Elektriskā strāva šķidrumos. Lādiņu kustība, anjonu katjoni. Elektriskā strāva šķidrumos: tās izcelsme, kvantitatīvās un kvalitatīvās īpašības Kas rada strāvu šķidrumos

To veido brīvo elektronu virzīta kustība un ka šajā gadījumā nenotiek nekādas izmaiņas vielā, no kuras tiek izgatavots vadītājs.

Tiek saukti tādi vadītāji, kuros elektriskās strāvas pāreja nav saistīta ar ķīmiskām izmaiņām to vielā pirmā veida diriģenti. Tie ietver visus metālus, ogles un vairākas citas vielas.

Bet dabā ir arī tādi elektriskās strāvas vadītāji, kuros strāvas pārejā notiek ķīmiskas parādības. Šos vadītājus sauc otrā veida diriģenti. Tie galvenokārt ietver dažādus skābju, sāļu un sārmu šķīdumus ūdenī.

Ja stikla traukā ielej ūdeni un pievieno dažus pilienus sērskābes (vai kādas citas skābes vai sārma), tad paņem divas metāla plāksnes un pievieno tām vadītājus, nolaižot šīs plāksnes traukā, un pievieno strāvu. avota uz citiem vadītāju galiem caur slēdzi un ampērmetru, tad no šķīduma tiks atbrīvota gāze, un tā turpināsies nepārtraukti, līdz ķēde tiek aizvērta. paskābināts ūdens patiešām ir vadītājs. Turklāt plāksnes sāks pārklāt ar gāzes burbuļiem. Tad šie burbuļi noplīsīs no plāksnēm un iznāks ārā.

Caur šķīdumu izejot elektriskā strāva, notiek ķīmiskas izmaiņas, kuru rezultātā izdalās gāze.

Otrā veida vadītājus sauc par elektrolītiem, un parādība, kas rodas elektrolītā, kad caur to iet elektriskā strāva, ir.

Metāla plāksnes, kas iegremdētas elektrolītā, sauc par elektrodiem; vienu no tiem, kas savienoti ar strāvas avota pozitīvo polu, sauc par anodu, bet otru, kas savienoti ar negatīvo polu, sauc par katodu.

Kas izraisa elektriskās strāvas pāreju šķidruma vadītājā? Izrādās, ka šādos šķīdumos (elektrolītos) skābes molekulas (sārmi, sāļi) šķīdinātāja (šajā gadījumā ūdens) iedarbībā sadalās divās komponentēs un vienai molekulas daļiņai ir pozitīvs elektriskais lādiņš, bet otrai negatīvs.

Molekulas daļiņas, kurām ir elektriskais lādiņš, sauc par joniem. Kad skābi, sāli vai sārmu izšķīdina ūdenī, šķīdumā parādās liels skaits gan pozitīvo, gan negatīvo jonu.

Tagad vajadzētu kļūt skaidram, kāpēc caur šķīdumu gāja elektriskā strāva, jo starp elektrodiem, kas savienoti ar strāvas avotu, tā tika izveidota, citiem vārdiem sakot, viens no tiem izrādījās pozitīvi uzlādēts, bet otrs negatīvi. Šīs potenciālu starpības ietekmē pozitīvie joni sāka virzīties uz negatīvo elektrodu - katodu, bet negatīvie joni - pret anodu.

Tādējādi jonu haotiskā kustība ir kļuvusi par sakārtotu negatīvo jonu pretkustību vienā virzienā un pozitīvo otrā virzienā. Šis lādiņa pārneses process veido elektriskās strāvas plūsmu caur elektrolītu un notiek tik ilgi, kamēr starp elektrodiem pastāv potenciālu atšķirība. Izzūdot potenciālajai starpībai, strāva caur elektrolītu apstājas, tiek traucēta sakārtota jonu kustība un atkal iestājas haotiska kustība.

Kā piemēru apsveriet elektrolīzes fenomenu, kad elektriskā strāva tiek izlaista caur vara sulfāta CuSO4 šķīdumu, kurā ir nolaisti vara elektrodi.

Elektrolīzes parādība, kad strāva iet caur vara sulfāta šķīdumu: C - trauks ar elektrolītu, B - strāvas avots, C - slēdzis

Būs arī pretēja jonu kustība uz elektrodiem. Pozitīvais jons būs vara (Cu) jons, un negatīvais jons būs skābes atlikuma (SO4) jons. Vara joni, saskaroties ar katodu, tiks izlādēti (piestiprinot trūkstošos elektronus sev), t.i., tie pārvērtīsies par neitrālām tīra vara molekulām un nogulsnējas uz katoda plānākā (molekulārā) slāņa veidā.

Arī negatīvie joni, sasnieguši anodu, tiek izlādēti (atdod liekos elektronus). Bet tajā pašā laikā tie nonāk ķīmiskā reakcijā ar anoda varu, kā rezultātā skābajam atlikumam SO4 tiek pievienota vara Cu molekula un veidojas vara sulfāta CuS O4 molekula, kas tiek atgriezta. atpakaļ pie elektrolīta.

Tā kā šis ķīmiskais process aizņem ilgu laiku, uz katoda tiek nogulsnēts varš, kas tiek atbrīvots no elektrolīta. Šajā gadījumā vara molekulu vietā, kas ir aizgājušas uz katodu, elektrolīts saņem jaunas vara molekulas, jo tiek izšķīdināts otrais elektrods - anoda.

Tas pats process notiek, ja vara elektrodu vietā tiek ņemti cinka elektrodi, un elektrolīts ir cinka sulfāta ZnSO4 šķīdums. Cinks tiks pārnests arī no anoda uz katodu.

Tādējādi atšķirība starp elektrisko strāvu metālos un šķidruma vadītājos slēpjas apstāklī, ka metālos lādiņu nesēji ir tikai brīvie elektroni, t.i., negatīvie lādiņi, savukārt elektrolītos to nes pretējos virzienos kustīgas pretēji lādētas matērijas daļiņas - joni. Tāpēc viņi tā saka elektrolītiem ir jonu vadītspēja.

Elektrolīzes fenomens 1837. gadā atklāja B. S. Jacobi, kurš veica daudzus eksperimentus par ķīmisko strāvas avotu izpēti un uzlabošanu. Jacobi atklāja, ka viens no vara sulfāta šķīdumā ievietotajiem elektrodiem, kad caur to iet elektriskā strāva, ir pārklāts ar varu.

Šo fenomenu sauc galvanizācija, tagad atrod ārkārtīgi plašu praktisku pielietojumu. Viens piemērs tam ir metāla priekšmetu pārklāšana ar plānu citu metālu kārtu, t.i., niķelēšana, zeltīšana, sudraba pārklājums utt.

Gāzes (ieskaitot gaisu) normālos apstākļos nevada elektrību. Piemēram, kaili, kas ir piekārti paralēli viens otram, ir izolēti viens no otra ar gaisa slāni.

Taču augstas temperatūras, lielas potenciālu starpības un citu iemeslu ietekmē gāzes, tāpat kā šķidruma vadītāji, jonizējas, t.i., tajās lielā skaitā parādās gāzes molekulu daļiņas, kuras, būdamas elektrības nesējas, veicina caurlaidību. elektriskā strāva caur gāzi.

Bet tajā pašā laikā gāzes jonizācija atšķiras no šķidruma vadītāja jonizācijas. Ja molekula šķidrumā sadalās divās lādētās daļās, tad gāzēs jonizācijas iedarbībā no katras molekulas vienmēr tiek atdalīti elektroni un jons paliek pozitīvi lādētas molekulas daļas formā.

Atliek tikai apturēt gāzes jonizāciju, jo tā pārstāj būt vadoša, savukārt šķidrums vienmēr paliek elektriskās strāvas vadītājs. Līdz ar to gāzes vadītspēja ir īslaicīga parādība, kas ir atkarīga no ārējo cēloņu darbības.

Tomēr ir vēl viens, ko sauc loka izlāde vai tikai elektriskā loka. Elektriskās loka fenomenu 19. gadsimta sākumā atklāja pirmais krievu elektroinženieris V. V. Petrovs.

V. V. Petrovs, veicot daudzus eksperimentus, atklāja, ka starp divām oglēm, kas savienotas ar strāvas avotu, caur gaisu notiek nepārtraukta elektriskā izlāde, ko pavada spilgta gaisma. Savos rakstos V. V. Petrovs rakstīja, ka šajā gadījumā "tumšais miers var būt diezgan spilgti izgaismots". Tātad pirmo reizi tika iegūta elektriskā gaisma, kuru praktiski pielietoja cits krievu elektrozinātnieks Pāvels Nikolajevičs Jabločkovs.

"Jabločkova svece", kuras darbs ir balstīts uz elektriskā loka izmantošanu, tajās dienās radīja īstu revolūciju elektrotehnikā.

Loka izlāde arī mūsdienās tiek izmantota kā gaismas avots, piemēram, prožektoros un projektoros. Augstā loka izlādes temperatūra ļauj to izmantot . Šobrīd loka krāsnis, ko darbina ar ļoti lielu strāvu, izmanto vairākās nozarēs: tērauda, ​​čuguna, dzelzs sakausējumu, bronzas u.c. kausēšanai. Un 1882. gadā N. N. Benardoss pirmo reizi izmantoja loka izlādi metāla griešanai un metināšanai.

Gāzes-gaismas lampās, dienasgaismas spuldzēs, sprieguma stabilizatoros, lai iegūtu elektronu un jonu starus, t.s. kvēlo gāzes izlāde.

Lielu potenciālu starpību mērīšanai izmanto dzirksteļaizlādi, izmantojot lodīšu spraugu, kuras elektrodi ir divas metāla bumbiņas ar pulētu virsmu. Bumbiņas tiek pārvietotas viena no otras, un tām tiek piemērota izmērīta potenciāla starpība. Tad bumbiņas tiek savestas kopā, līdz starp tām izlec dzirkstele. Zinot bumbiņu diametru, attālumu starp tām, gaisa spiedienu, temperatūru un mitrumu, viņi pēc īpašām tabulām atrod potenciālo starpību starp bumbiņām. Šo metodi var izmantot, lai dažu procentu robežās izmērītu potenciālās atšķirības desmitiem tūkstošu voltu robežās.

Ikviens ir pazīstams ar elektriskās strāvas definīciju. Tas tiek attēlots kā lādētu daļiņu virzīta kustība. Šādai kustībai dažādās vidēs ir būtiskas atšķirības. Kā šīs parādības pamata piemēru var iedomāties elektriskās strāvas plūsmu un izplatīšanos šķidrumos. Šādām parādībām ir raksturīgas dažādas īpašības un tās būtiski atšķiras no lādētu daļiņu sakārtotas kustības, kas notiek normālos apstākļos, nevis dažādu šķidrumu ietekmē.

1. attēls. Elektriskā strāva šķidrumos. Autors24 - studentu darbu tiešsaistes apmaiņa

Elektriskās strāvas veidošanās šķidrumos

Neskatoties uz to, ka elektriskās strāvas vadīšanas process tiek veikts ar metāla ierīču (vadītāju) palīdzību, strāva šķidrumos ir atkarīga no lādētu jonu kustības, kas kādu konkrētu iemeslu dēļ ir ieguvuši vai zaudējuši šādus atomus un molekulas. Šādas kustības indikators ir noteiktas vielas īpašību izmaiņas, kur joni iziet. Tādējādi ir nepieciešams paļauties uz elektriskās strāvas pamatdefinīciju, lai izveidotu konkrētu koncepciju par strāvas veidošanos dažādos šķidrumos. Noteikts, ka negatīvi lādētu jonu sadalīšanās veicina pārvietošanos uz strāvas avota apgabalu ar pozitīvām vērtībām. Pozitīvi lādētie joni šādos procesos pārvietosies pretējā virzienā – uz negatīvu strāvas avotu.

Šķidruma vadītāji ir sadalīti trīs galvenajos veidos:

• pusvadītāji;
• dielektriķi;
• diriģenti.

1. definīcija

Elektrolītiskā disociācija ir noteikta šķīduma molekulu sadalīšanās process negatīvos un pozitīvi lādētos jonos.

Var konstatēt, ka elektriskā strāva šķidrumos var rasties pēc izmantoto šķidrumu sastāva un ķīmisko īpašību izmaiņām. Tas pilnībā ir pretrunā teorijai par elektriskās strāvas izplatīšanos citos veidos, izmantojot parasto metāla vadītāju.

Faradeja eksperimenti un elektrolīze

Elektriskās strāvas plūsma šķidrumos ir lādētu jonu kustības produkts. Problēmas, kas saistītas ar elektriskās strāvas rašanos un izplatīšanos šķidrumos, noveda pie slavenā zinātnieka Maikla Faradeja pētījuma. Ar daudzu praktisku pētījumu palīdzību viņš varēja atrast pierādījumus tam, ka elektrolīzes laikā izdalītās vielas masa ir atkarīga no laika un elektrības daudzuma. Šajā gadījumā svarīgs ir laiks, kurā tika veikti eksperimenti.

Zinātniekam arī izdevies noskaidrot, ka elektrolīzes procesā, izdaloties noteiktam vielas daudzumam, nepieciešams tikpat daudz elektrisko lādiņu. Šis daudzums tika precīzi noteikts un fiksēts nemainīgā vērtībā, ko sauca par Faradeja skaitli.

Šķidrumos elektriskajai strāvai ir dažādi izplatīšanās apstākļi. Tas mijiedarbojas ar ūdens molekulām. Tie ievērojami kavē visu jonu kustību, kas netika novērots eksperimentos, izmantojot parasto metāla vadītāju. No tā izriet, ka strāvas veidošanās elektrolītisko reakciju laikā nebūs tik liela. Tomēr, paaugstinoties šķīduma temperatūrai, vadītspēja pakāpeniski palielinās. Tas nozīmē, ka palielinās elektriskās strāvas spriegums. Arī elektrolīzes procesā ir novērots, ka, pateicoties lielajam izmantotās vielas vai šķīdinātāja molekulu skaitam, palielinās varbūtība, ka noteikta molekula sadalīsies negatīvos vai pozitīvos jonu lādiņos. Kad šķīdums ir piesātināts ar joniem, kas pārsniedz noteiktu normu, notiek apgrieztais process. Šķīduma vadītspēja atkal sāk samazināties.

Šobrīd elektrolīzes process ir atradis savu pielietojumu daudzās zinātnes jomās un nozarēs un ražošanā. Rūpniecības uzņēmumi to izmanto metāla ražošanā vai apstrādē. Elektroķīmiskās reakcijas ir iesaistītas:

• sāls elektrolīze;
• galvanizācija;
• virsmas pulēšana;
• citi redoksprocesi.

Elektriskā strāva vakuumā un šķidrumos

Elektriskās strāvas izplatīšanās šķidrumos un citās vidēs ir diezgan sarežģīts process, kam ir savas īpašības, iezīmes un īpašības. Fakts ir tāds, ka šādos medijos ķermeņos nav pilnīgi nekādu lādiņu, tāpēc tos parasti sauc par dielektriķiem. Pētījuma galvenais mērķis bija radīt tādus apstākļus, kādos atomi un molekulas varētu sākt savu kustību un sāktos elektriskās strāvas ģenerēšanas process. Šim nolūkam ir ierasts izmantot īpašus mehānismus vai ierīces. Šādu moduļu ierīču galvenais elements ir vadītāji metāla plākšņu formā.

Lai noteiktu galvenos strāvas parametrus, ir jāizmanto zināmās teorijas un formulas. Visizplatītākais ir Oma likums. Tas darbojas kā universāls ampēru raksturlielums, kurā tiek īstenots strāvas un sprieguma atkarības princips. Atcerieties, ka spriegumu mēra ampēros.

Eksperimentiem ar ūdeni un sāli ir nepieciešams sagatavot trauku ar sālsūdeni. Tas sniegs praktisku un vizuālu priekšstatu par procesiem, kas notiek, kad šķidrumos tiek ģenerēta elektriskā strāva. Arī instalācijā jābūt taisnstūrveida elektrodiem un barošanas avotiem. Lai pilnībā sagatavotos eksperimentiem, ir nepieciešama ampēru instalācija. Tas palīdzēs vadīt enerģiju no barošanas avota uz elektrodiem.

Metāla plāksnes darbosies kā vadītāji. Tie tiek iegremdēti izmantotajā šķidrumā, un pēc tam tiek pievienots spriegums. Daļiņu kustība sākas nekavējoties. Tas darbojas nejauši. Kad starp vadītājiem rodas magnētiskais lauks, tiek sakārtots viss daļiņu kustības process.

Joni sāk mainīt lādiņus un apvienoties. Tādējādi katodi kļūst par anodiem un anodi kļūst par katodiem. Šajā procesā jāņem vērā arī vairāki citi svarīgi faktori:

• disociācijas līmenis;
• temperatūra;
• elektriskā pretestība;
• maiņstrāvas vai līdzstrāvas izmantošana.

Eksperimenta beigās uz plāksnēm veidojas sāls slānis.

Gandrīz katrs cilvēks zina elektriskās strāvas definīciju kā Tomēr būtība ir tāda, ka tās izcelsme un kustība dažādos medijos ir diezgan atšķirīga. Konkrēti, elektriskajai strāvai šķidrumos ir nedaudz atšķirīgas īpašības nekā tiem pašiem metāla vadītājiem.

Galvenā atšķirība ir tā, ka strāva šķidrumos ir lādētu jonu kustība, tas ir, atomi vai pat molekulas, kas kaut kādu iemeslu dēļ ir zaudējuši vai ieguvuši elektronus. Tajā pašā laikā viens no šīs kustības rādītājiem ir izmaiņas vielas īpašībās, caur kurām šie joni iziet. Pamatojoties uz elektriskās strāvas definīciju, mēs varam pieņemt, ka sadalīšanās laikā negatīvi lādētie joni virzīsies uz pozitīvu un pozitīvu, gluži pretēji, uz negatīvu.

Šķīduma molekulu sadalīšanās procesu pozitīvi un negatīvi lādētos jonos zinātnē sauc par elektrolītisko disociāciju. Tādējādi šķidrumos elektriskā strāva rodas tāpēc, ka atšķirībā no viena un tā paša metāla vadītāja mainās šo šķidrumu sastāvs un ķīmiskās īpašības, kā rezultātā notiek lādētu jonu kustības process.

Elektriskā strāva šķidrumos, tās izcelsme, kvantitatīvās un kvalitatīvās īpašības bija viena no galvenajām problēmām, ko ilgu laiku pētīja slavenais fiziķis M. Faradejs. Jo īpaši ar daudzu eksperimentu palīdzību viņš varēja pierādīt, ka elektrolīzes laikā izdalītās vielas masa ir tieši atkarīga no elektroenerģijas daudzuma un laika, kurā šī elektrolīze tika veikta. No citiem iemesliem, izņemot vielas veidu, šī masa nav atkarīga.

Turklāt, pētot strāvu šķidrumos, Faradejs eksperimentāli noskaidroja, ka elektrolīzes laikā nepieciešams tikpat daudz, lai izolētu vienu kilogramu jebkuras vielas.Šo daudzumu, kas vienāds ar 9.65.10 7 k, sauca par Faradeja skaitli.

Atšķirībā no metāla vadītājiem, šķidrumos esošā elektriskā strāva ir ieskauta, kas ievērojami sarežģī vielas jonu kustību. Šajā sakarā jebkurā elektrolītā var radīt tikai nelielu spriegumu. Tajā pašā laikā, ja šķīduma temperatūra paaugstinās, tā vadītspēja palielinās un lauks palielinās.

Elektrolīzei ir vēl viens interesants īpašums. Lieta tāda, ka, jo lielāka ir varbūtība, ka konkrēta molekula sadalīsies pozitīvi un negatīvi lādētos jonos, jo lielāks ir pašas vielas un šķīdinātāja molekulu skaits. Tajā pašā laikā noteiktā brīdī šķīdums kļūst pārsātināts ar joniem, pēc tam šķīduma vadītspēja sāk samazināties. Tādējādi visspēcīgākais notiks šķīdumā, kurā jonu koncentrācija ir ārkārtīgi zema, bet elektriskā strāva šādos šķīdumos būs ārkārtīgi zema.

Elektrolīzes process ir atradis plašu pielietojumu dažādos rūpnieciskos ražojumos, kas saistīti ar elektroķīmiskām reakcijām. Nozīmīgākās no tām ir metāla ražošana, izmantojot elektrolītus, hloru un tā atvasinājumu saturošu sāļu elektrolīze, redoksreakcijas, tādas nepieciešamās vielas kā ūdeņraža ražošana, virsmu pulēšana, galvanizācija. Piemēram, daudzos mašīnbūves un instrumentu ražošanas uzņēmumos ļoti izplatīta ir attīrīšanas metode, kas ir metāla ražošana bez liekiem piemaisījumiem.

Elektrisko strāvu šķidrumos izraisa pozitīvo un negatīvo jonu kustība. Atšķirībā no strāvas vadītājos, kur pārvietojas elektroni. Tātad, ja šķidrumā nav jonu, tad tas ir dielektrisks, piemēram, destilēts ūdens. Tā kā lādiņu nesēji ir joni, tas ir, vielas molekulas un atomi, tad, kad elektriskā strāva iet caur šādu šķidrumu, tas neizbēgami novedīs pie vielas ķīmisko īpašību izmaiņām.

No kurienes šķidrumā rodas pozitīvie un negatīvie joni? Uzreiz teiksim, ka lādiņnesēji nav spējīgi veidoties visos šķidrumos. Tos, kuros tie parādās, sauc par elektrolītiem. Tie ietver skābju un sārmu sāļu šķīdumus. Izšķīdinot sāli ūdenī, piemēram, ņemiet galda sāli NaCl, tas sadalās šķīdinātāja, tas ir, ūdens, iedarbībā par pozitīvu jonu Na sauc par katjonu un negatīvo jonu Cl sauc par anjonu. Jonu veidošanās procesu sauc par elektrolītisko disociāciju.

Veiksim eksperimentu, tam mums ir nepieciešama stikla spuldze, divi metāla elektrodi, ampērmetrs un līdzstrāvas avots. Mēs piepildām kolbu ar parastā sāls šķīdumu ūdenī. Tad šajā šķīdumā ievietojam divus taisnstūrveida elektrodus. Mēs savienojam elektrodus ar līdzstrāvas avotu caur ampērmetru.

1. attēls. Kolba ar sāls šķīdumu

Ieslēdzot strāvu starp plāksnēm, parādīsies elektriskais lauks, kura ietekmē sāks kustēties sāls joni. Pozitīvie joni steidzas uz katodu, bet negatīvie - uz anodu. Tajā pašā laikā viņi veiks haotisku kustību. Bet tajā pašā laikā, laukuma iedarbībā, tam tiks pievienots arī pasūtīts.

Atšķirībā no vadītājiem, kuros pārvietojas tikai elektroni, tas ir, viena veida lādiņš, elektrolītos pārvietojas divu veidu lādiņi. Tie ir pozitīvie un negatīvie joni. Viņi virzās viens pret otru.

Kad pozitīvais nātrija jons sasniedz katodu, tas iegūs trūkstošo elektronu un kļūs par nātrija atomu. Līdzīgs process notiks ar hlora jonu. Tikai sasniedzot anodu, hlora jons atteiksies no elektrona un pārvērtīsies par hlora atomu. Tādējādi elektronu kustības dēļ ārējā ķēdē tiek uzturēta strāva. Un elektrolītā joni, šķiet, pārnēsā elektronus no viena pola uz otru.

Elektrolītu elektriskā pretestība ir atkarīga no izveidoto jonu daudzuma. Spēcīgos elektrolītos disociācijas līmenis izšķīdinot ir ļoti augsts. Vāji ir zemi. Arī elektrolīta elektrisko pretestību ietekmē temperatūra. Palielinoties, šķidruma viskozitāte samazinās un smagie un neveikli joni sāk kustēties ātrāk. Attiecīgi pretestība samazinās.

Ja sāls šķīdumu aizstāj ar vara sulfāta šķīdumu. Tad, kad caur to tiek izlaista strāva, vara katjons sasniedzot katodu un saņemot tur trūkstošos elektronus, tas tiks atjaunots par vara atomu. Un, ja pēc tam noņemat elektrodu, uz tā var atrast vara nogulsnes. Šo procesu sauc par elektrolīzi.

« Fizika — 10. klase

Kādi ir elektriskās strāvas nesēji vakuumā?
Kāds ir viņu kustības raksturs?

Šķidrumi, tāpat kā cietas vielas, var būt dielektriķi, vadītāji un pusvadītāji. Pie dielektriķiem pieder destilēts ūdens, vadītāji - elektrolītu šķīdumi un kausējumi: skābes, sārmi un sāļi. Šķidrie pusvadītāji ir izkausēts selēns, sulfīdu kausējumi utt.

elektrolītiskā disociācija.

Kad elektrolīti tiek izšķīdināti polāro ūdens molekulu elektriskā lauka ietekmē, elektrolītu molekulas sadalās jonos.

Molekulu sadalīšanos jonos polāro ūdens molekulu elektriskā lauka ietekmē sauc elektrolītiskā disociācija.

Disociācijas pakāpe- molekulu īpatsvars izšķīdušajā vielā, kas sadalījušās jonos.

Disociācijas pakāpe ir atkarīga no temperatūras, šķīduma koncentrācijas un šķīdinātāja elektriskām īpašībām.

Paaugstinoties temperatūrai, palielinās disociācijas pakāpe un līdz ar to palielinās pozitīvi un negatīvi lādēto jonu koncentrācija.

Dažādu zīmju joni, satiekoties, atkal var apvienoties neitrālās molekulās.

Pastāvīgos apstākļos šķīdumā tiek izveidots dinamisks līdzsvars, pie kura molekulu skaits, kas sadalās jonos sekundē, ir vienāds ar to jonu pāru skaitu, kas rekombinējas par neitrālām molekulām vienā un tajā pašā laikā.

Jonu vadītspēja.

Lādiņu nesēji ūdens šķīdumos vai elektrolītu kausējumos ir pozitīvi un negatīvi lādēti joni.

Ja trauks ar elektrolīta šķīdumu ir iekļauts elektriskajā ķēdē, tad negatīvie joni sāks virzīties uz pozitīvo elektrodu - anodu, bet pozitīvie - uz negatīvo - katodu. Tā rezultātā caur ķēdi plūst elektriskā strāva.

Par ūdens šķīdumu vai elektrolītu kausējumu vadītspēju, ko veic joni, sauc jonu vadītspēja.

Elektrolīze. Ar jonu vadītspēju strāvas pāreja ir saistīta ar vielas pārnesi. Uz elektrodiem izdalās vielas, kas veido elektrolītus. Pie anoda negatīvi lādētie joni nodod savus papildu elektronus (ķīmijā to sauc par oksidatīvo reakciju), un katoda pozitīvie joni iegūst trūkstošos elektronus (reducēšanas reakcija).

Šķidrumiem var būt arī elektroniska vadītspēja. Šāda vadītspēja piemīt, piemēram, šķidriem metāliem.

Tiek saukts vielas izdalīšanās process pie elektroda, kas saistīts ar redoksreakcijām elektrolīze.

Kas nosaka noteiktā laikā izdalītās vielas masu? Acīmredzot atbrīvotās vielas masa m ir vienāda ar viena jona masas m 0i reizinājumu ar to jonu skaitu N i, kas sasnieguši elektrodu laikā Δt:

m = m 0i N i . (16.3)

Jonu masa m 0i ir:

kur M ir vielas molārā (vai atommasa) un N A ir Avogadro konstante, t.i., jonu skaits vienā molā.

Jonu skaits, kas sasniedz elektrodu, ir

kur Δq = IΔt ir lādiņš, kas izvadīts caur elektrolītu laikā Δt; q 0i ir jona lādiņš, ko nosaka atoma valence n: q 0i \u003d ne (e ir elementārais lādiņš). Molekulu disociācijas laikā parādās, piemēram, KBr, kas sastāv no monovalentiem atomiem (n = 1), K + un Br - joni. Vara sulfāta molekulu disociācija izraisa divkārši uzlādētu Cu 2+ un SO 2-4 jonu parādīšanos (n = 2). Aizvietojot izteiksmes (16.4) un (16.5) formulā (16.3) un ņemot vērā, ka Δq = IΔt, a q 0i = ne, iegūstam

Faradeja likums.

Ar k apzīmēsim proporcionalitātes koeficientu starp vielas masu m un lādiņu Δq = IΔt, kas iet caur elektrolītu:

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

Koeficients k ir atkarīgs no vielas veida (M un n vērtības). Saskaņā ar formulu (16.6) mums ir

m = kIΔt. (16.8)

Faradeja elektrolīzes likums:

Uz elektroda izdalītās vielas masa laikā Δt. elektriskās strāvas pārejas laikā ir proporcionāls strāvas stiprumam un laikam.

Šo teorētiski iegūto apgalvojumu vispirms eksperimentāli noteica Faradejs.

Tiek izsaukta vērtība k formulā (16.8). elektroķīmiskais ekvivalents dotā viela un izteikta in kilogrami uz kulonu(kg/C).

No formulas (16.8) redzams, ka koeficients k ir skaitliski vienāds ar vielas masu, kas izdalās uz elektrodiem, jonu ceļā pārnesot 1 C lielu lādiņu.

Elektroķīmiskajam ekvivalentam ir vienkārša fiziska nozīme. Tā kā M / N A \u003d m 0i un en \u003d q 0i, tad saskaņā ar formulu (16.7) k \u003d rn 0i / q 0i, t.i., k ir jona masas attiecība pret tā lādiņu.

Mērot m un Δq vērtības, var noteikt dažādu vielu elektroķīmiskos ekvivalentus.

Faradeja likuma spēkā esamību var pārbaudīt pēc pieredzes. Samontēsim instalāciju, kas parādīta attēlā (16.25). Visas trīs elektrolītiskās vannas ir piepildītas ar vienu un to pašu elektrolīta šķīdumu, taču caur tām plūstošās strāvas ir atšķirīgas. Apzīmēsim strāvu stiprumu caur I1, I2, I3. Tad I 1 = I 2 + I 3 . Izmērot dažādās vannās uz elektrodiem izdalīto vielu masas m 1, m 2, m 3, var pārliecināties, ka tās ir proporcionālas attiecīgajām strāvām I 1, I 2, I 3.

Elektronu lādiņa noteikšana.

Elektronu lādiņa noteikšanai var izmantot formulu (16.6) uz elektroda izdalītās vielas masai. No šīs formulas izriet, ka elektronu lādiņa modulis ir vienāds ar:

Zinot izdalītās vielas masu m lādiņa IΔt pārejā, molmasu M, n atomu valenci un Avogadro konstanti N A, var atrast elektronu lādiņa moduļa vērtību. Izrādās, ka tas ir vienāds ar e = 1,6 10 -19 C.

Tādā veidā 1874. gadā pirmo reizi tika iegūta elementārā elektriskā lādiņa vērtība.

Elektrolīzes pielietošana. Elektrolīzi plaši izmanto inženierzinātnēs dažādiem mērķiem. Elektrolītiski pārklājiet viena metāla virsmu ar plānu cita metāla kārtu ( niķelēšana, hromēšana, apzeltīšana un tā tālāk.). Šis izturīgais pārklājums aizsargā virsmu no korozijas. Ja tiek nodrošināta laba elektrolītiskā pārklājuma lobīšanās no virsmas, uz kuras tiek uzklāts metāls (to panāk, piemēram, uz virsmas uzklājot grafītu), tad no reljefa virsmas var iegūt kopiju.

Nolobāmu pārklājumu iegūšanas process - elektrotips- izstrādāja krievu zinātnieks B. S. Jacobi (1801-1874), kurš 1836. gadā izmantoja šo metodi, lai izgatavotu dobas figūras Īzaka katedrālei Sanktpēterburgā.

Iepriekš poligrāfijas nozarē kopijas no reljefa virsmas (stereotipi) ieguva no matricām (komplekta nospiedums uz plastmasas materiāla), kam uz matricām tika uzklāts biezs dzelzs vai citas vielas slānis. Tas ļāva pavairot komplektu vajadzīgajā eksemplāru skaitā.

Elektrolīze noņem metālu piemaisījumus. Tādējādi no rūdas iegūtais jēlvarš tiek izliets biezu lokšņu veidā, kuras pēc tam ievieto vannā kā anodus. Elektrolīzes laikā anoda varš izšķīst, piemaisījumi, kas satur vērtīgus un retus metālus, nokrīt apakšā, un tīrs varš nosēžas uz katoda.

Alumīniju iegūst no izkausēta boksīta elektrolīzes ceļā. Tieši šī alumīnija iegūšanas metode padarīja to lētu un līdz ar dzelzi visizplatītāko tehnikā un ikdienā.

Ar elektrolīzes palīdzību tiek iegūtas elektroniskās shēmas plates, kas kalpo par visu elektronisko izstrādājumu pamatu. Uz dielektriķa tiek pielīmēta plāna vara plāksne, uz kuras ar īpašu krāsu tiek uzklāts sarežģīts savienojošo vadu raksts. Pēc tam plāksne tiek ievietota elektrolītā, kur tiek iegravēti vara slāņa laukumi, kas nav pārklāti ar krāsu. Pēc tam krāsa tiek nomazgāta, un uz tāfeles parādās mikroshēmas detaļas.