsiprotsess on leidnud laialdast rakendust mitmesugustes elektrokeemiliste reaktsioonidega seotud tööstustoodetes. Olulisemad neist on metalli tootmine elektrolüütide abil, kloori ja selle derivaate sisaldavate soolade elektrolüüs, redoksreaktsioonid, sellise vajaliku aine nagu vesiniku tootmine, pinna poleerimine, galvaniseerimine. Näiteks paljudes masinaehituse ja instrumentide valmistamise ettevõtetes on väga levinud rafineerimismeetod, milleks on metalli tootmine ilma tarbetute lisanditeta.

Elektrivool vedelikes on põhjustatud positiivsete ja negatiivsete ioonide liikumisest. Erinevalt voolust juhtides, kus elektronid liiguvad. Seega, kui vedelikus ei ole ioone, siis on tegemist dielektrikuga, näiteks destilleeritud veega. Kuna laengukandjad on ioonid ehk aine molekulid ja aatomid, siis kui sellist vedelikku läbib elektrivool, toob see paratamatult kaasa aine keemiliste omaduste muutumise.

Kust tulevad vedelikus positiivsed ja negatiivsed ioonid? Ütleme kohe, et laengukandjad ei ole võimelised tekkima kõigis vedelikes. Neid, milles need esinevad, nimetatakse elektrolüütideks. Nende hulka kuuluvad hapete ja leeliste soolade lahused. Näiteks soola vees lahustamisel võtke lauasool NaCl, laguneb see lahusti ehk vee toimel positiivseks iooniks Na nimetatakse katiooniks ja negatiivseks iooniks Cl nimetatakse aniooniks. Ioonide moodustumise protsessi nimetatakse elektrolüütiliseks dissotsiatsiooniks.

Teeme katse, selleks vajame klaaspirni, kahte metallelektroodi, ampermeetrit ja alalisvooluallikat. Täidame kolbi keedusoola lahusega vees. Seejärel panime sellesse lahusesse kaks ristkülikukujulist elektroodi. Me ühendame elektroodid alalisvooluallikaga läbi ampermeetri.

Joonis 1 – Kolb soolalahusega

Kui plaatide vahel vool sisse lülitatakse, tekib elektriväli, mille toimel hakkavad soolaioonid liikuma. Positiivsed ioonid tormavad katoodile ja negatiivsed ioonid anoodile. Samal ajal teevad nad kaootilist liikumist. Kuid samas lisandub väljaku toimel sinna ka tellitu.

Erinevalt juhtidest, milles liiguvad ainult elektronid, see tähendab ühte tüüpi laeng, liiguvad elektrolüütides kahte tüüpi laenguid. Need on positiivsed ja negatiivsed ioonid. Nad liiguvad üksteise poole.

Kui positiivne naatriumioon jõuab katoodini, omandab see puuduva elektroni ja muutub naatriumi aatomiks. Sarnane protsess toimub ka klooriiooniga. Alles anoodile jõudes loobub klooriioon elektronist ja muutub klooriaatomiks. Seega säilib välisahelas elektronide liikumise tõttu vool. Ja elektrolüüdis näivad ioonid elektrone ühest poolusest teise kandvat.

Elektrolüütide elektritakistus sõltub moodustunud ioonide hulgast. Tugevates elektrolüütides on dissotsiatsiooni tase lahustumisel väga kõrge. Nõrgad on madalad. Samuti mõjutab temperatuur elektrolüüdi elektritakistust. Selle suurenemisega vedeliku viskoossus väheneb ning rasked ja kohmakad ioonid hakkavad kiiremini liikuma. Vastavalt sellele väheneb takistus.

Kui soolalahus asendatakse vasksulfaadi lahusega. Siis, kui seda läbib vool, siis kui vaskatioon jõuab katoodini ja võtab seal vastu puuduvad elektronid, taastatakse see vase aatomiks. Ja kui pärast seda elektroodi eemaldate, võite sellelt leida vase hoiuseid. Seda protsessi nimetatakse elektrolüüsiks.

« Füüsika – 10. klass

Millised on elektrivoolu kandjad vaakumis?
Milline on nende liikumise olemus?

Vedelikud, nagu ka tahked ained, võivad olla dielektrikud, juhid ja pooljuhid. Dielektrikute hulka kuuluvad destilleeritud vesi, juhid - elektrolüütide lahused ja sulatused: happed, leelised ja soolad. Vedelad pooljuhid on sula seleen, sulfiidsulamid jne.

elektrolüütiline dissotsiatsioon.

Kui elektrolüüdid lahustuvad polaarsete veemolekulide elektrivälja mõjul, lagunevad elektrolüüdi molekulid ioonideks.

Molekulide lagunemist ioonideks polaarsete veemolekulide elektrivälja mõjul nimetatakse nn. elektrolüütiline dissotsiatsioon.

Dissotsiatsiooni aste– ioonideks lagunenud molekulide osakaal lahustunud aines.

Dissotsiatsiooniaste sõltub temperatuurist, lahuse kontsentratsioonist ja lahusti elektrilistest omadustest.

Temperatuuri tõustes suureneb dissotsiatsiooniaste ja sellest tulenevalt suureneb positiivselt ja negatiivselt laetud ioonide kontsentratsioon.

Erinevate märkidega ioonid võivad kohtumisel taas ühineda neutraalseteks molekulideks.

Konstantsetes tingimustes tekib lahuses dünaamiline tasakaal, mille juures ioonideks lagunevate molekulide arv sekundis on võrdne ioonipaaride arvuga, mis rekombineerivad sama aja jooksul neutraalseteks molekulideks.

Iooniline juhtivus.

Laengukandjad vesilahustes või elektrolüütide sulamites on positiivse ja negatiivse laenguga ioonid.

Kui elektrolüüdilahusega anum on kaasatud elektriahelasse, hakkavad negatiivsed ioonid liikuma positiivse elektroodi - anoodi suunas ja positiivsed - negatiivse katoodi suunas. Selle tulemusena liigub vooluringi kaudu elektrivool.

Vesilahuste ehk elektrolüütide sulamite juhtivust, mida teostavad ioonid, nimetatakse ioonjuhtivus.

Elektrolüüs. Ioonjuhtivuse korral on voolu läbimine seotud aine ülekandega. Elektroodidel vabanevad elektrolüüte moodustavad ained. Anoodil loovutavad negatiivselt laetud ioonid oma lisaelektronid (keemias nimetatakse seda oksüdatiivseks reaktsiooniks) ja katoodil saavad positiivsed ioonid puuduolevad elektronid (redutseerimisreaktsioon).

Vedelikel võib olla ka elektrooniline juhtivus. Selline juhtivus on näiteks vedelatel metallidel.

Aine vabanemise protsessi elektroodil, mis on seotud redoksreaktsioonidega, nimetatakse elektrolüüs.

Mis määrab teatud aja jooksul vabaneva aine massi? Ilmselt on eraldunud aine mass m võrdne ühe iooni massi m 0i korrutisega aja Δt elektroodi jõudnud ioonide arvuga N i:

m = m 0i N i. (16.3)

Ioonide mass m 0i on:

kus M on aine molaar- (või aatom-) mass ja N A on Avogadro konstant, st ioonide arv ühes moolis.

Elektroodi jõudvate ioonide arv on

kus Δq = IΔt on aja Δt jooksul elektrolüüdi läbinud laeng; q 0i on iooni laeng, mille määrab aatomi valents n: q 0i \u003d ne (e on elementaarlaeng). Molekulide dissotsiatsiooni käigus tekivad näiteks KBr, mis koosneb monovalentsetest aatomitest (n = 1), K + ja Br - ioonid. Vasksulfaadi molekulide dissotsiatsioon toob kaasa kahekordse laenguga Cu 2+ ja SO 2-4 ioonide (n = 2) ilmumise. Asendades avaldised (16.4) ja (16.5) valemis (16.3) ning võttes arvesse, et Δq = IΔt, a q 0i = ne, saame

Faraday seadus.

Tähistame k-ga aine massi m ja elektrolüüti läbiva laengu Δq = IΔt proportsionaalsuskoefitsienti:

kus F \u003d en A = 9,65 10 4 C / mol - Faraday konstant.

Koefitsient k sõltub aine olemusest (M ja n väärtused). Vastavalt valemile (16.6) on meil

m = kIΔt. (16,8)

Faraday elektrolüüsi seadus:

Aja jooksul Δt elektroodile vabanenud aine mass. elektrivoolu läbimise ajal on võrdeline voolu tugevuse ja ajaga.

Selle teoreetiliselt saadud väite kehtestas esmakordselt eksperimentaalselt Faraday.

Väärtust k valemis (16.8) nimetatakse elektrokeemiline ekvivalent antud aine ja väljendatud kilogrammi ripatsi kohta(kg/C).

Valemist (16.8) on näha, et koefitsient k on arvuliselt võrdne aine massiga, mis eraldub elektroodidele ioonide 1 C laengu ülekandmisel.

Elektrokeemilisel ekvivalendil on lihtne füüsikaline tähendus. Kuna M / N A \u003d m 0i ja en \u003d q 0i, siis vastavalt valemile (16.7) k \u003d rn 0i / q 0i, st k on iooni massi ja selle laengu suhe.

M ja Δq väärtusi mõõtes saab määrata erinevate ainete elektrokeemilisi ekvivalente.

Faraday seaduse kehtivust saate kontrollida kogemuste põhjal. Paneme kokku joonisel (16.25) näidatud paigalduse. Kõik kolm elektrolüütivanni on täidetud sama elektrolüüdilahusega, kuid neid läbivad voolud on erinevad. Tähistame voolude tugevust läbi I1, I2, I3. Siis I 1 = I 2 + I 3 . Mõõtes erinevates vannides elektroodidele eralduvate ainete massid m 1, m 2, m 3, saab veenduda, et need on võrdelised vastavate vooludega I 1, I 2, I 3.

Elektroni laengu määramine.

Elektroni laengu määramiseks saab kasutada valemit (16.6) elektroodile eralduva aine massi kohta. Sellest valemist järeldub, et elektronide laengu moodul on võrdne:

Teades eralduva aine massi m laengu IΔt läbimisel, molaarmassi M, n aatomi valentsi ja Avogadro konstanti N A, saab leida elektroni laengumooduli väärtuse. Selgub, et see on võrdne e = 1,6 10 -19 C.

Nii saadi 1874. aastal esimest korda elementaarelektrilaengu väärtus.

Elektrolüüsi rakendamine. Elektrolüüsi kasutatakse inseneritöös laialdaselt erinevatel eesmärkidel. Elektrolüütiliselt katke ühe metalli pind õhukese kihiga teise metalliga ( nikeldamine, kroomimine, kullamine ja nii edasi.). See vastupidav kate kaitseb pinda korrosiooni eest. Kui on tagatud elektrolüütilise katte hea koorumine pinnalt, millele metall on ladestunud (see saavutatakse näiteks grafiidi pinnale kandmisega), siis reljeefpinnalt saab koopia.

Kooritavate katete saamise protsess - elektrotüüp- töötas välja vene teadlane B. S. Jacobi (1801-1874), kes 1836. aastal kasutas seda meetodit Peterburi Iisaku katedraali õõnsate figuuride valmistamisel.

Varem saadi trükitööstuses maatriksitest (komplekti jäljend plastmaterjalile) koopiaid reljeefselt pinnalt (stereotüübid), mille jaoks maatriksitele kanti paks kiht rauda või muud ainet. See võimaldas reprodutseerida komplekti vajalikus arvus eksemplare.

Elektrolüüs eemaldab metallidest lisandid. Nii valatakse maagist saadud toorvask paksude lehtedena, mis seejärel asetatakse anoodidena vanni. Elektrolüüsi käigus anoodi vask lahustub, väärtuslikke ja haruldasi metalle sisaldavad lisandid langevad põhja ning puhas vask settib katoodile.

Alumiinium saadakse sulaboksiidist elektrolüüsi teel. Just see alumiiniumi saamise meetod muutis selle odavaks ja koos rauaga tehnikas ja igapäevaelus kõige levinumaks.

Elektrolüüsi abil saadakse elektroonilised trükkplaadid, mis on kõigi elektroonikatoodete aluseks. Dielektrikule liimitakse õhuke vaskplaat, millele kantakse spetsiaalse värviga keeruline ühendusjuhtmete muster. Seejärel asetatakse plaat elektrolüüti, kuhu söövitatakse värviga katmata vasekihi kohad. Pärast seda pestakse värv maha ja tahvlile ilmuvad mikroskeemi detailid.