Elektromos áram folyadékokban. Töltések, anionok és kationok mozgása. Elektromos áram folyadékokban - elmélet, elektrolízis Folyadékok áramának mechanizmusa

« Fizika - 10. osztály"

Melyek az elektromos áram hordozói vákuumban?
Mi a mozgásuk természete?

A szilárd anyagokhoz hasonlóan a folyadékok dielektrikumok, vezetők és félvezetők lehetnek. A dielektrikumok közé tartozik a desztillált víz, a vezetők közé tartoznak az elektrolitok oldatai és olvadékai: savak, lúgok és sók. A folyékony félvezetők az olvadt szelén, az olvadt szulfidok stb.

Elektrolitikus disszociáció.

Amikor az elektrolitok feloldódnak a poláris vízmolekulák elektromos mezőjének hatására, az elektrolit molekulák ionokká bomlanak szét.

A molekulák ionokra bomlását a poláris vízmolekulák elektromos mezőjének hatására ún. elektrolitikus disszociáció.

A disszociáció mértéke- az oldott anyagban lévő, ionokra bomlott molekulák aránya.

A disszociáció mértéke függ a hőmérséklettől, az oldat koncentrációjától és az oldószer elektromos tulajdonságaitól.

A hőmérséklet emelkedésével nő a disszociáció mértéke, és ennek következtében nő a pozitív és negatív töltésű ionok koncentrációja.

Amikor a különböző előjelű ionok találkoznak, újra semleges molekulákká egyesülhetnek.

Állandó körülmények között az oldatban dinamikus egyensúly jön létre, amelyben a másodpercenként ionokká széteső molekulák száma megegyezik azon ionpárok számával, amelyek egyidejűleg semleges molekulákká rekombinálódnak.

Ionos vezetőképesség.

A vizes oldatokban vagy elektrolitolvadékokban lévő töltéshordozók pozitív és negatív töltésű ionok.

Ha egy elektrolitoldatot tartalmazó edényt egy elektromos áramkörhöz csatlakoztatnak, akkor a negatív ionok a pozitív elektródára - az anódra, a pozitív ionok pedig a negatívra - a katódra mozognak. Ennek eredményeként elektromos áram fog átfolyni az áramkörön.

Az elektrolitok vizes oldatainak vagy olvadékainak vezetőképességét, amelyet ionok hajtanak végre, ún ionvezetőképesség.

Elektrolízis. Az ionvezetésben az áram áthaladása az anyag átadásával jár. Az elektródáknál az elektrolitokat alkotó anyagok szabadulnak fel. Az anódnál a negatív töltésű ionok adják fel extra elektronjaikat (a kémiában ezt oxidációs reakciónak hívják), a katódon pedig a pozitív ionok a hiányzó elektronokat (redukciós reakció).

A folyadékok elektromos vezetőképességgel is rendelkezhetnek. Ilyen vezetőképességűek például a folyékony fémek.

A redoxreakciókkal összefüggő anyag felszabadulási folyamatát az elektródán ún elektrolízis.

Mi határozza meg egy bizonyos idő alatt felszabaduló anyag tömegét? Nyilvánvaló, hogy a felszabaduló anyag m tömege egyenlő egy ion m 0i tömegének szorzatával azon ionok N i számával, amelyek a Δt idő alatt elérték az elektródát:

m = m 0i N i . (16.3)

Az m 0i ion tömege egyenlő:

ahol M az anyag moláris (vagy atom) tömege, N A pedig Avogadro-állandó, azaz az egy mólban lévő ionok száma.

Az elektródát elérő ionok száma egyenlő

ahol Δq = IΔt az elektroliton áthaladó töltés a Δt idő alatt; q 0i az ion töltése, amelyet az atom n vegyértéke határoz meg: q 0i = ne (e az elemi töltés). A molekulák disszociációja során például a KBr, amely egyértékű atomokból áll (n = 1), K + és Br - ionok jelennek meg. A réz-szulfát molekulák disszociációja kétszeres töltésű Cu 2+ és SO 2- 4 ionok megjelenéséhez vezet (n = 2). A (16.4) és (16.5) kifejezéseket behelyettesítve a (16.3) képletbe, és figyelembe véve, hogy Δq = IΔt, a q 0i = ne, kapjuk

Faraday törvénye.

Jelöljük k-val az anyag m tömege és az elektroliton áthaladó Δq = IΔt töltés közötti arányossági együtthatót:

ahol F = eN A = 9,65 10 4 C/mol - Faraday állandó.

A k együttható az anyag természetétől függ (M és n értékei). A (16.6) képlet szerint megvan

m = kIΔt. (16,8)

Faraday elektrolízis törvénye:

Az elektródán felszabaduló anyag tömege a Δt idő alatt. amikor elektromos áram halad át, az arányos az áramerősséggel és az idővel.

Ezt az elméletileg kapott állítást először Faraday állapította meg kísérletileg.

A (16.8) képletben szereplő k mennyiséget nevezzük elektrokémiai ekvivalens ennek az anyagnak a mennyisége, és ebben van kifejezve kilogramm medálonként(kg/Cl).

A (16.8) képletből jól látható, hogy a k együttható számszerűen egyenlő az elektródákon felszabaduló anyag tömegével, amikor az ionok 1 C-nak megfelelő töltést adnak át.

Az elektrokémiai megfelelőnek egyszerű fizikai jelentése van. Mivel M/N A = m 0i és еn = q 0i, így a (16.7) képlet szerint k = rn 0i /q 0i, azaz k az ion tömegének és töltésének aránya.

Az m és Δq értékeinek mérésével meg lehet határozni a különböző anyagok elektrokémiai egyenértékeit.

Kísérletileg ellenőrizheti Faraday törvényének érvényességét. Szereljük össze a (16.25) ábrán látható telepítést. Mindhárom elektrolitfürdő ugyanabban az elektrolitoldatban van megtöltve, de a rajtuk áthaladó áramok eltérőek. Jelöljük az áramerősségeket I1, I2, I3-mal. Ekkor I 1 = I 2 + I 3. A különböző fürdőkben az elektródákra felszabaduló anyagok m 1, m 2, m 3 tömegének mérésével ellenőrizhető, hogy azok arányosak-e a megfelelő I 1, I 2, I 3 áramerősségekkel.

Elektrontöltés meghatározása.

Az elektródán felszabaduló anyag tömegére vonatkozó (16.6) képlet felhasználható az elektron töltésének meghatározására. Ebből a képletből az következik, hogy az elektrontöltés modulusa egyenlő:

Ismerve az IΔt töltés áthaladása során felszabaduló anyag m tömegét, az M moláris tömegét, az n atom vegyértékét és az Avogadro-állandót N A, megkaphatjuk az elektrontöltés modulusának értékét. Kiderül, hogy e = 1,6 10 -19 C.

Ily módon határozták meg először 1874-ben az elemi elektromos töltés értékét.

Az elektrolízis alkalmazása. Az elektrolízist széles körben használják a technológiában különféle célokra. Elektrolitikusan fedje be az egyik fém felületét egy másik fém vékony rétegével ( nikkelezés, krómozás, aranyozás stb.). Ez a tartós bevonat megvédi a felületet a korróziótól. Ha biztosítja az elektrolitikus bevonat jó leválását arról a felületről, amelyre a fémet lerakják (ezt például grafit felhordásával érik el), akkor másolatot kaphat a dombormű felületről.

A lehúzható bevonatok előállításának folyamata - elektrotípia- fejlesztette ki B. S. Jacobi (1801-1874) orosz tudós, aki 1836-ban ezzel a módszerrel készített üreges figurákat a szentpétervári Szent Izsák-székesegyház számára.

Korábban a nyomdaiparban mátrixokból (egy típus lenyomata egy műanyagon) domborzati felületről (sztereotípiák) készült másolatokat kaptak, amelyekhez a mátrixokra vastag vas- vagy más anyagréteg került. Ez lehetővé tette a készlet megfelelő példányszámú reprodukálását.

Elektrolízissel a fémeket megtisztítják a szennyeződésektől. Így az ércből nyert nyers rezet vastag lemezekké öntik, amelyeket aztán anódként fürdőbe helyeznek. Az elektrolízis során az anód reze feloldódik, az értékes és ritka fémeket tartalmazó szennyeződések az aljára hullanak, a katódra pedig a tiszta réz ülepedik.

Az olvadt bauxitból elektrolízissel alumíniumot nyernek. Ez az alumínium-előállítási módszer tette olcsóvá, és a vas mellett a legelterjedtebbé a technikában és a mindennapi életben.

Elektrolízissel elektronikus áramköri lapokat állítanak elő, amelyek minden elektronikai termék alapjául szolgálnak. A dielektrikumra vékony rézlemezt ragasztanak, amelyre speciális festékkel festik az összekötő vezetékek összetett mintáját. Ezután a lemezt elektrolitba helyezik, ahol a rézréteg festékkel nem borított részeit bemarják. Ezt követően a festéket lemossák, és a mikroáramkör részletei megjelennek a táblán.

Abszolút mindenki tudja, hogy a folyadékok jól vezethetik az elektromos energiát. És az is köztudott, hogy típusuk szerint minden vezető több alcsoportra oszlik. Cikkünkben azt javasoljuk, hogy vizsgáljuk meg az elektromos áramot folyadékokban, fémekben és más félvezetőkben, valamint az elektrolízis törvényeit és típusait.

Elektrolízis elmélet

Hogy könnyebben megértsük, miről beszélünk, javasoljuk, hogy az elmélettel kezdjük: az elektromosságot, ha az elektromos töltést egyfajta folyadéknak tekintjük, több mint 200 éve ismert. A töltések egyedi elektronokból állnak, de ezek olyan kicsik, hogy minden nagy töltés folyamatos folyadékáramlásként viselkedik.

A szilárd testekhez hasonlóan a folyékony vezetők is három típusúak lehetnek:

• félvezetők (szelén, szulfidok és mások);
• dielektrikumok (lúgos oldatok, sók és savak);
• vezetők (mondjuk plazmában).

Disszociációnak nevezzük azt a folyamatot, amelynek során az elektrolitok feloldódnak és az ionok szétesnek elektromos moláris tér hatására. Az ionokká bomló molekulák vagy az oldott anyagban lebomló ionok aránya viszont teljes mértékben függ a különböző vezetőkben és olvadékokban lévő fizikai tulajdonságoktól és hőmérséklettől. Fontos megjegyezni, hogy az ionok rekombinálódhatnak vagy újra összeállhatnak. Ha a feltételek nem változnak, akkor a bomlott és a kombinált ionok száma egyformán arányos lesz.

Az ionok energiát vezetnek az elektrolitokban, mert lehetnek pozitív és negatív töltésű részecskék is. Amikor a folyadékot (pontosabban a folyadékot tartalmazó edényt az áramforráshoz csatlakoztatják), a részecskék ellentétes töltések felé kezdenek mozogni (a pozitív ionok a katódokhoz, a negatív ionok pedig az anódokhoz vonzódnak). Ebben az esetben az energiát közvetlenül az ionok szállítják, ezért az ilyen típusú vezetőképességet ionosnak nevezik.

Az ilyen típusú vezetés során az áramot ionok viszik, és az elektródákon olyan anyagok szabadulnak fel, amelyek az elektrolitok alkotóelemei. Ha kémiai szempontból gondolkodunk, akkor oxidáció és redukció következik be. Így a gázokban és folyadékokban lévő elektromos áramot elektrolízissel szállítják.

A fizika törvényei és az áramerősség folyadékokban

Otthonunkban és berendezéseinkben az elektromosságot általában nem fémhuzalokon továbbítják. Egy fémben az elektronok atomról atomra mozoghatnak, és így negatív töltést hordozhatnak.

Folyadékként Alessandro Volta olasz tudósról elnevezett elektromos feszültség, az úgynevezett feszültség volt, volt egységekben formájában szállítják.

Videó: Elektromos áram folyadékokban: teljes elmélet

Ezenkívül az elektromos áram a nagyfeszültségről az alacsony feszültségre folyik, és mértékegysége amper, amelyet Andre-Marie Ampere-ről neveztek el. És az elmélet és a képlet szerint, ha növeli a feszültséget, akkor az erőssége is arányosan nő. Ezt az összefüggést Ohm törvényének nevezik. Példaként az alábbiakban látható a virtuális amper karakterisztika.

Az Ohm-törvény (további részletekkel a vezeték hosszával és vastagságával kapcsolatban) általában az egyik első dolog, amit a fizikaórákon tanítanak, ezért sok diák és tanár a gázokban és folyadékokban lévő elektromos áramot a fizika alaptörvényeként kezeli.

Ahhoz, hogy a töltések mozgását a saját szemünkkel lássuk, elő kell készíteni egy lombikot sós vízzel, lapos téglalap alakú elektródákkal és áramforrásokkal; szükség lesz egy ampermérő telepítésre is, amelynek segítségével az energiát az áramból vezetik. táplálás az elektródákhoz.

A vezetőként működő lemezeket le kell engedni a folyadékba, és be kell kapcsolni a feszültséget. Ezt követően megindul a részecskék kaotikus mozgása, de csakúgy, mint a vezetők közötti mágneses tér kialakulása után, ez a folyamat is elrendelt lesz.

Amint az ionok elkezdenek töltést cserélni és egyesülni, az anódok katódokká, a katódok pedig anódokká válnak. De itt figyelembe kell venni az elektromos ellenállást. Természetesen az elméleti görbe fontos szerepet játszik, de a fő befolyásoló tényező a hőmérséklet és a disszociáció mértéke (attól függően, hogy melyik hordozót választjuk), illetve, hogy váltó- vagy egyenáramot választunk. Ezt a kísérleti vizsgálatot befejezve észreveheti, hogy a szilárd testeken (fémlemezeken) vékony sóréteg képződik.

Elektrolízis és vákuum

Az elektromos áram vákuumban és folyadékokban meglehetősen összetett kérdés. Az a tény, hogy az ilyen médiában teljesen nincsenek töltések a testekben, ami azt jelenti, hogy dielektrikum. Más szóval, az a célunk, hogy olyan feltételeket teremtsünk, hogy az elektronatom megkezdhesse mozgását.

Ehhez moduláris eszközt, vezetőket és fémlemezeket kell használnia, majd a fenti módszer szerint járjon el.

Az elektrolízis alkalmazásai

Ezt a folyamatot az élet szinte minden területén alkalmazzák. Még a legalapvetőbb munkákhoz is néha elektromos áram beavatkozása szükséges a folyadékokba, mondjuk

Ezzel az egyszerű eljárással a szilárd testeket vékony fémréteggel vonják be, például nikkel- vagy krómozással. Ez a korróziós folyamatok elleni küzdelem egyik lehetséges módja. Hasonló technológiákat használnak transzformátorok, mérőórák és egyéb elektromos eszközök gyártása során.

Reméljük, hogy indoklásunk választ adott minden olyan kérdésre, amely a folyadékok elektromos áramának vizsgálata során felmerül. Ha jobb válaszokra van szüksége, javasoljuk, hogy látogassa meg a villanyszerelő fórumot, ahol ingyenesen adnak tanácsot.

Elektromos tulajdonságaikat tekintve a folyadékok igen változatosak. Az olvadt fémek, akárcsak a szilárd állapotban lévő fémek, nagy elektromos vezetőképességgel rendelkeznek, amely a szabad elektronok nagy koncentrációjához kapcsolódik.

Sok folyadék, mint például a tiszta víz, az alkohol, a kerozin jó dielektrikum, mert molekuláik elektromosan semlegesek és nincsenek szabad töltéshordozók.

Elektrolitok. A folyadékok egy speciális osztálya az úgynevezett elektrolitokból áll, amelyek szervetlen savak, sók és bázisok vizes oldataiból, ionos kristályok olvadékaiból stb. elektromos áram. Ezek az ionok az olvadás és oldódás során keletkeznek, amikor az oldószermolekulák elektromos mezőinek hatására az oldott anyag molekulái külön pozitív és negatív töltésű ionokra bomlanak. Ezt a folyamatot elektrolitikus disszociációnak nevezik.

Elektrolitikus disszociáció. Egy adott anyag a disszociációs foka, vagyis az ionokra bomlott oldott molekulák aránya függ a hőmérséklettől, az oldat koncentrációjától és az oldószer dielektromos állandójától. A hőmérséklet emelkedésével a disszociáció mértéke nő. Az ellentétes előjelű ionok rekombinálódhatnak, újra semleges molekulákká egyesülve. Állandó külső körülmények között az oldatban dinamikus egyensúly jön létre, amelyben a rekombinációs és disszociációs folyamatok kompenzálják egymást.

Minőségileg az alábbi egyszerű érvek segítségével megállapítható az a disszociáció fokának az oldott anyag koncentrációjától való függése. Ha egy térfogategység egy oldott anyag molekuláit tartalmazza, akkor ezek egy része disszociál, a többi nem disszociál. Az egységnyi oldattérfogatra eső elemi disszociációs aktusok száma arányos a fel nem osztott molekulák számával, ezért egyenlő azzal, ahol A az elektrolit természetétől és a hőmérséklettől függő együttható. A rekombinációs események száma arányos az eltérő ionok ütközésének számával, azaz arányos mind ezek, mind más ionok számával. Ezért egyenlő azzal, ahol B egy adott anyagra állandó hőmérsékleten állandó együttható.

Dinamikus egyensúlyi állapotban

Az arány nem függ a koncentrációtól Látható, hogy minél kisebb az oldat koncentrációja, annál közelebb van az egységhez: nagyon híg oldatokban az oldott anyag szinte minden molekulája disszociál.

Minél nagyobb az oldószer dielektromos állandója, annál inkább gyengülnek az oldott anyag molekuláiban lévő ionkötések, és ennélfogva annál nagyobb a disszociáció mértéke. Így a sósav vízben oldva nagy elektromos vezetőképességű elektrolitot hoz létre, míg etil-éteres oldata nagyon rosszul vezeti az elektromosságot.

Szokatlan elektrolitok. Vannak nagyon szokatlan elektrolitok is. Például az elektrolit üveg, amely egy erősen túlhűtött, hatalmas viszkozitású folyadék. Melegítéskor az üveg meglágyul és viszkozitása nagymértékben csökken. Az üvegben jelenlévő nátriumionok észrevehetően mozgékonyakká válnak, és lehetővé válik az elektromos áram áthaladása, bár normál hőmérsékleten az üveg jó szigetelő.

Rizs. 106. Az üveg elektromos vezetőképességének bemutatása hevítéskor

Ennek világos demonstrációja látható a kísérletben, melynek diagramja a 1. ábrán látható. 106. Egy üvegrúd reosztáton keresztül csatlakozik a világítási hálózathoz, míg a rúd hideg, az üveg nagy ellenállása miatt az áramkörben elhanyagolható az áram. Ha a pálcát gázégővel 300-400 °C-ra melegítjük, akkor ellenállása több tíz ohmra csökken, és az L izzó izzószála felforrósodik. Most rövidre zárhatja az izzót a K gombbal. Ebben az esetben az áramkör ellenállása csökken, az áramerősség pedig nő. Ilyen körülmények között a pálca hatékonyan felmelegszik elektromos áram hatására, és addig világít, amíg fényesen világít, még akkor is, ha az égőt eltávolítják.

Ionos vezetőképesség. Az elektromos áram áthaladását az elektrolitban Ohm törvénye írja le

Az elektrolitban lévő elektromos áram tetszőlegesen alacsony alkalmazott feszültség mellett történik.

Az elektrolitban lévő töltéshordozók pozitív és negatív töltésű ionok. Az elektrolitok elektromos vezetőképességének mechanizmusa sok tekintetben hasonló a gázok elektromos vezetőképességének fentebb leírt mechanizmusához. A fő különbségek abból adódnak, hogy a gázokban a töltéshordozók mozgásával szembeni ellenállás elsősorban a semleges atomokkal való ütközésükből adódik. Az elektrolitokban az ionok mobilitása az oldószerben való mozgásuk során a belső súrlódásnak – viszkozitásnak – köszönhető.

A hőmérséklet emelkedésével az elektrolitok vezetőképessége, ellentétben a fémekkel, nő. Ez annak köszönhető, hogy a hőmérséklet emelkedésével a disszociáció mértéke nő, a viszkozitás pedig csökken.

Ellentétben a fémekre és félvezetőkre jellemző elektronikus vezetőképességgel, ahol az elektromos áram áthaladását nem kíséri semmilyen változás az anyag kémiai összetételében, az ionvezetőképesség az anyag átadásával jár.

valamint az elektrolitokban lévő anyagok felszabadulását az elektródákon. Ezt a folyamatot elektrolízisnek nevezik.

Elektrolízis. Amikor egy anyag szabadul fel az elektródán, a megfelelő ionok koncentrációja az elektródával szomszédos elektrolit régióban csökken. Így itt megbomlik a disszociáció és a rekombináció közötti dinamikus egyensúly: itt megy végbe az anyag bomlása az elektrolízis hatására.

Az elektrolízist először a víz voltaikus oszlopból származó áram általi bomlásakor figyelték meg. Néhány évvel később a híres vegyész, G. Davy felfedezte a nátriumot, és elektrolízissel izolálta a nátronlúgból. Az elektrolízis kvantitatív törvényeit M. Faraday kísérleti úton állapította meg, amelyek az elektrolízis jelenségének mechanizmusa alapján könnyen alátámaszthatók.

Faraday törvényei. Minden ionnak van egy elektromos töltése, amely többszöröse az e elemi töltésnek. Más szóval, az ion töltése egyenlő , ahol a megfelelő kémiai elem vagy vegyület vegyértékével egyenlő egész szám. Tegyük fel, hogy amikor az áram áthalad az elektródán, ionok szabadulnak fel. Töltésük abszolút értékben egyenlő: A pozitív ionok elérik a katódot, és töltésüket az áramforrásból a vezetékeken keresztül a katódra áramló elektronok semlegesítik. Negatív ionok közelednek az anódhoz, és ugyanannyi elektron jut el a vezetékeken keresztül az áramforráshoz. Ebben az esetben egy töltés egy zárt elektromos áramkörön halad keresztül

Jelöljük az egyik elektródán felszabaduló anyag tömegével és az ion (atom vagy molekula) tömegével. Nyilvánvaló tehát, hogy ennek a törtnek a számlálóját és nevezőjét megszorozzuk Avogadro állandójával, azt kapjuk

ahol az atom- vagy moláris tömeg, a Faraday-állandó, amelyet a kifejezés határoz meg

A (4)-ből világos, hogy a Faraday-állandó jelentése „egy mól elektromosság”, azaz egy mól elemi töltés teljes elektromos töltése:

A (3) képlet mindkét Faraday-törvényt tartalmazza. Azt mondja, hogy az elektrolízis során felszabaduló anyag tömege arányos az áramkörön áthaladó töltéssel (Faraday első törvénye):

Az együtthatót egy adott anyag elektrokémiai ekvivalensének nevezzük, és mértékegységben fejezzük ki

kilogramm per coulomb Jelentése az ion fajlagos töltésének reciproka.

A k elektrokémiai egyenértéke arányos az anyag kémiai egyenértékével (Faraday második törvénye).

Faraday törvényei és az elemi vád. Mivel Faraday idejében még nem létezett az elektromosság atomi természetének fogalma, az elektrolízis törvényeinek kísérleti felfedezése korántsem volt triviális. Éppen ellenkezőleg, Faraday törvényei voltak azok, amelyek ezeknek az elképzeléseknek az érvényességének első kísérleti bizonyítékául szolgáltak.

A Faraday-állandó kísérleti mérése először tette lehetővé az elemi töltés értékének számszerű becslését jóval az elemi elektromos töltés közvetlen mérése előtt Millikan olajcseppekkel végzett kísérleteiben. Figyelemre méltó, hogy az elektromosság atomszerkezetének elképzelése egyértelmű kísérleti megerősítést kapott a 19. század 30-as éveiben végzett elektrolízises kísérletekben, amikor még az anyag atomi szerkezetének gondolatát sem osztotta mindenki. tudósok. A Királyi Társaságnak tartott híres beszédében, amelyet Faraday emlékének szenteltek, Helmholtz így kommentálta ezt a körülményt:

"Ha elismerjük a kémiai elemek atomjainak létezését, akkor nem kerülhetjük el azt a további következtetést, hogy az elektromosság, mind a pozitív, mind a negatív, bizonyos elemi mennyiségekre oszlik, amelyek úgy viselkednek, mint az elektromosság atomjai."

Kémiai áramforrások. Ha egy fémet, például cinket vízbe merítünk, akkor bizonyos mennyiségű pozitív cinkion a poláris vízmolekulák hatására elkezd mozogni a fém kristályrácsának felületi rétegéből a vízbe. Ennek eredményeként a cink negatívan, a víz pedig pozitívan töltődik. A fém és a víz határfelületén egy elektromos kettős rétegnek nevezett vékony réteg képződik; erős elektromos tér van benne, melynek intenzitása a víztől a fém felé irányul. Ez a mező megakadályozza a cinkionok további átmenetét vízbe, és ennek eredményeként olyan dinamikus egyensúly jön létre, amelyben a fémből a vízbe érkező ionok átlagos száma megegyezik a vízből a fémbe visszatérő ionok számával.

Dinamikus egyensúly akkor is létrejön, ha a fémet ugyanazon fém sójának vizes oldatába merítjük, például cinket cink-szulfát oldatában. Az oldatban a só ionokká disszociál.A keletkező cinkionok nem különböznek az elektródáról oldatba került cinkionoktól. A cinkionok koncentrációjának növekedése az elektrolitban megkönnyíti ezen ionok átalakulását a fémbe az oldatból, és megnehezíti azt

átmenet fémről oldatra. Ezért a cink-szulfát oldatban a merített cinkelektróda, bár negatív töltésű, gyengébb, mint a tiszta vízben.

Ha egy fémet oldatba merítünk, a fém nem mindig lesz negatív töltésű. Például, ha egy rézelektródát réz-szulfát-oldatba merítünk, akkor az ionok elkezdenek kicsapódni az elektródán lévő oldatból, pozitívan töltve azt. A térerősség az elektromos kettős rétegben ebben az esetben a réztől az oldat felé irányul.

Így ha egy fémet vízbe vagy ugyanazon fém ionjait tartalmazó vizes oldatba merítünk, potenciálkülönbség keletkezik közöttük a fém és az oldat határfelületén. Ennek a potenciálkülönbségnek az előjele és nagysága a fém típusától (réz, cink stb.), az oldatban lévő ionok koncentrációjától függ, és szinte független a hőmérséklettől és a nyomástól.

Két különböző fémből készült elektróda elektrolitba merítve galvánelemet alkot. Például egy Volta-cellában a cink- és rézelektródákat vizes kénsavoldatba merítik. Az oldat eleinte nem tartalmaz sem cink-, sem rézionokat. Később azonban ezek az ionok az elektródákról bejutnak az oldatba, és létrejön a dinamikus egyensúly. Amíg az elektródák nincsenek huzallal összekötve egymással, az elektrolit potenciálja minden ponton azonos, és az elektródák potenciálja eltér az elektrolit potenciáljától a kettős rétegek miatt, amelyek a határfelületükön képződnek. elektrolit. Ebben az esetben a cink elektródapotenciálja -0,763 V, a rézé pedig a Volt elem elektromotoros ereje, amely ezekből a potenciálugrásokból áll, egyenlő lesz

Áram egy galvánelemes áramkörben. Ha egy galvanikus cella elektródáit egy huzal köti össze, akkor az elektronok ezen a vezetéken keresztül a negatív elektródától (cink) a pozitív elektródáig (réz) mozognak, ami felborítja az elektródák és az elektrolit közötti dinamikus egyensúlyt, amelyben vannak. elmerülve. A cinkionok elkezdenek mozogni az elektródáról az oldatba, hogy az elektromos kettős réteget ugyanabban az állapotban tartsák, állandó potenciálugrással az elektróda és az elektrolit között. Hasonlóképpen egy rézelektródánál a rézionok elkezdenek kimozdulni az oldatból, és kicsapódnak az elektródán. Ebben az esetben a negatív elektród közelében ionhiány képződik, a pozitív elektród közelében pedig az ilyen ionok feleslege. Az oldatban lévő ionok teljes száma nem változik.

A leírt folyamatok eredményeként zárt körben elektromos áramot tartanak fenn, amelyet az összekötő vezetékben az elektronok mozgása, az elektrolitban pedig ionok hoznak létre. Amikor elektromos áram halad át, a cinkelektróda fokozatosan feloldódik, és réz rakódik le a pozitívon (réz)

elektróda. Az ionkoncentráció a cinkelektródánál nő, a rézelektródánál csökken.

Potenciál galvánelemes áramkörben. Az elektromos áram áthaladásának leírt mintája egy kémiai elemet tartalmazó nem egyenletes zárt áramkörben megfelel az áramkör mentén elhelyezkedő potenciáleloszlásnak, amelyet vázlatosan az 1. ábra mutat be. 107. A külső áramkörben, azaz az elektródákat összekötő vezetékben a potenciál egyenletesen csökken az A pozitív (réz) elektródánál lévő értékről a B negatív (cink) elektródánál lévő értékre az Ohm-törvénynek megfelelően homogénre. karmester. A belső áramkörben, vagyis az elektródák közötti elektrolitban a potenciál fokozatosan csökken a cinkelektróda közelében lévő értékről a rézelektródához közeli értékre. Ha a külső áramkörben az áram a rézelektródától a cinkelektródáig folyik, akkor az elektroliton belül a cinktől a rézig. Az elektromos kettős rétegek potenciális ugrásai külső (jelen esetben kémiai) erők hatására jönnek létre. Az elektromos töltések kettős rétegben történő mozgása külső erők hatására ellentétes az elektromos erők hatásirányával.

Rizs. 107. Potenciális eloszlás egy kémiai elemet tartalmazó lánc mentén

ábrán a potenciálváltozás ferde metszetei. A 107 a zárt áramkör külső és belső szakaszának elektromos ellenállásának felel meg. A teljes potenciálesés ezeken a szakaszokon megegyezik a kettős rétegekben bekövetkező potenciálugrások összegével, azaz az elem elektromotoros erejével.

Az elektromos áram áthaladását a galvánelemben megnehezítik az elektródákon felszabaduló melléktermékek és az elektrolitban a koncentrációkülönbség megjelenése. Ezeket a jelenségeket elektrolitikus polarizációnak nevezik. Például Volta elemekben, amikor az áramkör zárva van, pozitív ionok mozognak a rézelektródára, és lerakódnak rajta. Ennek eredményeként egy idő után a rézelektródát hidrogénnel helyettesítik. Mivel a hidrogén elektródpotenciálja 0,337 V-tal kisebb, mint a réz elektródpotenciálja, az elem emf-je megközelítőleg ugyanennyivel csökken. Ezenkívül a rézelektródán felszabaduló hidrogén növeli az elem belső ellenállását.

A hidrogén káros hatásainak csökkentése érdekében depolarizátorokat használnak - különféle oxidálószereket. Például a leggyakrabban használt elemben, a Leclanche („száraz” elemek)

A pozitív elektróda egy grafit rúd, amelyet mangán-peroxid és grafit összenyomott tömege vesz körül.

Elemek. Gyakorlatilag fontos típusa a galvanikus celláknak az akkumulátorok, amelyeknél kisütés után fordított töltési folyamat lehetséges az elektromos energia kémiai energiává alakításával. Az elektromos áram előállítása során elfogyasztott anyagok elektrolízissel visszakerülnek az akkumulátor belsejébe.

Látható, hogy az akkumulátor töltésekor a kénsav koncentrációja nő, ami az elektrolit sűrűségének növekedéséhez vezet.

Így a töltési folyamat során az elektródák éles aszimmetriája jön létre: az egyik ólom, a másik ólom-peroxid lesz. A feltöltött akkumulátor egy galvanikus cella, amely áramforrásként szolgálhat.

Amikor elektromos energiafogyasztókat csatlakoztatnak az akkumulátorhoz, az áramkörön elektromos áram folyik át, amelynek iránya ellentétes a töltőárammal. A kémiai reakciók az ellenkező irányba mennek végbe, és az akkumulátor visszatér eredeti állapotába. Mindkét elektródát sóréteg borítja, és a kénsav koncentrációja visszaáll az eredeti értékre.

Feltöltött akkumulátor esetén az EMF körülbelül 2,2 V. Kisütéskor 1,85 V-ra csökken. A további kisütés nem javasolt, mivel az ólom-szulfát képződése visszafordíthatatlanná válik, és az akkumulátor tönkremegy.

Azt a maximális töltést, amelyet egy akkumulátor lemerült állapotban képes leadni, kapacitásának nevezzük. Az akkumulátor kapacitása általában

amperórában mérve. Minél nagyobb a lemezek felülete, annál nagyobb.

Az elektrolízis alkalmazásai. Az elektrolízist a kohászatban használják. Az alumínium és a tiszta réz leggyakoribb elektrolitikus gyártása. Az elektrolízis segítségével egyes anyagokból vékony rétegeket lehet létrehozni mások felületén dekoratív és védőbevonatok (nikkelezés, krómozás) előállítása érdekében. A lehúzható bevonatok (elektroplasztika) előállításának folyamatát B. S. Jacobi orosz tudós dolgozta ki, aki a szentpétervári Szent Izsák-székesegyházat díszítő üreges szobrok készítéséhez használta fel.

Mi a különbség a fémek és az elektrolitok elektromos vezetőképességének fizikai mechanizmusa között?

Magyarázza meg, hogy egy adott anyag disszociációs foka miért függ az oldószer dielektromos állandójától!

Magyarázza meg, hogy az erősen híg elektrolit oldatokban miért disszociál szinte az összes oldott molekula!

Magyarázza el, hogyan hasonlít az elektrolitok elektromos vezetőképességének mechanizmusa a gázok elektromos vezetőképességének mechanizmusához! Miért arányos állandó külső körülmények között az elektromos áram az alkalmazott feszültséggel?

Milyen szerepet játszik az elektromos töltés megmaradásának törvénye az elektrolízis törvényének (3) levezetésében?

Magyarázza meg az anyag elektrokémiai ekvivalense és ionjainak fajlagos töltése közötti összefüggést!

Hogyan lehet kísérletileg meghatározni a különböző anyagok elektrokémiai egyenértékeinek arányát, ha több elektrolitfürdő van, de nincs árammérő műszer?

Hogyan lehet az elektrolízis jelenségét felhasználni elektromos fogyasztásmérő létrehozására egyenáramú hálózatban?

Miért tekinthetők Faraday törvényei az elektromosság atomi természetével kapcsolatos elképzelések kísérleti bizonyítékának?

Milyen folyamatok mennek végbe, ha fémelektródákat vízbe merítünk, és ezeknek a fémeknek ionjait tartalmazó elektrolitba merítjük?

Ismertesse a galvanikus cella elektródái közelében az elektrolitban az áram áthaladása során lezajló folyamatokat!

Miért mozognak a pozitív ionok a feszültségcellában a negatív (cink) elektródáról a pozitív (réz) elektródára? Hogyan jön létre potenciáleloszlás egy olyan áramkörben, amely az ionok ilyen mozgását idézi elő?

Miért ellenőrizhető a savas akkumulátor töltöttségi foka hidrométerrel, azaz folyadék sűrűségét mérő készülékkel?

Miben különböznek alapvetően az akkumulátorokban végzett folyamatok a „száraz” akkumulátorokban végzett folyamatoktól?

A c akkumulátor töltési folyamatában elhasznált elektromos energia mekkora része használható fel kisütéskor, ha a töltés során a kapcsain feszültséget tartottak

Beszámoló a témáról:

Elektromosság

folyadékokban

(elektrolitok)

Elektrolízis

Faraday törvényei

Elemi elektromos töltés

Diákok 8 th osztály « B »

L Oginova M áriák A ndreevny

Moszkva 2003

91. számú iskola

Bevezetés

Életünkben sok minden összefügg a vizes sók (elektrolitok) oldatainak elektromos vezetőképességével. A szív első dobbanásától (az emberi testben „élő” elektromosság, amely 80%-ban víz) az utcán közlekedő autókig, a lejátszókig és a mobiltelefonokig (ezeknek az eszközöknek szerves részét képezik az „elemek” - elektrokémiai akkumulátorok és különféle akkumulátorok - az ólomsavtól az autókban a lítium polimerig a legdrágább mobiltelefonokban). A mérgező gőzöktől füstölgő hatalmas kádakban az alumíniumot elektrolízissel állítják elő a magas hőmérsékleten megolvadt bauxitból – a repülőgépek „szárnyas” féméből, a Fanta számára pedig a kannákból. Körülötte minden – egy idegen autó krómozott hűtőrácsától az ezüstözött fülbevalóig – valamikor találkozott oldattal vagy olvadt sóval, és ennek következtében a folyadékokban elektromos árammal. Nem véletlen, hogy ezt a jelenséget egy egész tudomány – az elektrokémia – vizsgálja. Most azonban jobban érdekel bennünket ennek a jelenségnek a fizikai alapja.

Elektromos áram az oldatban. Elektrolitok

A 8. osztályos fizikaórákról tudjuk, hogy a vezetőkben (fémekben) a töltést negatív töltésű elektronok hordozzák.

A töltött részecskék rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük.

De ha összeállítunk egy eszközt (grafitelektródákkal):

akkor megbizonyosodunk arról, hogy az ampermérő tű eltérül - áram folyik át az oldaton! Milyen töltött részecskék vannak az oldatban?

Svante Arrhenius svéd tudós 1877-ben arra a következtetésre jutott, hogy különféle anyagok oldatainak elektromos vezetőképességét tanulmányozva arra a következtetésre jutott, hogy ezt a só vízben való feloldásakor keletkező ionok okozzák. Vízben oldva a CuSO 4 molekula felbomlik (disszociál) két különböző töltésű ionra - Cu 2+ és SO 4 2-. Az egyszerűsített folyamatokat a következő képlet tükrözheti:

CuSO 4 ÞCu 2+ +SO 4 2-

A sók, lúgok és savak oldatai elektromos áramot vezetnek.

Azokat az anyagokat, amelyek oldatai elektromos áramot vezetnek, elektrolitoknak nevezzük.

A cukor, alkohol, glükóz és néhány más anyag oldatai nem vezetik az elektromosságot.

Azokat az anyagokat, amelyek oldatai nem vezetnek elektromos áramot, nemelektrolitoknak nevezzük.

Elektrolitikus disszociáció

Az elektrolit ionokra bomlási folyamatát elektrolitikus disszociációnak nevezzük.

S. Arrhenius, aki ragaszkodott az oldatok fizikai elméletéhez, nem vette figyelembe az elektrolit és a víz kölcsönhatását, és úgy vélte, hogy az oldatokban szabad ionok vannak. Ezzel szemben I. A. Kablukov és V. A. Kistyakovsky orosz kémikusok D. I. Mengyelejev kémiai elméletét alkalmazták az elektrolitikus disszociáció magyarázatára, és bebizonyították, hogy az elektrolit feloldásakor az oldott anyag és a víz kémiai kölcsönhatása lép fel, ami hidrátok képződéséhez vezet. majd ionokká disszociálnak. Úgy gondolták, hogy az oldatok nem szabad, nem „csupasz”, hanem hidratált ionokat tartalmaznak, azaz vízmolekulák „köpenyébe öltöztetve”. Következésképpen az elektrolit molekulák disszociációja a következő sorrendben megy végbe:

a) a vízmolekulák orientációja egy elektrolit molekula pólusai körül

b) az elektrolit molekula hidratálása

c) ionizációja

d) bomlása hidratált ionokra

Az elektrolitikus disszociáció mértéke szerint az elektrolitokat erős és gyengékre osztják.

- Erős elektrolitok- azok, amelyek feloldódáskor szinte teljesen disszociálnak.

Disszociációs fokuk egységre hajlamos.

- Gyenge elektrolitok- azok, amelyek feloldódáskor szinte nem disszociálnak. Disszociációs fokuk a nullára hajlamos.

Ebből arra a következtetésre jutunk, hogy az elektrolit oldatokban az elektromos töltés hordozói (az elektromos áram hordozói) nem elektronok, hanem pozitív és negatív töltésűek. hidratált ionok .

Az elektrolit ellenállás hőmérsékletfüggése

Ahogy a hőmérséklet emelkedik elősegíti a disszociációs folyamatot, növekszik az ionok mobilitása és elektrolit ellenállás csökken .

Katód és anód. Kationok és anionok

Mi történik az ionokkal elektromos áram hatására?

Térjünk vissza a készülékünkhöz:

Az oldatban a CuSO 4 ionokra bomlik – Cu 2+ és SO 4 2-. Pozitív töltésű ion Cu 2+ (kation) vonzódik egy negatív töltésű elektródához, katód, ahol megkapja a hiányzó elektronokat és fémes rézsé redukálódik - egy egyszerű anyag. Ha eltávolítja a katódot az eszközről, miután áramot vezetett át az oldaton, könnyen észrevehető egy vörösesbarna bevonat - ez fémes réz.

Faraday első törvénye

Megtudhatjuk, mennyi réz szabadult fel? A katód kísérlet előtti és utáni lemérésével pontosan meghatározható a lerakódott fém tömege. A mérések azt mutatják, hogy az elektródákon felszabaduló anyag tömege az áramerősségtől és az elektrolízis idejétől függ:

ahol K az arányossági együttható, más néven elektrokémiai ekvivalens .

Következésképpen a felszabaduló anyag tömege egyenesen arányos az áramerősséggel és az elektrolízis idejével. De az idő múlásával aktuális (a képlet szerint):

van díj.

Így, az elektródán felszabaduló anyag tömege arányos a töltéssel, vagy az elektroliton áthaladó elektromosság mennyiségével.

M=K´q

Ezt a törvényt 1843-ban kísérletileg fedezte fel Michael Faraday angol tudós, és az úgynevezett Faraday első törvénye .

Faraday második törvénye

Mi az elektrokémiai megfelelője és mitől függ? Michael Faraday is válaszolt erre a kérdésre.

Számos kísérlet alapján arra a következtetésre jutott, hogy ez az érték minden anyagra jellemző. Így például a lapisz (ezüst-nitrát AgNO 3) oldatának elektrolízise során 1 medál 1,1180 mg ezüstöt szabadít fel; pontosan ugyanannyi ezüst szabadul fel az elektrolízis során 1 medál bármilyen ezüstsó töltésével. Egy másik fém sójának elektrolízisekor 1 medál újabb mennyiséget szabadít fel ebből a fémből. És így , Egy anyag elektrokémiai ekvivalense ennek az anyagnak az elektrolízis során felszabaduló tömege az oldaton átáramló 1 coulomb elektromosság hatására. . Íme néhány anyag értéke:

A táblázatból láthatjuk, hogy a különböző anyagok elektrokémiai ekvivalensei jelentősen eltérnek egymástól. Milyen tulajdonságaitól függ egy anyag elektrokémiai egyenértékének értéke? A választ erre a kérdésre a Faraday második törvénye :

A különböző anyagok elektrokémiai egyenértékei arányosak azok atomtömegével és fordítottan arányosak a kémiai vegyértéküket kifejező számokkal.

n – vegyérték

A – atomtömeg

- egy adott anyag kémiai megfelelőjének nevezzük

– arányossági együttható, amely már univerzális állandó, azaz minden anyagra azonos értékű. Ha az elektrokémiai egyenértéket g/k-ban mérjük, akkor azt találjuk, hogy 1,037´10 -5 g/k.

Faraday első és második törvényét kombinálva a következőt kapjuk:

Ennek a képletnek egyszerű fizikai jelentése van: F numerikusan egyenlő azzal a töltéssel, amelyet bármely elektroliton át kell vezetni ahhoz, hogy az elektródákon egy kémiai ekvivalensnek megfelelő mennyiségű anyag szabaduljon fel. F-et Faraday-számnak nevezik, és egyenlő 96400 k/g-val.

Mól és a benne lévő molekulák száma. Avogadro száma

A 8. osztályos kémia tantárgyból tudjuk, hogy a kémiai reakciókban részt vevő anyagok mennyiségének mérésére egy speciális egységet választottak - a mol. Egy mól anyag méréséhez annyi grammot kell venni belőle, amennyi a relatív molekulatömege.

Például 1 mol víz (H 2 O) egyenlő 18 grammal (1 + 1 + 16 = 18), egy mol oxigén (O 2) 32 gramm, és egy mól vas (Fe) 56 gramm. De ami számunkra különösen fontos, azt megállapították, hogy 1 mól bármilyen anyagból mindig tartalmaz ugyanannyi molekula .

A mól olyan anyagmennyiség, amely 6-ot tartalmaz ´ 10 23 molekula ennek az anyagnak.

A. Avogadro olasz tudós tiszteletére ez a szám ( N) nak, nek hívják Avogadro állandó vagy Avogadro száma .

A képletből ebből következik, hogy ha q=F, Azt . Ez azt jelenti, hogy amikor 96 400 coulombnak megfelelő töltés halad át az elektroliton, grammnyi anyag szabadul fel. Más szóval, egy mól egyértékű anyag felszabadításához töltésnek kell átfolynia az elektroliton q=F medálok. De tudjuk, hogy egy anyag bármely mólja ugyanannyi molekulát tartalmaz - N=6x10 23. Ez lehetővé teszi egy egyértékű anyag egy ionjának - az elemi elektromos töltés - egy (!) elektron töltésének kiszámítását:

Az elektrolízis alkalmazásai

Elektrolitikus módszer tiszta fémek előállítására (finomítás, finomítás). Az elektrolízist az anód feloldódása kíséri

Jó példa erre a réz elektrolitikus tisztítása (finomítása). A közvetlenül az ércből nyert rezet lemezekbe öntik, és anódként CuSO 4 oldatba helyezik. A fürdő elektródáin lévő feszültség kiválasztásával (0,20-0,25 V) biztosítható, hogy a katódon csak fémréz szabaduljon fel. Ebben az esetben az idegen szennyeződések vagy feloldódnak (anélkül, hogy a katódon felszabadulnának), vagy üledék formájában ("anódiszap") hullanak a fürdő aljára. Az anód anyag kationjai egyesülnek az SO 4 2- anionnal, és ezen a feszültségen csak fémes réz szabadul fel a katódon. Úgy tűnik, hogy az anód „feloldódik”. Ez a tisztítás lehetővé teszi, hogy 99,99%-os tisztaságot érjünk el („négy kilences”). A nemesfémeket (arany Au, ezüst Ag) is hasonlóan tisztítják (finomítás).

Jelenleg az összes alumíniumot (Al) elektrolitikus úton (bauxitolvadékból) bányászják.

Galvanizálás

Galvanizálás – az alkalmazott elektrokémia területe, amely a fémbevonatok fém- és nemfémes termékek felületére történő felvitelének folyamataival foglalkozik, amikor egyenáram áramlik át a sóoldaton. A galvanizálási technológia a galvanizálás És galvanoplasztika .

Az elektrolízissel fémtárgyakat más fémréteggel vonhatunk be. Ezt a folyamatot ún galvanizálás. Különös műszaki jelentőséggel bírnak a nehezen oxidálható fémeket tartalmazó bevonatok, különösen a nikkelezés és a krómozás, valamint az ezüst- és aranyozás, amelyeket gyakran használnak a fémek korrózió elleni védelmére. A kívánt bevonatok eléréséhez a tárgyat alaposan megtisztítjuk, jól zsírtalanítjuk, és katódként egy elektrolitikus fürdőbe helyezzük, amely tartalmazza annak a fémnek a sóját, amellyel a tárgyat bevonni kívánjuk. Az egyenletesebb bevonat érdekében célszerű két lemezt használni anódként, ezek közé helyezve a tárgyat.

Ezenkívül elektrolízissel nemcsak egy vagy másik fémréteggel vonhatja be a tárgyakat, hanem dombormű fémmásolatokat is készíthet (például érméket, érmeket). Ezt az eljárást az orosz fizikus és villamosmérnök, az Orosz Tudományos Akadémia tagja, Borisz Szemenovics Jacobi (1801-1874) találta ki a 19. század negyvenes éveiben, és az ún. galvanizálás . Egy tárgy domborművének elkészítéséhez először valamilyen műanyagból, például viaszból öntvényt készítenek. Ezt az öntvényt grafittal bedörzsölik és katódként elektrolitfürdőbe merítik, ahol fémréteg kerül rá. Ezt használják a nyomtatásban a nyomtatott űrlapok gyártása során.

A fent említetteken kívül az elektrolízist más területeken is alkalmazták:

Oxid védőfóliák előállítása fémeken (eloxálás);

Fémtermékek elektrokémiai felületkezelése (polírozás);

Fémek elektrokémiai festése (például réz, sárgaréz, cink, króm stb.);

A víztisztítás az oldható szennyeződések eltávolítása belőle. Az eredmény úgynevezett lágy víz (tulajdonságai hasonlóak a desztillált vízéhez);

Vágóeszközök (például sebészeti kések, borotvák stb.) elektrokémiai élezése.

A felhasznált irodalom listája:

1. Gurevich A. E. „Fizika. Elektromágneses jelenségek. 8. osztály" Moszkva, "Drofa" kiadó. 1999

2. Gabrielyan O. S. „Kémia. 8. osztály" Moszkva, "Drofa" kiadó. 1997

3. „A fizika elemi tankönyve G. S. Landsberg akadémikus szerkesztésében – II. kötet – elektromosság és mágnesesség.” Moszkva, „Tudomány”, 1972.

4. Eric M. Rogers. "Fizika az érdeklődő elmének (a fizikai tudomány módszerei, természete és filozófiája)". "Princeton University Press" 1966. III. kötet - elektromosság és mágnesesség. Fordítás Moszkva, „Világ” 1971.

5. A. N. Remizov „Fizika, elektronika és kibernetika tanfolyam orvosi intézetek számára”. Moszkva, "Felsőiskola" 1982.

A folyadékok, mint minden más anyag, lehetnek vezetők, félvezetők és dielektrikumok. Például a desztillált víz dielektrikum lesz, az elektrolitok oldatai és olvadékai pedig vezetők. A félvezetők például olvadt szelén vagy szulfidolvadékok lehetnek.

Ionos vezetőképesség

Az elektrolitikus disszociáció az elektrolit molekulák ionokra bomlásának folyamata a poláris vízmolekulák elektromos mezőjének hatására. A disszociáció mértéke azon molekulák aránya, amelyek egy oldott anyagban ionokra bomlottak.

A disszociáció mértéke különböző tényezőktől függ: hőmérséklet, oldatkoncentráció, oldószer tulajdonságai. A hőmérséklet emelkedésével a disszociáció mértéke is nő.

Miután a molekulák ionokká válnak szét, véletlenszerűen mozognak. Ebben az esetben két különböző előjelű ion rekombinálódhat, azaz újra semleges molekulákká egyesülhet. Az oldat külső változásainak hiányában dinamikus egyensúlyt kell kialakítani. Ezzel az egységnyi idő alatt ionokra bomló molekulák száma megegyezik az újra egyesülő molekulák számával.

A vizes oldatokban és az elektrolitolvadékokban a töltéshordozók ionok. Ha egy oldatot vagy olvadékot tartalmazó edényt egy áramkörhöz csatlakoztatnak, akkor a pozitív töltésű ionok a katód felé, a negatívak pedig az anód felé mozognak. Ennek a mozgásnak az eredményeként elektromos áram keletkezik. Az ilyen típusú vezetőképességet ionos vezetőképességnek nevezik.

A folyadékok ionos vezetőképessége mellett elektronikus vezetőképességgel is rendelkezhet. Ez a fajta vezetőképesség jellemző például a folyékony fémekre. Amint fentebb megjegyeztük, az ionos vezetésnél az áram áthaladása az anyag átadásával jár.

Elektrolízis

Az elektrolitok részét képező anyagok leülepednek az elektródákon. Ezt a folyamatot elektrolízisnek nevezik. Az elektrolízis az a folyamat, amikor egy anyagot felszabadítanak az elektródán, amely redox reakciókkal jár.

Az elektrolízist széles körben alkalmazzák a fizikában és a technológiában. Elektrolízissel az egyik fém felületét egy másik fém vékony rétegével vonják be. Például krómozás és nikkelezés.

Elektrolízissel másolatot készíthet egy dombormű felületről. Ehhez az szükséges, hogy az elektróda felületén leülepedő fémréteg könnyen eltávolítható legyen. Ennek elérése érdekében néha grafitot visznek fel a felületre.

Az ilyen könnyen lehúzható bevonatok előállításának folyamatát galvanizálásnak nevezzük. Ezt a módszert Boris Jacobi orosz tudós dolgozta ki, amikor üreges figurákat készített a szentpétervári Szent Izsák-székesegyház számára.