Шингэн дэх цахилгаан гүйдэл. Цэнэг, анион, катионуудын хөдөлгөөн. Шингэн дэх цахилгаан гүйдэл - онол, электролиз Шингэн дэх гүйдлийн урсгалын механизм

« Физик - 10-р анги"

Вакуум дахь цахилгаан гүйдлийн тээвэрлэгчид юу вэ?
Тэдний хөдөлгөөний мөн чанар юу вэ?

Шингэн нь хатуу биеттэй адил диэлектрик, дамжуулагч, хагас дамжуулагч байж болно. Диэлектрикт нэрмэл ус, дамжуулагч нь электролитийн уусмал, хайлмал бодис орно: хүчил, шүлт, давс. Шингэн хагас дамжуулагч нь хайлсан селен, хайлсан сульфид гэх мэт.

Электролитийн диссоциаци.

Поляр усны молекулуудын цахилгаан талбайн нөлөөн дор электролитууд уусах үед электролитийн молекулууд ион болон задардаг.

Туйлын усны молекулуудын цахилгаан талбайн нөлөөн дор молекулуудыг ион болгон задлахыг нэрлэдэг. электролитийн диссоциаци.

Диссоциацийн зэрэг- ион болон задарсан ууссан бодис дахь молекулуудын эзлэх хувь.

Диссоциацийн зэрэг нь температур, уусмалын концентраци, уусгагчийн цахилгаан шинж чанараас хамаарна.

Температур нэмэгдэхийн хэрээр диссоциацийн зэрэг нэмэгдэж, улмаар эерэг ба сөрөг цэнэгтэй ионуудын концентраци нэмэгддэг.

Янз бүрийн шинж тэмдгийн ионууд уулзах үед тэд дахин төвийг сахисан молекулуудад нэгтгэж болно.

Тогтмол нөхцөлд уусмалд динамик тэнцвэр тогтдог бөгөөд энэ нь секундэд ион болж задардаг молекулуудын тоо нь нэгэн зэрэг төвийг сахисан молекулуудад дахин нэгддэг хос ионуудын тоотой тэнцүү байна.

Ионы дамжуулалт.

Усан уусмал эсвэл электролитийн хайлмал дахь цэнэглэгч нь эерэг ба сөрөг цэнэгтэй ионууд юм.

Хэрэв электролитийн уусмал бүхий савыг цахилгаан хэлхээнд холбосон бол сөрөг ионууд эерэг электрод - анод, эерэг ионууд - сөрөг катод руу шилжиж эхэлнэ. Үүний үр дүнд цахилгаан гүйдэл хэлхээгээр дамжин урсах болно.

Ионоор дамждаг усан уусмал эсвэл электролитийн хайлмал дамжуулалтыг гэнэ. ионы дамжуулалт.

Электролиз.Ионы дамжуулалтын үед гүйдэл дамжих нь бодисыг шилжүүлэхтэй холбоотой байдаг. Электродууд дээр электролитийг бүрдүүлдэг бодисууд ялгардаг. Анод дээр сөрөг цэнэгтэй ионууд нэмэлт электронуудаа (химийн шинжлэх ухаанд үүнийг исэлдэлтийн урвал гэж нэрлэдэг) өгч, катод дээр эерэг ионууд дутуу электронуудыг хүлээн авдаг (багасгах урвал).

Шингэн нь электрон дамжуулалттай байж болно. Жишээлбэл, шингэн металлууд ийм дамжуулалттай байдаг.

Редокс урвалтай холбоотой электрод дээр бодис ялгарах процессыг нэрлэдэг электролиз.

Тодорхой хугацаанд ялгарах бодисын массыг юу тодорхойлдог вэ? Гарсан бодисын масс m нь Δt хугацаанд электродод хүрсэн ионуудын N i тоогоор нэг ионы m 0i массын үржвэртэй тэнцүү байх нь ойлгомжтой.

m = m 0i N i . (16.3)

m 0i ионы масс нь дараахтай тэнцүү байна.

Энд M нь бодисын молийн (эсвэл атомын) масс, N A нь Авогадрогийн тогтмол, өөрөөр хэлбэл нэг моль дахь ионы тоо юм.

Электрод хүрэх ионуудын тоо тэнцүү байна

энд Δq = IΔt нь Δt хугацааны туршид электролитээр дамжин өнгөрөх цэнэг; q 0i нь атомын n валентаар тодорхойлогддог ионы цэнэг юм: q 0i = ne (e нь энгийн цэнэг). Молекулуудын диссоциацийн үед, жишээлбэл, моновалент атомуудаас бүрдэх KBr (n = 1), K + ба Br - ионууд гарч ирдэг. Зэсийн сульфатын молекулуудын диссоциаци нь давхар цэнэглэгдсэн Cu 2+ ба SO 2-4 ионууд (n = 2) үүсэхэд хүргэдэг. (16.4) ба (16.5) илэрхийллүүдийг (16.3) томъёонд орлуулж, Δq = IΔt, a q 0i = ne гэдгийг харгалзан бид олж авна.

Фарадейгийн хууль.

Бодисын масс m ба электролитээр дамжин өнгөрөх Δq = IΔt цэнэгийн хоорондох пропорциональ коэффициентийг k гэж тэмдэглэе.

Энд F = eN A = 9.65 10 4 С/моль - Фарадей тогтмол.

K коэффициент нь тухайн бодисын шинж чанараас хамаарна (M ба n-ийн утга). (16.6) томъёоны дагуу бид байна

m = kIΔt. (16.8)

Фарадейгийн электролизийн хууль:

Δt хугацаанд электрод дээр ялгарах бодисын масс. цахилгаан гүйдэл өнгөрөх үед энэ нь одоогийн хүч ба цаг хугацаатай пропорциональ байна.

Онолын хувьд олж авсан энэхүү мэдэгдлийг Фарадей анх туршилтаар тогтоожээ.

Томъёоны (16.8) k хэмжигдэхүүнийг нэрлэнэ цахилгаан химийн эквивалентЭнэ бодисыг агуулсан ба -ээр илэрхийлэгддэг унжлага тутамд килограмм(кг/Кл).

Томъёо (16.8)-аас харахад k коэффициент нь ионууд 1С-тэй тэнцэх цэнэгийг шилжүүлэхэд электродууд дээр ялгарах бодисын масстай тоогоор тэнцүү байна.

Цахилгаан химийн эквивалент нь энгийн физик утгатай. M/N A = m 0i ба еn = q 0i тул (16.7) томъёоны дагуу k = rn 0i /q 0i, өөрөөр хэлбэл k нь ионы массын цэнэгийн харьцаа юм.

m ба Δq утгыг хэмжих замаар янз бүрийн бодисын цахилгаан химийн эквивалентыг тодорхойлох боломжтой.

Та Фарадейгийн хуулийн хүчинтэй эсэхийг туршилтаар шалгаж болно. Зураг (16.25)-д үзүүлсэн суурилуулалтыг угсарцгаая. Бүх гурван электролитийн банн нь ижил электролитийн уусмалаар дүүрсэн боловч тэдгээрээр дамжин өнгөрөх гүйдэл өөр өөр байдаг. Одоогийн хүчийг I1, I2, I3 гэж тэмдэглэе. Дараа нь I 1 = I 2 + I 3. Янз бүрийн банн дахь электродууд дээр ялгарах бодисын m 1, m 2, m 3 массыг хэмжих замаар тэдгээр нь харгалзах гүйдлийн хүч I 1, I 2, I 3-тай пропорциональ байгааг шалгаж болно.

Электрон цэнэгийг тодорхойлох.

Электроны цэнэгийг тодорхойлохын тулд электрод дээр ялгарах бодисын массын томъёог (16.6) ашиглаж болно. Энэ томъёоноос харахад электрон цэнэгийн модуль нь дараахтай тэнцүү байна.

IΔt цэнэгийг нэвтрүүлэх явцад ялгарсан бодисын масс m, молийн масс M, n атомын валент ба Авогадрогийн тогтмол N A зэргийг мэдснээр бид электрон цэнэгийн модулийн утгыг олж чадна. Энэ нь e = 1.6 10 -19 C-тэй тэнцүү байна.

Ийм байдлаар анх 1874 онд энгийн цахилгаан цэнэгийн утгыг олж авчээ.

Электролизийн хэрэглээ.Электролизийг технологид янз бүрийн зорилгоор өргөн ашигладаг. Нэг металлын гадаргууг нөгөө металлын нимгэн давхаргаар электролитээр хучих ( никель бүрэх, хром бүрэх, алтаар бүрэхгэх мэт.). Энэхүү бат бөх бүрхүүл нь гадаргууг зэврэлтээс хамгаалдаг. Хэрэв та металыг байрлуулсан гадаргуугаас электролитийн бүрээсийг сайн хальслахыг баталгаажуулвал (жишээлбэл, гадаргуу дээр бал чулуу түрхэх замаар) тусламжийн гадаргуугаас хуулбарыг авч болно.

Хулгардаг бүрээсийг олж авах үйл явц - электротип- Оросын эрдэмтэн Б.С.Якоби (1801-1874) боловсруулсан бөгөөд 1836 онд энэ аргыг ашиглан Санкт-Петербург дахь Гэгээн Исаакийн сүмийн хөндийн дүрсийг бүтээжээ.

Өмнө нь хэвлэх үйлдвэрт матрицаас (хуванцар материал дээрх төрлийн дардас) рельефийн гадаргуугаас хуулбарыг (стереотип) гаргаж авдаг байсан бөгөөд үүний тулд матрицууд дээр төмрийн зузаан давхарга эсвэл бусад бодис хуримтлагддаг. Энэ нь багцыг шаардлагатай тооны хуулбараар хуулбарлах боломжийг олгосон.

Электролизийн тусламжтайгаар металыг хольцоос цэвэрлэдэг. Тиймээс хүдрээс гаргаж авсан түүхий зэсийг зузаан хуудас хэлбэрээр цутгаж, дараа нь анод болгон ваннд хийнэ. Электролизийн явцад анодын зэс уусч, үнэт ховор металл агуулсан хольцууд ёроол руу унаж, цэвэр зэс нь катод дээр тогтдог.

Электролиз ашиглан хөнгөн цагааныг хайлсан бокситоос гаргаж авдаг. Хөнгөн цагааныг үйлдвэрлэх ийм арга нь түүнийг хямд, төмрийн хамт технологи, өдөр тутмын амьдралд хамгийн түгээмэл болгосон юм.

Электролизийн тусламжтайгаар бүх электрон бүтээгдэхүүний үндэс суурь болох электрон хэлхээний хавтанг олж авдаг. Нимгэн зэс хавтанг диэлектрик дээр наасан бөгөөд үүн дээр холбох утаснуудын нарийн төвөгтэй хэв маягийг тусгай будгаар буддаг. Дараа нь хавтанг электролит дотор байрлуулж, будгаар хучигдаагүй зэсийн давхаргын хэсгүүдийг сийлсэн байна. Үүний дараа будгийг угааж, бичил схемийн дэлгэрэнгүй мэдээлэл самбар дээр гарч ирнэ.

Шингэн нь цахилгаан энергийг сайн дамжуулж чаддаг гэдгийг хүн бүр мэддэг. Бүх дамжуулагчийг төрлөөр нь хэд хэдэн дэд бүлэгт хуваадаг нь бас мэдэгдэж байгаа баримт юм. Шингэн, металл болон бусад хагас дамжуулагчд цахилгаан гүйдэл хэрхэн явагддаг, түүнчлэн электролизийн хууль ба түүний төрлүүдийг бид нийтлэлдээ авч үзэхийг санал болгож байна.

Электролизийн онол

Бидний ярьж буй зүйлийг ойлгоход хялбар болгохын тулд цахилгаан цэнэгийг нэг төрлийн шингэн гэж үзвэл 200 гаруй жилийн турш мэдэгдэж байсан онолоос эхлэхийг санал болгож байна. Цэнэгүүд нь бие даасан электронуудаас бүрддэг боловч тэдгээр нь маш жижиг тул аливаа том цэнэг нь шингэний тасралтгүй урсгал шиг ажилладаг.

Хатуу биетүүдийн нэгэн адил шингэн дамжуулагч нь гурван төрлийн байж болно.

• хагас дамжуулагч (селен, сульфид болон бусад);
• диэлектрик (шүлтлэг уусмал, давс, хүчил);
• дамжуулагч (жишээлбэл, плазмаар).

Цахилгаан молийн талбайн нөлөөгөөр электролитууд уусах, ионууд задрах процессыг диссоциаци гэж нэрлэдэг. Хариуд нь ууссан бодис дахь ион болон задарсан молекулуудын эзлэх хувь нь янз бүрийн дамжуулагч ба хайлмал дахь физик шинж чанар, температураас бүрэн хамаардаг. Ионууд дахин нэгдэх эсвэл буцаж ирж болно гэдгийг санах нь чухал. Хэрэв нөхцөл өөрчлөгдөхгүй бол ялзарсан болон хосолсон ионуудын тоо тэнцүү пропорциональ байх болно.

Учир нь ионууд электролитэд энергийг дамжуулдаг Тэд эерэг ба сөрөг цэнэгтэй бөөмс байж болно. Шингэн (эсвэл илүү нарийвчлалтай, шингэнтэй савыг цахилгаан тэжээлд холбоход) бөөмсүүд эсрэг цэнэгүүд рүү шилжиж эхэлнэ (эерэг ионууд катодууд руу, сөрөг ионууд нь анод руу татагдаж эхэлнэ). Энэ тохиолдолд энерги нь ионоор шууд дамждаг тул ийм төрлийн дамжуулалтыг ион гэж нэрлэдэг.

Энэ төрлийн дамжуулалтын үед гүйдэл нь ионуудаар дамждаг бөгөөд электролитийн бүрэлдэхүүн хэсэг болох бодисууд электродуудад ялгардаг. Хэрэв бид химийн үүднээс авч үзвэл исэлдэлт, бууралт үүсдэг. Тиймээс хий, шингэн дэх цахилгаан гүйдлийг электролиз ашиглан дамжуулдаг.

Шингэн дэх физик ба гүйдлийн хуулиуд

Манай гэр, тоног төхөөрөмжид цахилгаан эрчим хүч нь дүрмээр бол металл утсаар дамждаггүй. Металлын хувьд электронууд атомаас атом руу шилжиж, улмаар сөрөг цэнэгийг авч явдаг.

Шингэний хувьд тэдгээр нь Италийн эрдэмтэн Алессандро Вольтагийн нэрээр нэрлэгдсэн вольтийн нэгжээр хүчдэл гэж нэрлэгддэг цахилгаан хүчдэл хэлбэрээр явагддаг.

Видео: Шингэн дэх цахилгаан гүйдэл: бүрэн онол

Түүнчлэн цахилгаан гүйдэл нь өндөр хүчдэлээс бага хүчдэл рүү урсдаг бөгөөд Андре-Мари Амперын нэрээр нэрлэгдсэн ампер гэж нэрлэгддэг нэгжээр хэмжигддэг. Онол, томъёоны дагуу хэрэв та хүчдэлийг нэмэгдүүлбэл түүний хүч нь пропорциональ хэмжээгээр нэмэгдэх болно. Энэ харилцааг Ом-ын хууль гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, виртуал амперийн шинж чанарыг доор харуулав.

Ом-ын хууль (утасны урт, зузаантай холбоотой нэмэлт мэдээлэлтэй) нь ихэвчлэн физикийн хичээлд заадаг зүйлсийн нэг байдаг тул олон оюутан, багш нар хий, шингэн дэх цахилгаан гүйдлийг физикийн үндсэн хууль гэж үздэг.

Цэнэгүүдийн хөдөлгөөнийг өөрийн нүдээр харахын тулд та давстай ус, хавтгай тэгш өнцөгт электрод, тэжээлийн эх үүсвэр бүхий колбонд бэлтгэх хэрэгтэй бөгөөд үүний тусламжтайгаар эрчим хүчийг эрчим хүч гаргаж авах болно электродуудад нийлүүлэх.

Дамжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг ялтсуудыг шингэн рүү буулгаж, хүчдэлийг асаах ёстой. Үүний дараа бөөмсийн эмх замбараагүй хөдөлгөөн эхлэх боловч дамжуулагчийн хооронд соронзон орон үүссэнтэй адил энэ үйл явцыг захиалах болно.

Ионууд цэнэг солилцож, нэгдэж эхэлмэгц анодууд нь катод, катодууд нь анод болно. Гэхдээ энд та цахилгаан эсэргүүцлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Мэдээжийн хэрэг, онолын муруй нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг боловч гол нөлөө нь температур, диссоциацийн түвшин (ямар тээвэрлэгчийг сонгохоос хамаарч), хувьсах эсвэл шууд гүйдлийг сонгох эсэхээс хамаарна. Энэхүү туршилтын судалгааг хийж дуусгаснаар хатуу биетүүд (металл хавтан) дээр давсны нимгэн давхарга үүссэнийг анзаарч болно.

Электролиз ба вакуум

Вакуум болон шингэн дэх цахилгаан гүйдэл нь нэлээд төвөгтэй асуудал юм. Баримт нь ийм хэвлэл мэдээллийн хэрэгсэлд биед бүрэн цэнэг байдаггүй бөгөөд энэ нь диэлектрик гэсэн үг юм. Өөрөөр хэлбэл, бидний зорилго бол электрон атомын хөдөлгөөнийг эхлүүлэх нөхцөлийг бүрдүүлэх явдал юм.

Үүнийг хийхийн тулд та модульчлагдсан төхөөрөмж, дамжуулагч, металл хавтанг ашиглах хэрэгтэй бөгөөд дараа нь дээрх аргын дагуу үргэлжлүүлнэ үү.

Электролизийн хэрэглээ

Энэ үйл явц нь амьдралын бараг бүх салбарт хэрэглэгддэг. Хамгийн энгийн ажил ч гэсэн заримдаа шингэн дэх цахилгаан гүйдлийн оролцоог шаарддаг.

Энэхүү энгийн процессыг ашиглан хатуу биетийг ямар ч металлын нимгэн давхарга, жишээлбэл, никель эсвэл хром бүрээсээр бүрсэн байна. Энэ нь зэврэлтээс хамгаалах үйл явцтай тэмцэх боломжит аргуудын нэг юм. Үүнтэй төстэй технологийг трансформатор, тоолуур болон бусад цахилгаан хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Бидний үндэслэл нь шингэн дэх цахилгаан гүйдлийн үзэгдлийг судлахад гарч буй бүх асуултанд хариулсан гэж найдаж байна. Хэрэв танд илүү сайн хариулт хэрэгтэй бол бид цахилгаанчдын форумд зочлохыг зөвлөж байна, тэд танд үнэ төлбөргүй зөвлөгөө өгөхдөө баяртай байх болно.

Тэдний цахилгаан шинж чанарын хувьд шингэн нь маш олон янз байдаг. Хайлсан металлууд нь хатуу төлөвт байгаа металууд шиг чөлөөт электронуудын өндөр концентрацитай холбоотой өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай байдаг.

Цэвэр ус, спирт, керосин зэрэг олон шингэн нь сайн диэлектрик бөгөөд тэдгээрийн молекулууд нь цахилгаан саармаг, чөлөөт цэнэг зөөгч байдаггүй.

Электролит. Шингэний тусгай анги нь органик бус хүчил, давс, суурийн усан уусмал, ионы талстуудын хайлмал гэх мэтийг багтаасан электролит гэж нэрлэгддэг бодисуудаас бүрддэг. Электролит нь ионуудын өндөр концентрацитай байдаг бөгөөд энэ нь дамжин өнгөрөх боломжтой болгодог. цахилгаан гүйдэл. Эдгээр ионууд нь уусгагч молекулуудын цахилгаан талбайн нөлөөн дор ууссан бодисын молекулууд салангид эерэг ба сөрөг цэнэгтэй ионуудад задрах үед хайлах, татан буулгах явцад үүсдэг. Энэ процессыг электролитийн диссоциаци гэж нэрлэдэг.

Электролитийн диссоциаци.Тухайн бодисын диссоциацийн а зэрэг, тухайлбал ион болгон задарсан ууссан молекулуудын эзлэх хувь нь температур, уусмалын концентраци, уусгагчийн диэлектрик дамжуулалтаас хамаарна. Температур нэмэгдэхийн хэрээр диссоциацийн зэрэг нэмэгддэг. Эсрэг шинж тэмдгийн ионууд дахин нэгдэж, төвийг сахисан молекулуудад нэгтгэж болно. Тогтмол гадаад нөхцөлд уусмалд динамик тэнцвэр бий болж, рекомбинаци ба диссоциацийн процессууд бие биенээ нөхдөг.

Чанарын хувьд ууссан бодисын агууламжаас диссоциацийн зэрэглэлийн хамаарлыг дараах энгийн аргументуудыг ашиглан тогтоож болно. Хэрэв нэгж эзэлхүүн нь ууссан бодисын молекулуудыг агуулж байвал тэдгээрийн зарим нь салж, үлдсэн хэсэг нь салдаггүй. Уусмалын нэгж эзэлхүүн дэх энгийн диссоциацийн үйлдлүүдийн тоо нь хуваагдаагүй молекулуудын тоотой пропорциональ байдаг тул А нь электролитийн шинж чанар ба температураас хамаарах коэффициенттэй тэнцүү байна. Рекомбинацийн үйл явдлын тоо нь ялгаатай ионуудын мөргөлдөөний тоотой пропорциональ, өөрөөр хэлбэл эдгээр болон бусад ионуудын тоотой пропорциональ байна. Тиймээс энэ нь B нь тодорхой температурт өгөгдсөн бодисын хувьд тогтмол байх коэффициенттэй тэнцүү байна.

Динамик тэнцвэрт байдалд байна

Энэ харьцаа нь концентрацаас хамаардаггүй. Уусмалын концентраци бага байх тусам нэгдмэл байдалд ойртож байгааг харж болно: маш шингэрүүлсэн уусмалд ууссан бодисын бараг бүх молекулууд задардаг.

Уусгагчийн диэлектрик тогтмол өндөр байх тусам ууссан бодисын молекул дахь ионы холбоо суларч, улмаар диссоциацийн зэрэг нэмэгддэг. Тиймээс давсны хүчил нь усанд ууссан үед өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай электролит үүсгэдэг бол этилийн эфир дэх уусмал нь цахилгааныг маш муу дамжуулдаг.

Ер бусын электролитууд.Мөн маш ер бусын электролитууд байдаг. Жишээлбэл, электролит нь шилэн бөгөөд энэ нь асар их зуурамтгай чанар бүхий хэт хөргөлттэй шингэн юм. Халах үед шил зөөлөрч, зуурамтгай чанар нь ихээхэн буурдаг. Шилэн дэх натрийн ионууд нь мэдэгдэхүйц хөдөлгөөнтэй болж, цахилгаан гүйдэл дамжих боломжтой болдог ч энгийн температурт шил нь сайн тусгаарлагч болдог.

Цагаан будаа. 106. Халах үед шилний цахилгаан дамжуулах чанарыг харуулах

Үүний тод илрэлийг туршилтаас харж болно, диаграммыг Зураг дээр үзүүлэв. 106. Шилэн саваа нь реостатаар дамжин гэрэлтүүлгийн сүлжээнд холбогддог. Хэрэв савааг хийн шатаагчаар 300-400 хэм хүртэл халаавал түүний эсэргүүцэл хэдэн арван ом хүртэл буурч, L чийдэнгийн утас халах болно. Одоо та K товчлуураар гэрлийн чийдэнг богино холболтоор холбож болно. Энэ тохиолдолд хэлхээний эсэргүүцэл буурч, гүйдэл нэмэгдэх болно. Ийм нөхцөлд саваа нь цахилгаан гүйдлээр үр дүнтэй халааж, шарагчийг салгасан ч тод гэрэлтэх хүртэл гэрэлтэх болно.

Ионы дамжуулалт.Электролит дэх цахилгаан гүйдлийн дамжуулалтыг Ом-ын хуулиар тодорхойлно

Электролит дахь цахилгаан гүйдэл нь дур зоргоороо бага хүчдэлийн үед үүсдэг.

Электролит дэх цэнэгийн тээвэрлэгчид нь эерэг ба сөрөг цэнэгтэй ионууд юм. Электролитийн цахилгаан дамжуулалтын механизм нь дээр дурдсан хийн цахилгаан дамжуулалтын механизмтай олон талаараа төстэй юм. Гол ялгаа нь хий дэх цэнэгийн тээвэрлэгчдийн хөдөлгөөнийг эсэргүүцэх нь гол төлөв төвийг сахисан атомуудтай мөргөлдсөнтэй холбоотой юм. Электролитийн хувьд ионуудын хөдөлгөөн нь уусгагч дотор хөдөлж байх үед дотоод үрэлт - зуурамтгай чанараас шалтгаална.

Температур нэмэгдэхийн хэрээр электролитийн дамжуулалт металлаас ялгаатай нь нэмэгддэг. Энэ нь температур нэмэгдэх тусам диссоциацийн түвшин нэмэгдэж, зуурамтгай чанар буурч байгаатай холбоотой юм.

Металл ба хагас дамжуулагчийн шинж чанар болох электрон дамжуулалтаас ялгаатай нь цахилгаан гүйдэл дамжих нь бодисын химийн найрлагад ямар нэгэн өөрчлөлт ороогүй тохиолдолд ионы дамжуулалт нь бодисын дамжуулалттай холбоотой байдаг.

ба электролитуудад орсон бодисыг электродууд дээр гаргах. Энэ процессыг электролиз гэж нэрлэдэг.

Электролиз.Электрод дээр бодис ялгарах үед электролитийн ойролцоох электролитийн бүсэд харгалзах ионуудын концентраци буурдаг. Тиймээс диссоциаци ба рекомбинацын хоорондох динамик тэнцвэр энд алдагддаг: энд электролизийн үр дүнд бодисын задрал үүсдэг.

Цахилгаан гүйдлийн баганын гүйдлийн нөлөөгөөр ус задрах явцад электролиз нь анх ажиглагдсан. Хэдэн жилийн дараа нэрт химич Г.Дэви натри нээсэн бөгөөд түүнийг идэмхий натригаас электролизээр тусгаарласан. Электролизийн тоон хуулиудыг М.Фарадей туршилтаар тогтоосон байдаг.Электролизийн үзэгдлийн механизмд үндэслэн зөвтгөхөд хялбар байдаг.

Фарадейгийн хуулиуд.Ион бүр нь энгийн цэнэгийн үржвэртэй цахилгаан цэнэгтэй байна. Өөрөөр хэлбэл, ионы цэнэг нь -тэй тэнцүү, энд нь харгалзах химийн элемент эсвэл нэгдлийн валенттай тэнцүү бүхэл тоо юм. Электродоор гүйдэл өнгөрөхөд ионууд ялгардаг гэж бодъё. Үнэмлэхүй утгаараа тэдний цэнэг тэнцүү байна Эерэг ионууд катод руу хүрч, тэдгээрийн цэнэгийг одоогийн эх үүсвэрээс утсаар дамжуулан катод руу урсдаг электронуудаар саармагжуулдаг. Сөрөг ионууд анод руу ойртож, ижил тооны электронууд утаснуудаар дамжин гүйдлийн эх үүсвэр рүү ордог. Энэ тохиолдолд цэнэг нь хаалттай цахилгаан хэлхээгээр дамждаг

Аль нэг электрод дээр ялгарах бодисын масс, ионы (атом эсвэл молекул) массаар тэмдэглэе. Иймд энэ бутархайн хүртэгч ба хуваагчийг Авогадрогийн тогтмолоор үржүүлэх нь тодорхой байна.

илэрхийллээр тодорхойлогддог атомын буюу молийн масс, Фарадей тогтмол хаана байна

(4)-ээс Фарадей тогтмол нь "нэг моль цахилгаан" гэсэн утгатай болох нь тодорхой байна, өөрөөр хэлбэл энэ нь нэг моль энгийн цэнэгийн нийт цахилгаан цэнэг юм.

Формула (3) нь Фарадейгийн хуулийг хоёуланг нь агуулна. Электролизийн явцад ялгарсан бодисын масс нь хэлхээгээр дамжсан цэнэгтэй пропорциональ байна (Фарадейгийн нэгдүгээр хууль):

Коэффицентийг өгөгдсөн бодисын цахилгаан химийн эквивалент гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг илэрхийлнэ

кулон тутамд килограмм Энэ нь ионы тодорхой цэнэгийн эсрэг утгатай байна.

k-ийн цахилгаан химийн эквивалент нь тухайн бодисын химийн эквиваленттай пропорциональ байна (Фарадейгийн хоёр дахь хууль).

Фарадейгийн хууль ба энгийн цэнэг.Фарадейгийн үед цахилгааны атомын мөн чанарын тухай ойлголт хараахан гараагүй байсан тул электролизийн хуулиудыг туршилтаар нээсэн нь өчүүхэн төдий байсангүй. Үүний эсрэгээр, Фарадейгийн хуулиуд нь эдгээр санааг үнэн зөвөөр нотлох анхны туршилтын нотолгоо болсон юм.

Фарадей тогтмолыг туршилтаар хэмжсэнээр Милликаны газрын тосны дуслаар хийсэн туршилтын явцад анх удаа энгийн цахилгаан цэнэгийг шууд хэмжихээс өмнө энгийн цэнэгийн утгын тоон тооцоог олж авах боломжтой болсон. 19-р зууны 30-аад онд хийсэн электролизийн туршилтаар цахилгаан энергийн атомын бүтцийн тухай санаа нь хоёрдмол утгагүй туршилтын баталгааг олж авсан нь гайхалтай юм. эрдэмтэд. Фарадейгийн дурсгалд зориулсан Хатан хааны нийгэмлэгт хийсэн алдартай илтгэлдээ Хельмгольц энэ нөхцөл байдлын талаар дараах байдлаар тайлбарлав.

"Хэрэв бид химийн элементийн атомууд байдгийг хүлээн зөвшөөрвөл эерэг ба сөрөг аль аль нь цахилгаан нь цахилгаан атом шиг ажилладаг тодорхой энгийн хэмжигдэхүүнүүдэд хуваагддаг гэсэн дүгнэлтээс зайлсхийх боломжгүй юм."

Химийн гүйдлийн эх үүсвэрүүд.Хэрэв цайр гэх мэт металыг усанд дүрвэл туйлын усны молекулуудын нөлөөн дор тодорхой хэмжээний эерэг цайрын ионууд металлын болор торны гадаргуугаас ус руу шилжиж эхэлнэ. Үүний үр дүнд цайр сөрөг, ус эерэгээр цэнэглэгдэх болно. Металл ба усны хоорондох интерфэйс дээр цахилгаан давхар давхарга гэж нэрлэгддэг нимгэн давхарга үүсдэг; дотор нь хүчтэй цахилгаан орон байдаг бөгөөд түүний эрчим нь уснаас метал руу чиглэсэн байдаг. Энэ талбар нь цайрын ионыг цаашид ус руу шилжүүлэхээс сэргийлж, үүний үр дүнд металаас ус руу орж буй ионуудын дундаж тоо нь уснаас метал руу буцаж буй ионуудын тоотой тэнцүү байх динамик тэнцвэрт байдал үүсдэг.

Хэрэв металыг ижил металлын давсны усан уусмал, жишээлбэл цайрын сульфатын уусмалд дүрвэл динамик тэнцвэр үүснэ. Уусмал дахь давс нь ион болгон задалдаг цайрын ионууд нь электродоос уусмалд орсон цайрын ионуудаас ялгаатай биш юм. Электролит дэх цайрын ионы концентраци нэмэгдэх нь эдгээр ионуудын уусмалаас метал руу шилжих явцыг хөнгөвчлөх бөгөөд үүнийг улам хүндрүүлдэг.

металлаас уусмал руу шилжих. Тиймээс цайрын сульфатын уусмалд дүрсэн цайрын электрод нь сөрөг цэнэгтэй боловч цэвэр устай харьцуулахад сул байдаг.

Металлыг уусмалд дүрэх үед металл үргэлж сөрөг цэнэгтэй болдоггүй. Жишээлбэл, зэсийн электродыг зэсийн сульфатын уусмалд дүрвэл электрод дээрх уусмалаас ионууд тунадасжиж, эерэгээр цэнэглэгддэг. Энэ тохиолдолд цахилгаан давхар давхарга дахь талбайн хүч нь зэсээс уусмал руу чиглэнэ.

Тиймээс металыг ус эсвэл ижил металлын ион агуулсан усан уусмалд дүрэх үед металл ба уусмалын хоорондох интерфэйс дээр тэдгээрийн хооронд боломжит ялгаа үүсдэг. Энэ боломжит зөрүүний тэмдэг ба хэмжээ нь металлын төрлөөс (зэс, цайр гэх мэт, уусмал дахь ионы концентрацаас хамаардаг бөгөөд температур, даралтаас бараг хамааралгүй байдаг.

Электролитэд дүрсэн өөр өөр металлын хоёр электрод нь гальваник эсийг үүсгэдэг. Жишээлбэл, Вольта үүрэнд цайр ба зэсийн электродуудыг хүхрийн хүчлийн усан уусмалд дүрнэ. Эхлээд уусмал нь цайрын ион, зэсийн ионыг агуулдаггүй. Гэсэн хэдий ч дараа нь эдгээр ионууд электродуудаас уусмал руу орж, динамик тэнцвэрт байдал үүсдэг. Электродууд хоорондоо утсаар холбогдоогүй л бол электролитийн потенциал бүх цэгт ижил байх ба электролитийн потенциалууд нь электролитийн потенциалаас ялгаатай байдаг. электролит. Энэ тохиолдолд цайрын электродын потенциал нь -0.763 В, зэсийн эдгээр боломжит үсрэлтүүдээс бүрдэх Вольт элементийн цахилгаан хөдөлгөгч хүч нь тэнцүү байх болно

Галваник элемент бүхий хэлхээний гүйдэл.Хэрэв гальван элементийн электродууд утсаар холбогдсон бол энэ утсаар дамжин электронууд сөрөг электрод (цайры) -аас эерэг электрод (зэс) рүү шилжиж, электрод ба тэдгээрийн орших электролитийн хоорондох динамик тэнцвэрийг алдагдуулдаг. живсэн. Цайрын ионууд электродоос уусмал руу шилжиж эхлэх бөгөөд ингэснээр электрод ба электролитийн хоорондох тогтмол потенциал үсрэлттэй цахилгаан давхар давхаргыг ижил төлөвт байлгах болно. Үүний нэгэн адил зэс электродын тусламжтайгаар зэсийн ионууд уусмалаас гарч, электрод дээр тунадасжиж эхэлнэ. Энэ тохиолдолд сөрөг электродын ойролцоо ионы дутагдал үүсдэг ба эерэг электродын ойролцоо ийм ионуудын илүүдэл үүсдэг. Уусмал дахь ионуудын нийт тоо өөрчлөгдөхгүй.

Тайлбарласан процессуудын үр дүнд цахилгаан гүйдэл нь электронуудын хөдөлгөөнөөр холбогч утсанд, ионуудын нөлөөгөөр электролитэд үүсдэг хаалттай хэлхээнд цахилгаан гүйдэл хадгалагдах болно. Цахилгаан гүйдэл өнгөрөхөд цайрын электрод аажмаар уусч, зэс нь эерэг (зэс) дээр хуримтлагддаг.

электрод. Цайрын электрод дээр ионы концентраци нэмэгдэж, зэс электрод дээр буурдаг.

Галваник элемент бүхий хэлхээн дэх потенциал.Химийн элемент агуулсан жигд бус хаалттай хэлхээнд цахилгаан гүйдэл дамжих дүрслэл нь хэлхээний дагуух боломжит тархалттай тохирч байгаа бөгөөд үүнийг Зураг дээр схемээр үзүүлэв. 107. Гаднах хэлхээнд, өөрөөр хэлбэл электродуудыг холбосон утсанд потенциал нь нэг төрлийн хувьд Ом хуулийн дагуу эерэг (зэс) электродын А-аас сөрөг (цайрын) электродын В-ийн утга хүртэл жигд буурдаг. дамжуулагч. Дотоод хэлхээнд, өөрөөр хэлбэл электродуудын хоорондох электролит дэх потенциал нь цайрын электродын ойролцоох утгаас зэс электродын ойролцоох утга хүртэл аажмаар буурдаг. Хэрэв гадаад хэлхээнд гүйдэл нь зэс электродоос цайрын электрод руу урсдаг бол электролит дотор цайраас зэс рүү урсдаг. Цахилгаан давхар давхаргын боломжит үсрэлт нь гадны (энэ тохиолдолд химийн) хүчний үйл ажиллагааны үр дүнд үүсдэг. Гадны хүчний нөлөөгөөр цахилгаан цэнэгийн давхар давхаргын хөдөлгөөн нь цахилгаан хүчний үйл ажиллагааны чиглэлийн эсрэг явагддаг.

Цагаан будаа. 107. Химийн элемент агуулсан гинжин хэлхээний дагуух боломжит тархалт

Боломжит өөрчлөлтийн налуу хэсгүүдийг Зураг дээр үзүүлэв. 107 нь хаалттай хэлхээний гадаад ба дотоод хэсгийн цахилгаан эсэргүүцэлтэй тохирч байна. Эдгээр хэсгүүдийн дагуух нийт боломжит уналт нь давхар давхаргын боломжит үсрэлтүүдийн нийлбэртэй тэнцүү байна, өөрөөр хэлбэл элементийн цахилгаан хөдөлгөгч хүч.

Гальваник эсэд цахилгаан гүйдэл дамжих нь электродууд дээр ялгарах дагалдах бүтээгдэхүүнүүд болон электролит дахь концентрацийн зөрүүний харагдах байдлаас болж хүндрэлтэй байдаг. Эдгээр үзэгдлийг электролитийн туйлшрал гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, Вольта элементүүдэд хэлхээ хаагдах үед эерэг ионууд зэс электрод руу шилжиж, түүн дээр хуримтлагддаг. Үүний үр дүнд хэсэг хугацааны дараа зэс электродыг устөрөгчөөр солино. Устөрөгчийн электродын потенциал нь зэсийн электродын потенциалаас 0.337 В бага байдаг тул элементийн EMF ойролцоогоор ижил хэмжээгээр буурдаг. Үүнээс гадна зэс электрод дээр ялгарах устөрөгч нь элементийн дотоод эсэргүүцлийг нэмэгдүүлдэг.

Устөрөгчийн хортой нөлөөг багасгахын тулд деполяризаторыг ашигладаг - янз бүрийн исэлдүүлэгч бодисууд. Жишээлбэл, хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг элемент Leclanche ("хуурай" батерейнууд)

Эерэг электрод нь манганы хэт исэл ба бал чулууны шахсан массаар хүрээлэгдсэн бал чулуун саваа юм.

Батерей.Гальваник эсийн практик чухал төрөл бол зайг цэнэглэсний дараа цахилгаан энергийг химийн энерги болгон хувиргах замаар урвуу цэнэглэх процессыг хийх боломжтой батерей юм. Цахилгаан гүйдэл үйлдвэрлэх явцад хэрэглэсэн бодисууд нь электролизийн тусламжтайгаар зайны дотор сэргээгддэг.

Зайг цэнэглэх үед хүхрийн хүчлийн концентраци нэмэгдэж, энэ нь электролитийн нягтрал нэмэгдэхэд хүргэдэг болохыг харж болно.

Тиймээс цэнэглэх явцад электродуудын хурц тэгш бус байдал үүсдэг: нэг нь хар тугалга, нөгөө нь хар тугалганы хэт исэл болдог. Цэнэглэгдсэн зай нь гүйдлийн эх үүсвэр болж чаддаг гальван эс юм.

Цахилгаан эрчим хүчний хэрэглэгчдийг батерейнд холбох үед цахилгаан гүйдэл хэлхээгээр дамжих бөгөөд түүний чиглэл нь цэнэглэх гүйдлийн эсрэг байна. Химийн урвалууд эсрэг чиглэлд явж, батерей нь анхны төлөвтөө буцаж ирдэг. Хоёр электрод хоёулаа давсны давхаргаар хучигдаж, хүхрийн хүчлийн концентраци анхны утга руугаа буцна.

Цэнэглэсэн батерейны хувьд EMF нь ойролцоогоор 2.2 В байна. Цэнэглэх үед энэ нь 1.85 В хүртэл буурдаг. Хар тугалганы сульфат үүсэх нь эргэлт буцалтгүй болж, батерей нь мууддаг тул цаашид цэнэглэхийг зөвлөдөггүй.

Цэнэг цэнэггүй болсон үед батерейны өгч чадах хамгийн их цэнэгийг түүний хүчин чадал гэж нэрлэдэг. Батерейны хүчин чадал нь ихэвчлэн

ампер цагаар хэмждэг. Хавтануудын гадаргуу нь том байх тусмаа том байна.

Электролизийн хэрэглээ.Металлургид электролизийг ашигладаг. Хөнгөн цагаан ба цэвэр зэсийн хамгийн түгээмэл электролитийн үйлдвэрлэл. Электролизийн тусламжтайгаар гоёл чимэглэлийн болон хамгаалалтын бүрээс (никель бүрэх, хром бүрэх) авахын тулд зарим бодисын гадаргуу дээр нимгэн давхарга үүсгэх боломжтой. Хулгардаг бүрхүүл (электропластик) үйлдвэрлэх үйл явцыг Оросын эрдэмтэн Б.С.Якоби боловсруулж, Санкт-Петербург дахь Гэгээн Исаакийн сүмийг чимэглэсэн хөндий барималуудыг бүтээжээ.

Металл ба электролит дахь цахилгаан дамжуулах чанарын физик механизмын хооронд ямар ялгаа байдаг вэ?

Тухайн бодисын диссоциацийн зэрэг нь уусгагчийн диэлектрик дамжуулалтаас яагаад хамаардаг болохыг тайлбарла.

Өндөр шингэрүүлсэн электролитийн уусмалд бараг бүх ууссан молекулууд яагаад салдаг болохыг тайлбарла.

Электролитийн цахилгаан дамжуулах механизм нь хийн цахилгаан дамжуулах механизмтай хэрхэн төстэй болохыг тайлбарла. Тогтмол гадаад нөхцөлд цахилгаан гүйдэл яагаад хэрэглэсэн хүчдэлтэй пропорциональ байдаг вэ?

Электролизийн хуулийг (3) гаргахад цахилгаан цэнэгийн хадгалалтын хууль ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?

Бодисын цахилгаан химийн эквивалент ба ионуудын хувийн цэнэгийн хоорондын хамаарлыг тайлбарла.

Хэд хэдэн электролитийн банн байгаа боловч гүйдлийг хэмжих хэрэгсэл байхгүй бол янз бүрийн бодисын цахилгаан химийн эквивалентуудын харьцааг хэрхэн туршилтаар тодорхойлох вэ?

Тогтмол гүйдлийн сүлжээнд цахилгаан тоолуур үүсгэхийн тулд электролизийн үзэгдлийг хэрхэн ашиглах вэ?

Фарадейгийн хуулиудыг яагаад цахилгааны атомын шинж чанарын талаархи санаа бодлын туршилтын нотолгоо гэж үзэж болох вэ?

Металл электродуудыг ус болон эдгээр металлын ион агуулсан электролитэд дүрэх үед ямар процесс явагддаг вэ?

Гүйдэл дамжуулах явцад гальван элементийн электродын ойролцоо электролитэд тохиолддог процессуудыг дүрсэл.

Яагаад хүчдэлийн эсийн доторх эерэг ионууд сөрөг (цайрын) электродоос эерэг (зэс) электрод руу шилждэг вэ? Ионуудыг ийм байдлаар хөдөлгөдөг хэлхээнд потенциал тархалт хэрхэн үүсдэг вэ?

Яагаад хүчиллэг батерейны цэнэгийн зэргийг гидрометр, өөрөөр хэлбэл шингэний нягтыг хэмжих төхөөрөмж ашиглан шалгаж болох вэ?

Батерей дахь үйл явц нь "хуурай" батерейны процессоос юугаараа ялгаатай вэ?

Батерейг цэнэглэх явцад зарцуулсан цахилгаан эрчим хүчний аль хэсгийг цэнэглэх явцад түүний терминал дээр хүчдэл хадгалсан бол түүнийг цэнэглэхэд ашиглаж болох вэ?

Сэдвийн талаар мэдээлэх:

Цахилгаан

шингэнд

(электролит)

Электролиз

Фарадейгийн хуулиуд

Анхан шатны цахилгаан цэнэг

Оюутнууд 8 th анги « Б »

Л Огинова М ари А ндреевный

Москва 2003 он

91-р сургууль

Оршил

Бидний амьдралд маш их зүйл усан дахь давсны уусмалын (электролит) цахилгаан дамжуулах чадвартай холбоотой байдаг. Зүрхний эхний цохилтоос ("хүний ​​бие дэх амьд" цахилгаан, энэ нь 80% ус) гудамжинд байгаа машин, тоглогчид, гар утас (эдгээр төхөөрөмжүүдийн салшгүй хэсэг нь "батерей" - цахилгаан химийн батерей, төрөл бүрийн батерейнууд юм. - машин дахь хар тугалганы хүчлээс эхлээд хамгийн үнэтэй гар утсан дахь литийн полимер хүртэл). Хортой утаагаар тамхи татдаг асар том саванд хөнгөн цагааныг өндөр температурт хайлсан бокситоос электролизээр гаргаж авдаг - онгоцны "далавчтай" металл, Фантагийн лааз. Эргэн тойрон дахь бүх зүйл - гадаад машины хром бүрсэн радиаторын сараалжаас эхлээд чихэнд нь мөнгөн бүрсэн ээмэг хүртэл - хэсэг хугацаанд уусмал эсвэл хайлсан давс, улмаар шингэн дэх цахилгаан гүйдэлтэй тулгарсан. Энэ үзэгдлийг бүхэл бүтэн шинжлэх ухаан - электрохими судалдаг нь дэмий хоосон биш юм. Гэхдээ бид одоо энэ үзэгдлийн физик үндсийг илүү сонирхож байна.

Уусмал дахь цахилгаан гүйдэл. Электролит

8-р ангийн физикийн хичээлээс бид дамжуулагч (металл) дахь цэнэгийг сөрөг цэнэгтэй электронууд дамжуулдаг гэдгийг мэддэг.

Цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн дараалсан хөдөлгөөнийг цахилгаан гүйдэл гэж нэрлэдэг.

Гэхдээ хэрэв бид төхөөрөмж (графит электродтой) угсарвал:

дараа нь бид амметрийн зүү хазайсан эсэхийг шалгах болно - гүйдэл нь уусмалаар урсдаг! Уусмалд ямар цэнэглэгдсэн хэсгүүд байдаг вэ?

1877 онд Шведийн эрдэмтэн Сванте Аррениус янз бүрийн бодисын уусмалын цахилгаан дамжуулах чанарыг судалж байхдаа давсыг усанд уусгахад үүсдэг ионуудаас үүсдэг гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. Усанд ууссан үед CuSO 4 молекул нь Cu 2+ ба SO 4 2- гэсэн хоёр өөр цэнэгтэй ион болж задардаг. Хялбаршуулсан процессыг дараах томъёогоор тусгаж болно.

CuSO 4 ÞCu 2+ +SO 4 2-

Давс, шүлт, хүчлийн уусмал нь цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг.

Уусмал нь цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг бодисыг электролит гэж нэрлэдэг.

Элсэн чихэр, спирт, глюкоз болон бусад зарим бодисын уусмал нь цахилгаан гүйдэл дамжуулахгүй.

Уусмал нь цахилгаан гүйдэл дамжуулахгүй бодисыг электролит бус бодис гэж нэрлэдэг.

Электролитийн диссоциаци

Электролитийг ион болгон задлах процессыг электролитийн диссоциаци гэж нэрлэдэг.

Уусмалын физикийн онолыг баримталсан С.Аррениус электролитийн устай харилцан үйлчлэлцэхийг тооцоогүй бөгөөд уусмалд чөлөөт ионууд байдаг гэж үздэг байв. Үүний эсрэгээр, Оросын химич И.А.Каблюков, В.А.Кистяковский нар электролитийн диссоциацийг тайлбарлахын тулд химийн онолыг ашигласан бөгөөд энэ нь электролитийг уусгах үед устай химийн харилцан үйлчлэлд ордог бөгөөд энэ нь гидрат үүсэхэд хүргэдэг. дараа нь тэдгээр нь ион болон хуваагдана. Тэд уусмал нь чөлөөт, "нүцгэн" ион биш, харин усжуулсан, өөрөөр хэлбэл усны молекулуудын "хувцасласан" ион агуулдаг гэж үздэг. Үүний үр дүнд электролитийн молекулуудын диссоциаци дараах дарааллаар явагдана.

a) электролитийн молекулын туйлуудын эргэн тойронд усны молекулуудын чиглэл

б) электролитийн молекулын усжилт

в) түүний ионжуулалт

г) гидратжуулсан ионуудад задрах

Электролитийн диссоциацийн зэрэгтэй холбоотойгоор электролитийг хүчтэй ба сул гэж хуваадаг.

- Хүчтэй электролитууд- ууссан үед бараг бүрэн задалдаг хүмүүс.

Тэдний задралын зэрэг нь нэгдмэл байх хандлагатай байдаг.

- Сул электролит- ууссан үед бараг салдаггүй хүмүүс. Тэдний диссоциацийн зэрэг нь тэг байх хандлагатай байдаг.

Эндээс бид электролитийн уусмал дахь цахилгаан цэнэгийн тээвэрлэгчид (цахилгаан гүйдэл зөөгч) нь электрон биш харин эерэг ба сөрөг цэнэгтэй гэж дүгнэж байна. усжуулсан ионууд .

Электролитийн эсэргүүцлийн температурын хамаарал

Температур нэмэгдэх тусамдиссоциацийн процессыг хөнгөвчлөх, ионуудын хөдөлгөөнийг нэмэгдүүлэх ба электролитийн эсэргүүцэл буурдаг .

Катод ба анод. Катион ба анионууд

Цахилгаан гүйдлийн нөлөөн дор ионуудад юу тохиолддог вэ?

Төхөөрөмждөө буцаж орцгооё:

Уусмал дахь CuSO 4 нь Cu 2+ ба SO 4 2- гэсэн ионуудад хуваагдана. Эерэг цэнэгтэй ион Cu 2+ (катион)сөрөг цэнэгтэй электрод татагддаг - катод, Энэ нь алга болсон электронуудыг хүлээн авч, металл зэс болж буурсан байна - энгийн бодис. Хэрэв та уусмалаар гүйдэл дамжсаны дараа катодыг төхөөрөмжөөс салгавал улаан хүрэн бүрээсийг анзаарахад хялбар байдаг - энэ бол металл зэс юм.

Фарадейгийн анхны хууль

Хэчнээн хэмжээний зэс гарсныг мэдэж болох уу? Туршилтын өмнө болон дараа нь катодыг жинлэснээр хуримтлагдсан металлын массыг нарийн тодорхойлж болно. Хэмжилтээс харахад электродууд дээр ялгарах бодисын масс нь одоогийн хүч ба электролизийн хугацаанаас хамаарна.

Энд K нь пропорциональ коэффициент, мөн гэж нэрлэдэг цахилгаан химийн эквивалент .

Тиймээс ялгарсан бодисын масс нь одоогийн хүч ба электролизийн хугацаатай шууд пропорциональ байна. Гэхдээ цаг хугацааны явцад одоогийн (томъёоны дагуу):

төлбөр байдаг.

Тэгэхээр, электрод дээр ялгарах бодисын масс нь цэнэгтэй пропорциональ буюу электролитээр дамжин өнгөрөх цахилгааны хэмжээтэй байна.

M=K´q

Энэ хуулийг 1843 онд Английн эрдэмтэн Майкл Фарадей туршилтаар нээсэн бөгөөд үүнийг нэрлэжээ Фарадейгийн анхны хууль .

Фарадейгийн хоёр дахь хууль

Цахилгаан химийн эквивалент гэж юу вэ, энэ нь юунаас хамаардаг вэ? Майкл Фарадей мөн энэ асуултад хариулсан.

Олон тооны туршилтууд дээр үндэслэн тэрээр энэ үнэ цэнэ нь бодис бүрийн онцлог шинж чанартай гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. Жишээлбэл, номинийн уусмал (мөнгөний нитрат AgNO 3) электролизийн явцад 1 зүүлт нь 1.1180 мг мөнгө ялгаруулдаг; Аливаа мөнгөний давсны 1 унжлагатай цэнэгтэй электролизийн үед яг ижил хэмжээний мөнгө ялгардаг. Өөр металлын давсыг электролиз хийхэд 1 унжлага нь энэ металлын өөр хэмжээг ялгаруулдаг. Тиймээс , Бодисын электрохимийн эквивалент нь уусмалаар урсах 1 кулон цахилгаанаар электролизийн явцад ялгарсан энэ бодисын масс юм. . Зарим бодисын хувьд түүний утгыг энд харуулав.

Хүснэгтээс харахад янз бүрийн бодисын электрохимийн эквивалентууд бие биенээсээ эрс ялгаатай болохыг бид харж байна. Бодисын ямар шинж чанараас түүний цахилгаан химийн эквивалентийн утга хамаардаг вэ? Энэ асуултын хариултыг өгсөн болно Фарадейгийн хоёр дахь хууль :

Төрөл бүрийн бодисын электрохимийн эквивалент нь тэдгээрийн атомын жинтэй пропорциональ, химийн валентыг илэрхийлэх тоонуудтай урвуу пропорциональ байна.

n – валент

A - атомын жин

- тухайн бодисын химийн эквивалент гэж нэрлэдэг

- пропорциональ коэффициент, аль хэдийн бүх нийтийн тогтмол, өөрөөр хэлбэл бүх бодисын хувьд ижил утгатай байна. Хэрэв бид цахилгаан химийн эквивалентыг г/к-ээр хэмжвэл энэ нь 1.037´10 -5 г/к-тэй тэнцүү байна.

Фарадейгийн нэг ба хоёрдугаар хуулиудыг нэгтгэснээр бид дараахь зүйлийг олж авна.

Энэ томьёо нь энгийн физикийн утгатай: F нь химийн нэг эквиваленттай тэнцэх хэмжээний бодисыг электродууд дээр гаргахын тулд ямар ч электролитээр дамжих ёстой цэнэгтэй тоогоор тэнцүү байна. F-г Фарадей тоо гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь 96400 к/г-тай тэнцүү юм.

Моль ба түүний доторх молекулын тоо. Авогадрогийн дугаар

8-р ангийн химийн хичээлээс химийн урвалд оролцож буй бодисын хэмжээг хэмжихийн тулд тусгай нэгж болох мэнгэ сонгосон гэдгийг бид мэднэ. Нэг моль бодисыг хэмжихийн тулд түүний харьцангуй молекулын масстай тэнцэх хэмжээний граммыг авах шаардлагатай.

Жишээлбэл, 1 моль ус (H 2 O) нь 18 грамм (1 + 1 + 16 = 18), нэг моль хүчилтөрөгч (O 2) 32 грамм, төмөр (Fe) нь 56 грамм байна. Гэхдээ бидний хувьд хамгийн чухал зүйл бол аливаа бодисын 1 моль үргэлж байдаг агуулсан ижил тооны молекулууд .

Мэнгэ нь 6-г агуулсан бодисын хэмжээг хэлнэ ´ Энэ бодисын 10 23 молекул.

Италийн эрдэмтэн А.Авогадрогийн хүндэтгэлд энэ тоо ( Н) гэж нэрлэдэг Авогадрогийн тогтмолэсвэл Авогадрогийн дугаар .

Томьёогоос үүнээс үүдэн хэрэв бол q=F, Тэр . Энэ нь 96,400 кулонтой тэнцэх цэнэг электролитоор дамжин өнгөрөхөд ямар ч грамм бодис ялгарна гэсэн үг юм. Өөрөөр хэлбэл, нэг моль нэг валент бодисыг ялгаруулахын тулд электролитээр цэнэг урсах ёстой q=Fунжлагатай. Гэхдээ аливаа моль бодис ижил тооны молекул агуулдаг гэдгийг бид мэднэ. N=6x10 23. Энэ нь нэг валент бодисын нэг ионы цэнэгийг тооцоолох боломжийг олгодог - энгийн цахилгаан цэнэг - нэг (!) электроны цэнэгийг:

Электролизийн хэрэглээ

Цэвэр металлыг олж авах электролитийн арга (цэвэршүүлэх, цэвэршүүлэх). Анодын татан буулгах дагалддаг электролиз

Сайн жишээ бол зэсийг электролитийн аргаар цэвэршүүлэх (цэвэршүүлэх) юм. Хүдрээс шууд гаргаж авсан зэсийг хавтан болгон цутгаж CuSO 4 уусмалд анод болгон байрлуулна. Банны электродууд дээрх хүчдэлийг (0.20-0.25 В) сонгосноор катод дээр зөвхөн металл зэс ялгарч байгааг баталгаажуулах боломжтой. Энэ тохиолдолд гадны хольц нь уусмалд ордог (катод дээр ялгарахгүйгээр) эсвэл тунадас хэлбэрээр ("анодын лаг") ванны ёроолд унадаг. Анодын бодисын катионууд нь SO 4 2- анионтой нийлдэг бөгөөд энэ хүчдэлд катод дээр зөвхөн металл зэс ялгардаг. Анод нь "уусч" байх шиг байна. Энэхүү цэвэршүүлэх нь 99.99% ("дөрвөн есөн") цэвэр ариун байдалд хүрэх боломжийг бидэнд олгодог. Үнэт металлыг (алт Au, мөнгө Ag) мөн адил цэвэршүүлдэг (цэвэршүүлдэг).

Одоогийн байдлаар бүх хөнгөн цагаан (Al) нь электролитийн аргаар (бокситын хайлмалаас) олборлодог.

Цахилгаанаар бүрэх

Цахилгаанаар бүрэх – металл болон металл бус бүтээгдэхүүний давсны уусмалаар шууд цахилгаан гүйдэл дамжих үед тэдгээрийн гадаргуу дээр металл бүрэх үйл явцыг авч үздэг хэрэглээний цахилгаан химийн салбар. Цахилгаан бүрэх технологи нь хуваагдана цахилгаанаар бүрэх Тэгээд гальванопластик .

Металл объектыг өөр металлын давхаргаар бүрэхийн тулд электролизийг ашиглаж болно. Энэ процессыг нэрлэдэг цахилгаанаар бүрэх. Техникийн онцгой ач холбогдолтой зүйл бол исэлдэхэд хэцүү металлаар бүрэх, ялангуяа никель, хром бүрэх, түүнчлэн металлыг зэврэлтээс хамгаалахад ихэвчлэн ашиглагддаг мөнгө, алтаар бүрэх явдал юм. Хүссэн бүрээсийг авахын тулд объектыг сайтар цэвэрлэж, тосыг сайтар цэвэрлэж, бүрэхийг хүсч буй металлын давс агуулсан электролитийн ваннд катод хэлбэрээр байрлуулна. Илүү жигд бүрэхийн тулд хоёр хавтанг анод болгон ашиглаж, тэдгээрийн хооронд объектыг байрлуулах нь ашигтай байдаг.

Түүнчлэн, электролизийн тусламжтайгаар та объектуудыг нэг эсвэл өөр металлын давхаргаар бүрэхээс гадна тэдгээрийн тусламжийн металл хуулбарыг (жишээлбэл, зоос, медаль) хийж болно. Энэ үйл явцыг 19-р зууны дөчөөд онд Оросын физикч, цахилгааны инженер, Оросын ШУА-ийн гишүүн Борис Семенович Якоби (1801-1874) зохион бүтээсэн бөгөөд үүнийг нэрлэжээ. цахилгаанаар бүрэх . Объектыг хөнгөвчлөх хуулбар хийхийн тулд эхлээд лав гэх мэт хуванцар материалаар цутгамал хийдэг. Энэхүү цутгамалыг бал чулуугаар үрж, электролитийн ваннд катод болгон дүрж, дээр нь металлын давхарга тогтдог. Үүнийг хэвлэмэл хэлбэрээр үйлдвэрлэхэд хэвлэхэд ашигладаг.

Дээр дурдсан зүйлсээс гадна электролиз нь бусад салбарт хэрэглэгдэж байна.

Металл дээр оксидын хамгаалалтын хальс авах (аноджуулах);

Металл бүтээгдэхүүний гадаргуугийн цахилгаан химийн боловсруулалт (өнгөлөх);

Металлын цахилгаан химийн будалт (жишээлбэл, зэс, гууль, цайр, хром гэх мэт);

Ус цэвэршүүлэх нь түүнээс уусдаг хольцыг зайлуулах явдал юм. Үр дүн нь зөөлөн ус гэж нэрлэгддэг (түүний шинж чанар нь нэрмэл устай төстэй);

Зүсэх хэрэгслийг цахилгаан химийн аргаар хурцлах (жишээлбэл, мэс заслын хутга, сахлын хутга гэх мэт).

Ашигласан уран зохиолын жагсаалт:

1. Гуревич A. E. “Физик. Цахилгаан соронзон үзэгдлүүд. 8-р анги" Москва, "Дрофа" хэвлэлийн газар. 1999 он

2. Габриелян О.С.“Хими. 8-р анги" Москва, "Дрофа" хэвлэлийн газар. 1997 он

3. “Академик Г.С.Ландсбергийн найруулсан физикийн анхан шатны сурах бичиг - II боть - цахилгаан ба соронзон.” Москва, "Шинжлэх ухаан" 1972 он.

4. Эрик М.Рожерс. "Сонирхолтой оюун ухаанд зориулсан физик (физик шинжлэх ухааны арга, мөн чанар, гүн ухаан)". "Принстоны их сургуулийн хэвлэл" 1966. III боть - цахилгаан ба соронзон. Орчуулга Москва, "Мир" 1971 он.

5. А.Н.Ремизов “Анагаахын дээд сургуульд физик, электроник, кибернетикийн курс”. Москва, "Дээд сургууль" 1982 он.

Шингэн нь бусад бодисын нэгэн адил дамжуулагч, хагас дамжуулагч, диэлектрик байж болно. Жишээлбэл, нэрмэл ус нь диэлектрик, электролитийн уусмал ба хайлмал нь дамжуулагч болно. Хагас дамжуулагч нь жишээлбэл, хайлсан селен эсвэл сульфидын хайлмал байх болно.

Ионы дамжуулалт

Электролитийн диссоциаци нь туйлын усны молекулуудын цахилгаан талбайн нөлөөн дор электролитийн молекулуудыг ион болгон задлах үйл явц юм. Диссоциацийн зэрэг нь ууссан бодис дахь ион болон хуваагдсан молекулуудын эзлэх хувь юм.

Диссоциацийн зэрэг нь янз бүрийн хүчин зүйлээс хамаарна: температур, уусмалын концентраци, уусгагчийн шинж чанар. Температур нэмэгдэхийн хэрээр диссоциацийн зэрэг нэмэгдэнэ.

Молекулууд ион болгон хуваагдсаны дараа тэд санамсаргүй байдлаар хөдөлдөг. Энэ тохиолдолд өөр өөр шинж тэмдгийн хоёр ион дахин нэгдэж, өөрөөр хэлбэл тэд дахин төвийг сахисан молекулуудад нэгтгэж болно. Уусмал дахь гадны өөрчлөлт байхгүй тохиолдолд динамик тэнцвэрийг бий болгох хэрэгтэй. Үүний тусламжтайгаар нэгж хугацаанд ион болон хуваагдсан молекулуудын тоо дахин нэгдэх молекулуудын тоотой тэнцүү байх болно.

Усан уусмал ба электролитийн хайлмал дахь цэнэглэгч нь ионууд байх болно. Хэрэв уусмал эсвэл хайлмал бүхий савыг хэлхээнд холбосон бол эерэг цэнэгтэй ионууд катод руу, сөрөг нь анод руу шилжиж эхэлнэ. Энэ хөдөлгөөний үр дүнд цахилгаан гүйдэл үүснэ. Энэ төрлийн дамжуулалтыг ионы дамжуулалт гэж нэрлэдэг.

Шингэн дэх ионы дамжуулалтаас гадна электрон дамжуулалттай байж болно. Энэ төрлийн цахилгаан дамжуулах чанар нь жишээлбэл, шингэн металлын шинж чанартай байдаг. Дээр дурдсанчлан ионы дамжуулалтаар гүйдэл дамжих нь бодисыг шилжүүлэхтэй холбоотой байдаг.

Электролиз

Электролитийн нэг хэсэг болох бодисууд электродууд дээр тогтдог. Энэ процессыг электролиз гэж нэрлэдэг. Электролиз нь исэлдэлтийн урвалтай холбоотой электрод дахь бодисыг ялгаруулах үйл явц юм.

Электролиз нь физик, технологид өргөн хэрэглэгддэг. Электролизийн тусламжтайгаар нэг металлын гадаргууг өөр металлын нимгэн давхаргаар бүрсэн байна. Жишээлбэл, хром бүрэх, никель бүрэх.

Электролиз ашиглан та тусламжийн гадаргуугаас хуулбарыг авч болно. Үүнийг хийхийн тулд электродын гадаргуу дээр тогтсон металлын давхаргыг амархан арилгах шаардлагатай. Үүнд хүрэхийн тулд графитыг заримдаа гадаргуу дээр түрхдэг.

Ийм амархан гууждаг бүрээсийг олж авах үйл явцыг цахилгаанаар бүрэх гэж нэрлэдэг. Энэ аргыг Оросын эрдэмтэн Борис Якоби Санкт-Петербург дахь Гэгээн Исаакийн сүмд зориулж хөндий дүрс хийхдээ боловсруулсан.