Prąd elektryczny w cieczach. Ruch ładunków, anionów i kationów. Prąd elektryczny w cieczach - teoria, elektroliza Mechanizm przepływu prądu w cieczach

« Fizyka – klasa 10”

Jakie są nośniki prądu elektrycznego w próżni?
Jaka jest natura ich ruchu?

Ciecze, podobnie jak ciała stałe, mogą być dielektrykami, przewodnikami i półprzewodnikami. Do dielektryków zalicza się wodę destylowaną, przewodnikami są roztwory i stopione elektrolity: kwasy, zasady i sole. Ciekłe półprzewodniki to stopiony selen, stopione siarczki itp.

Dysocjacja elektrolityczna.

Kiedy elektrolity rozpuszczają się pod wpływem pola elektrycznego cząsteczek wody polarnej, cząsteczki elektrolitu rozpadają się na jony.

Nazywa się rozkład cząsteczek na jony pod wpływem pola elektrycznego cząsteczek wody polarnej dysocjacja elektrolityczna.

Stopień dysocjacji- proporcja cząsteczek rozpuszczonej substancji, które rozpadły się na jony.

Stopień dysocjacji zależy od temperatury, stężenia roztworu i właściwości elektrycznych rozpuszczalnika.

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta stopień dysocjacji, a w konsekwencji wzrasta stężenie jonów naładowanych dodatnio i ujemnie.

Kiedy jony o różnych znakach spotykają się, mogą ponownie połączyć się w neutralne cząsteczki.

W stałych warunkach w roztworze ustala się równowaga dynamiczna, w której liczba cząsteczek rozpadających się na jony w ciągu sekundy jest równa liczbie par jonów, które jednocześnie łączą się w cząsteczki obojętne.

Przewodność jonowa.

Nośnikami ładunku w roztworach wodnych lub stopionych elektrolitach są jony naładowane dodatnio i ujemnie.

Jeśli naczynie z roztworem elektrolitu zostanie podłączone do obwodu elektrycznego, wówczas jony ujemne zaczną przemieszczać się do elektrody dodatniej - anody, a jony dodatnie - do ujemnej - katody. W rezultacie przez obwód będzie przepływał prąd elektryczny.

Nazywa się przewodnictwo wodnych roztworów lub stopionych elektrolitów, które jest przewodzone przez jony przewodność jonowa.

Elektroliza. W przewodnictwie jonowym przepływ prądu wiąże się z przenoszeniem materii. Na elektrodach uwalniane są substancje tworzące elektrolity. Na anodzie jony naładowane ujemnie oddają dodatkowe elektrony (w chemii nazywa się to reakcją utleniania), a na katodzie jony dodatnie otrzymują brakujące elektrony (reakcja redukcji).

Ciecze mogą również wykazywać przewodność elektronową. Na przykład ciekłe metale mają taką przewodność.

Nazywa się proces uwalniania substancji na elektrodzie związany z reakcjami redoks elektroliza.

Od czego zależy masa substancji uwolnionej w określonym czasie? Jest oczywiste, że masa m uwolnionej substancji jest równa iloczynowi masy m 0i jednego jonu przez liczbę N i jonów, które dotarły do elektrody w czasie Δt:

m = m 0i N ja . (16,3)

Masa jonu m 0i jest równa:

gdzie M jest masą molową (lub atomową) substancji, a N A jest stałą Avogadro, tj. liczbą jonów w jednym molu.

Liczba jonów docierających do elektrody jest równa

gdzie Δq = IΔt jest ładunkiem przechodzącym przez elektrolit w czasie Δt; q 0i to ładunek jonu, który jest określony przez wartościowość n atomu: q 0i = ne (e to ładunek elementarny). Podczas dysocjacji cząsteczek np. KBr, składających się z atomów jednowartościowych (n=1), pojawiają się jony K+ i Br –. Dysocjacja cząsteczek siarczanu miedzi prowadzi do pojawienia się podwójnie naładowanych jonów Cu 2+ i SO 2- 4 (n = 2). Podstawiając wyrażenia (16.4) i (16.5) do wzoru (16.3) i biorąc pod uwagę, że Δq = IΔt, a q 0i = ne, otrzymujemy

Prawo Faradaya.

Oznaczmy przez k współczynnik proporcjonalności pomiędzy masą m substancji a ładunkiem Δq = IΔt przechodzącym przez elektrolit:

gdzie F = eN A = 9,65 10 4 C/mol - Stała Faradaya.

Współczynnik k zależy od charakteru substancji (wartości M i n). Zgodnie ze wzorem (16.6) mamy

m = kIΔt. (16,8)

Prawo elektrolizy Faradaya:

Masa substancji uwolnionej na elektrodzie w czasie Δt. przepływ prądu elektrycznego jest proporcjonalny do natężenia prądu i czasu.

To stwierdzenie, otrzymane teoretycznie, zostało po raz pierwszy ustalone eksperymentalnie przez Faradaya.

Nazywa się wielkość k we wzorze (16.8). odpowiednik elektrochemiczny tej substancji i wyraża się w kilogramów na wisiorek(kg/Cl).

Ze wzoru (16.8) wynika, że współczynnik k jest liczbowo równy masie substancji uwolnionej na elektrodach, gdy jony przenoszą ładunek równy 1 C.

Odpowiednik elektrochemiczny ma proste znaczenie fizyczne. Ponieważ M/N A = m 0i oraz еn = q 0i, to zgodnie ze wzorem (16.7) k = rn 0i /q 0i, czyli k jest stosunkiem masy jonu do jego ładunku.

Mierząc wartości m i Δq, można określić elektrochemiczne odpowiedniki różnych substancji.

Możesz sprawdzić ważność prawa Faradaya eksperymentalnie. Zmontujmy instalację pokazaną na rysunku (16.25). Wszystkie trzy wanny elektrolityczne wypełnione są tym samym roztworem elektrolitu, lecz przepływające przez nie prądy są różne. Oznaczmy aktualne siły przez I1, I2, I3. Wtedy Ja 1 = Ja 2 + Ja 3. Mierząc masy m 1 , m 2 , m 3 substancji uwolnionych na elektrodach w różnych kąpielach, można sprawdzić, czy są one proporcjonalne do odpowiednich natężeń prądu I 1 , I 2 , I 3 .

Wyznaczanie ładunku elektronu.

Wzór (16.6) na masę substancji uwolnionej na elektrodzie można wykorzystać do określenia ładunku elektronu. Z tego wzoru wynika, że moduł ładunku elektronu jest równy:

Znając masę m uwolnionej substancji podczas przejścia ładunku IΔt, masę molową M, wartościowość n atomów i stałą Avogadro N A, możemy znaleźć wartość modułu ładunku elektronu. Okazuje się, że jest równe e = 1,6 · 10 -19 C.

W ten sposób w 1874 roku po raz pierwszy uzyskano wartość elementarnego ładunku elektrycznego.

Zastosowanie elektrolizy. Elektroliza jest szeroko stosowana w technologii do różnych celów. Elektrolitycznie pokryj powierzchnię jednego metalu cienką warstwą drugiego ( niklowanie, chromowanie, złocenie i tak dalej.). Ta trwała powłoka chroni powierzchnię przed korozją. Jeśli zapewnisz dobre oderwanie powłoki elektrolitycznej od powierzchni, na której osadzony jest metal (uzyskuje się to np. poprzez nałożenie na powierzchnię grafitu), wówczas możesz uzyskać kopię z powierzchni reliefowej.

Proces otrzymywania powłok zdzieralnych - elektrotyp- opracował rosyjski naukowiec B. S. Jacobi (1801-1874), który w 1836 roku zastosował tę metodę do wykonania pustych figur dla katedry św. Izaaka w Petersburgu.

Wcześniej w przemyśle poligraficznym kopie powierzchni reliefowej (stereotypy) otrzymywano z matryc (rodzaj odcisku na materiale z tworzywa sztucznego), dla których na matrycach osadzano grubą warstwę żelaza lub innej substancji. Umożliwiło to odtworzenie zestawu w wymaganej liczbie egzemplarzy.

Za pomocą elektrolizy metale oczyszcza się z zanieczyszczeń. W ten sposób otrzymaną z rudy surową miedź odlewa się w postaci grubych arkuszy, które następnie umieszcza się w kąpieli jako anody. Podczas elektrolizy miedź anody rozpuszcza się, zanieczyszczenia zawierające cenne i rzadkie metale opadają na dno, a na katodzie osadza się czysta miedź.

Za pomocą elektrolizy aluminium otrzymuje się ze stopionego boksytu. To właśnie ta metoda produkcji aluminium sprawiła, że było ono tanie i wraz z żelazem najpopularniejsze w technologii i życiu codziennym.

Za pomocą elektrolizy uzyskuje się płytki elektroniczne, które służą jako podstawa wszystkich produktów elektronicznych. Na dielektryk przykleja się cienką miedzianą płytkę, na którą specjalną farbą malowany jest złożony wzór przewodów łączących. Następnie płytkę umieszcza się w elektrolicie, gdzie trawione są obszary warstwy miedzi, które nie są pokryte farbą. Następnie farba zostaje zmyta, a na planszy pojawiają się szczegóły mikroukładu.

Absolutnie każdy wie, że ciecze dobrze przewodzą energię elektryczną. Powszechnie wiadomo również, że wszystkie przewodniki według rodzaju dzielą się na kilka podgrup. W naszym artykule proponujemy rozważyć, w jaki sposób prąd elektryczny przepływa w cieczach, metalach i innych półprzewodnikach, a także prawa elektrolizy i jej rodzaje.

Teoria elektrolizy

Aby ułatwić zrozumienie, o czym mówimy, proponujemy zacząć od teorii; elektryczność, jeśli uznamy ładunek elektryczny za rodzaj cieczy, jest znana od ponad 200 lat. Ładunki składają się z pojedynczych elektronów, ale są one tak małe, że każdy duży ładunek zachowuje się jak ciągły przepływ cieczy.

Podobnie jak ciała stałe, przewodniki cieczy mogą być trzech typów:

półprzewodniki (selen, siarczki i inne);
dielektryki (roztwory alkaliczne, sole i kwasy);
przewodniki (powiedzmy w plazmie).

Proces, w którym elektrolity rozpuszczają się, a jony rozpadają się pod wpływem elektrycznego pola molowego, nazywa się dysocjacją. Z kolei proporcja cząsteczek, które rozpadły się na jony lub rozłożone jony w substancji rozpuszczonej, zależy całkowicie od właściwości fizycznych i temperatury różnych przewodników i stopów. Należy pamiętać, że jony mogą się rekombinować lub wracać do siebie. Jeśli warunki się nie zmienią, liczba jonów rozpadających się i połączonych będzie jednakowo proporcjonalna.

Jony przewodzą energię w elektrolitach, ponieważ mogą to być cząstki naładowane zarówno dodatnio, jak i ujemnie. Kiedy ciecz (a dokładniej naczynie z cieczą zostanie podłączone do źródła zasilania) cząstki zaczną przemieszczać się w stronę przeciwnych ładunków (jony dodatnie zaczną przyciągać się do katod, a jony ujemne do anod). W tym przypadku energia jest transportowana bezpośrednio przez jony, dlatego przewodność tego typu nazywa się jonową.

Podczas tego rodzaju przewodzenia prąd przenoszony jest przez jony, a na elektrodach uwalniane są substancje wchodzące w skład elektrolitów. Jeśli myślimy z chemicznego punktu widzenia, następuje utlenianie i redukcja. Zatem prąd elektryczny w gazach i cieczach transportowany jest za pomocą elektrolizy.

Prawa fizyki i prąd w cieczach

Energia elektryczna w naszych domach i sprzęcie z reguły nie jest przesyłana metalowymi drutami. W metalu elektrony mogą przemieszczać się z atomu na atom, przenosząc w ten sposób ładunek ujemny.

Jako ciecze są przenoszone w postaci napięcia elektrycznego, zwanego napięciem, w jednostkach woltów, nazwanych na cześć włoskiego naukowca Alessandro Volty.

Wideo: Prąd elektryczny w cieczach: pełna teoria

Ponadto prąd elektryczny przepływa od wysokiego napięcia do niskiego napięcia i jest mierzony w jednostkach zwanych amperami, nazwanymi na cześć Andre-Marie Ampere. I zgodnie z teorią i wzorem, jeśli zwiększysz napięcie, wówczas jego siła również wzrośnie proporcjonalnie. Zależność ta znana jest jako prawo Ohma. Poniżej znajduje się przykładowa charakterystyka wirtualnego ampera.

Rysunek: prąd w funkcji napięcia

Prawo Ohma (z dodatkowymi szczegółami dotyczącymi długości i grubości drutu) jest zazwyczaj jedną z pierwszych rzeczy nauczanych na lekcjach fizyki, dlatego wielu uczniów i nauczycieli traktuje prąd elektryczny w gazach i cieczach jako podstawowe prawo fizyki.

Aby na własne oczy zobaczyć ruch ładunków należy przygotować kolbę ze słoną wodą, płaskie elektrody prostokątne i źródła prądu, potrzebna będzie także instalacja amperomierza, za pomocą którego energia będzie przewodzona z prądu zasilanie elektrod.

Wzór: prąd i sól

Płytki pełniące rolę przewodników należy zanurzyć w cieczy i włączyć napięcie. Następnie rozpocznie się chaotyczny ruch cząstek, ale podobnie jak po pojawieniu się pola magnetycznego pomiędzy przewodnikami, proces ten zostanie uporządkowany.

Gdy tylko jony zaczną wymieniać ładunki i łączyć się, anody staną się katodami, a katody staną się anodami. Ale tutaj należy wziąć pod uwagę opór elektryczny. Oczywiście krzywa teoretyczna odgrywa ważną rolę, ale główny wpływ ma temperatura i poziom dysocjacji (w zależności od tego, które nośniki zostaną wybrane) oraz to, czy zostanie wybrany prąd przemienny, czy stały. Kończąc to badanie eksperymentalne, można zauważyć, że na ciałach stałych (metalowych płytach) utworzyła się cienka warstwa soli.

Elektroliza i próżnia

Prąd elektryczny w próżni i cieczach to dość złożone zagadnienie. Faktem jest, że w takich mediach w ciałach nie ma zupełnie ładunków, co oznacza, że \u200b\u200bjest to dielektryk. Innymi słowy, naszym celem jest stworzenie warunków, aby atom elektronu mógł rozpocząć swój ruch.

Aby to zrobić, musisz użyć urządzenia modułowego, przewodników i metalowych płytek, a następnie postępować zgodnie z powyższą metodą.

Przewodniki i próżnia

Charakterystyka prądu w próżni

Zastosowania elektrolizy

Proces ten ma zastosowanie w niemal wszystkich obszarach życia. Nawet najbardziej podstawowa praca wymaga czasami interwencji prądu elektrycznego w cieczach, np.

Dzięki temu prostemu procesowi ciała stałe pokrywa się cienką warstwą dowolnego metalu, na przykład niklu lub chromu. Jest to jeden z możliwych sposobów zwalczania procesów korozyjnych. Podobne technologie stosowane są przy produkcji transformatorów, liczników i innych urządzeń elektrycznych.

Mamy nadzieję, że nasze uzasadnienie odpowiedziało na wszystkie pytania, które pojawiają się podczas badania zjawiska prądu elektrycznego w cieczach. Jeśli potrzebujesz lepszych odpowiedzi, polecamy odwiedzić forum elektryków, gdzie chętnie doradzą Ci za darmo.

Ciecze są bardzo zróżnicowane pod względem właściwości elektrycznych. Stopione metale, podobnie jak metale w stanie stałym, mają wysoką przewodność elektryczną związaną z wysokim stężeniem wolnych elektronów.

Wiele cieczy, takich jak czysta woda, alkohol, nafta, jest dobrymi dielektrykami, ponieważ ich cząsteczki są elektrycznie obojętne i nie ma w nich wolnych nośników ładunku.

Elektrolity. Szczególną klasę cieczy stanowią tzw. elektrolity, do których zaliczają się wodne roztwory kwasów nieorganicznych, soli i zasad, stopione kryształy jonowe itp. Elektrolity charakteryzują się obecnością dużych stężeń jonów, co umożliwia prąd do przejścia. Jony te powstają podczas topnienia i rozpuszczania, gdy pod wpływem pól elektrycznych cząsteczek rozpuszczalnika cząsteczki substancji rozpuszczonej rozkładają się na oddzielne jony naładowane dodatnio i ujemnie. Proces ten nazywa się dysocjacją elektrolityczną.

Dysocjacja elektrolityczna. Stopień dysocjacji a danej substancji, czyli odsetek cząsteczek substancji rozpuszczonej, które rozpadły się na jony, zależy od temperatury, stężenia roztworu i stałej dielektrycznej rozpuszczalnika. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta stopień dysocjacji. Jony o przeciwnych znakach mogą się rekombinować, łącząc się ponownie w obojętne cząsteczki. W stałych warunkach zewnętrznych w roztworze ustala się równowaga dynamiczna, w której procesy rekombinacji i dysocjacji kompensują się.

Jakościowo zależność stopnia dysocjacji a od stężenia rozpuszczonej substancji można ustalić za pomocą następujących prostych argumentów. Jeśli w objętości jednostkowej znajdują się cząsteczki rozpuszczonej substancji, to część z nich ulega dysocjacji, a reszta nie. Liczba elementarnych aktów dysocjacji na jednostkę objętości roztworu jest proporcjonalna do liczby nierozszczepionych cząsteczek, a zatem jest równa, gdzie A jest współczynnikiem zależnym od charakteru elektrolitu i temperatury. Liczba zdarzeń rekombinacji jest proporcjonalna do liczby zderzeń różnych jonów, tj. proporcjonalna do liczby zarówno tych, jak i innych jonów. Dlatego jest równy gdzie B jest współczynnikiem, który jest stały dla danej substancji w określonej temperaturze.

W stanie równowagi dynamicznej

Stosunek nie zależy od stężenia.Można zauważyć, że im niższe stężenie roztworu, tym jest ono bliższe jedności: w bardzo rozcieńczonych roztworach prawie wszystkie cząsteczki substancji rozpuszczonej ulegają dysocjacji.

Im wyższa stała dielektryczna rozpuszczalnika, tym bardziej wiązania jonowe w cząsteczkach substancji rozpuszczonej są osłabione, a zatem większy stopień dysocjacji. Zatem kwas solny po rozpuszczeniu w wodzie wytwarza elektrolit o wysokiej przewodności elektrycznej, podczas gdy jego roztwór w eterze etylowym bardzo słabo przewodzi prąd.

Niezwykłe elektrolity. Istnieją również bardzo nietypowe elektrolity. Na przykład elektrolitem jest szkło, które jest silnie przechłodzoną cieczą o ogromnej lepkości. Po podgrzaniu szkło mięknie, a jego lepkość znacznie maleje. Jony sodu obecne w szkle stają się zauważalnie ruchliwe i przepływ prądu elektrycznego staje się możliwy, chociaż w zwykłych temperaturach szkło jest dobrym izolatorem.

Ryż. 106. Wykazanie przewodności elektrycznej szkła po podgrzaniu

Wyraźną demonstrację tego można zobaczyć w doświadczeniu, którego schemat pokazano na ryc. 106. Szklany pręt jest podłączony do sieci oświetleniowej za pomocą reostatu.Gdy pręt jest zimny, prąd w obwodzie jest pomijalny ze względu na duży opór szkła. Jeśli kij zostanie podgrzany palnikiem gazowym do temperatury 300-400°C, wówczas jego rezystancja spadnie do kilkudziesięciu omów, a żarnik żarówki L nagrzeje się. Teraz możesz zewrzeć żarówkę klawiszem K. W takim przypadku rezystancja obwodu zmniejszy się, a prąd wzrośnie. W takich warunkach kij będzie skutecznie nagrzewany prądem elektrycznym i będzie świecił aż do jasnego zaświecenia, nawet po wyjęciu palnika.

Przewodność jonowa. Przepływ prądu elektrycznego w elektrolicie opisuje prawo Ohma

Prąd elektryczny w elektrolicie występuje przy dowolnie niskim przyłożonym napięciu.

Nośnikami ładunku w elektrolicie są jony naładowane dodatnio i ujemnie. Mechanizm przewodnictwa elektrycznego elektrolitów jest pod wieloma względami podobny do opisanego powyżej mechanizmu przewodnictwa elektrycznego gazów. Główne różnice wynikają z faktu, że w gazach opór ruchu nośników ładunku wynika głównie z ich zderzeń z atomami obojętnymi. W elektrolitach ruchliwość jonów wynika z tarcia wewnętrznego – lepkości – podczas ich przemieszczania się w rozpuszczalniku.

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przewodność elektrolitów, w przeciwieństwie do metali. Dzieje się tak dlatego, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta stopień dysocjacji i maleje lepkość.

W przeciwieństwie do przewodnictwa elektronowego, charakterystycznego dla metali i półprzewodników, gdzie przepływowi prądu elektrycznego nie towarzyszy żadna zmiana składu chemicznego substancji, przewodnictwo jonowe wiąże się z przenoszeniem substancji

oraz uwalnianie substancji zawartych w elektrolitach na elektrodach. Proces ten nazywa się elektrolizą.

Elektroliza. Kiedy na elektrodzie uwalniana jest substancja, stężenie odpowiednich jonów w obszarze elektrolitu sąsiadującym z elektrodą maleje. Zatem równowaga dynamiczna między dysocjacją a rekombinacją zostaje tutaj zakłócona: to tutaj następuje rozkład substancji w wyniku elektrolizy.

Elektrolizę po raz pierwszy zaobserwowano podczas rozkładu wody pod wpływem prądu z kolumny galwanicznej. Kilka lat później słynny chemik G. Davy odkrył sód, izolując go poprzez elektrolizę z sody kaustycznej. Ilościowe prawa elektrolizy zostały ustalone eksperymentalnie przez M. Faradaya i można je łatwo uzasadnić na podstawie mechanizmu zjawiska elektrolizy.

Prawa Faradaya. Każdy jon ma ładunek elektryczny będący wielokrotnością ładunku elementarnego e. Innymi słowy, ładunek jonu jest równy , gdzie jest liczbą całkowitą równą wartościowości odpowiedniego pierwiastka chemicznego lub związku. Załóżmy, że gdy prąd przepływa przez elektrodę, uwalniane są jony. Ich ładunek w wartości bezwzględnej jest równy jonom dodatnim docierającym do katody, a ich ładunek jest neutralizowany przez elektrony płynące do katody przez przewody ze źródła prądu. Jony ujemne zbliżają się do anody i taka sama liczba elektronów przechodzi przez przewody do źródła prądu. W tym przypadku ładunek przechodzi przez zamknięty obwód elektryczny

Oznaczmy masą substancji uwolnionej na jednej z elektrod oraz masą jonu (atomu lub cząsteczki). Jest zatem oczywiste, że mnożąc licznik i mianownik tego ułamka przez stałą Avogadro otrzymujemy

gdzie jest masą atomową lub molową, stałą Faradaya, określoną przez wyrażenie

Z (4) jasno wynika, że stała Faradaya oznacza „jeden mol prądu”, tj. jest to całkowity ładunek elektryczny jednego mola ładunków elementarnych:

Wzór (3) zawiera oba prawa Faradaya. Mówi, że masa substancji uwolnionej podczas elektrolizy jest proporcjonalna do ładunku przepływającego przez obwód (pierwsze prawo Faradaya):

Współczynnik nazywany jest elektrochemicznym odpowiednikiem danej substancji i wyrażany jest w

kilogramy na kulomb Ma to znaczenie odwrotności ładunku właściwego jonu.

Elektrochemiczny równoważnik k jest proporcjonalny do chemicznego równoważnika substancji (drugie prawo Faradaya).

Prawa Faradaya i ładunek elementarny. Ponieważ w czasach Faradaya koncepcja atomowej natury elektryczności nie istniała jeszcze, eksperymentalne odkrycie praw elektrolizy nie było sprawą trywialną. Wręcz przeciwnie, to prawa Faradaya zasadniczo posłużyły za pierwszy eksperymentalny dowód słuszności tych idei.

Eksperymentalny pomiar stałej Faradaya umożliwił po raz pierwszy numeryczne oszacowanie wartości ładunku elementarnego na długo przed bezpośrednimi pomiarami elementarnego ładunku elektrycznego w eksperymentach Millikana z kroplami oleju. Godne uwagi jest to, że idea atomowej budowy elektryczności znalazła jednoznaczne potwierdzenie eksperymentalne w eksperymentach elektrolizy przeprowadzonych w latach 30. XIX wieku, kiedy nawet idea atomowej budowy materii nie była jeszcze podzielana przez wszystkich naukowcy. W słynnym przemówieniu wygłoszonym przed Towarzystwem Królewskim i poświęconym pamięci Faradaya Helmholtz tak skomentował tę okoliczność:

„Jeśli uznamy istnienie atomów pierwiastków chemicznych, to nie możemy uniknąć dalszego wniosku, że elektryczność, zarówno dodatnia, jak i ujemna, dzieli się na pewne wielkości elementarne, które zachowują się jak atomy elektryczności”.

Chemiczne źródła prądu. Jeśli metal taki jak cynk zostanie zanurzony w wodzie, wówczas pewna ilość dodatnich jonów cynku pod wpływem polarnych cząsteczek wody zacznie przemieszczać się z powierzchniowej warstwy sieci krystalicznej metalu do wody. W rezultacie cynk będzie naładowany ujemnie, a woda dodatnio. Na styku metalu i wody tworzy się cienka warstwa zwana podwójną warstwą elektryczną; panuje w nim silne pole elektryczne, którego natężenie jest kierowane od wody do metalu. Pole to uniemożliwia dalsze przejście jonów cynku do wody, w efekcie powstaje równowaga dynamiczna, w której średnia liczba jonów wchodzących z metalu do wody jest równa liczbie jonów powracających z wody do metalu.

Równowaga dynamiczna zostanie również ustalona, jeśli metal zostanie zanurzony w wodnym roztworze soli tego samego metalu, na przykład cynku w roztworze siarczanu cynku. W roztworze sól dysocjuje na jony, powstałe jony cynku nie różnią się od jonów cynku, które dostały się do roztworu z elektrody. Wzrost stężenia jonów cynku w elektrolicie ułatwia przejście tych jonów z roztworu do metalu i utrudnia

przejście z metalu do roztworu. Dlatego w roztworze siarczanu cynku zanurzona elektroda cynkowa, choć naładowana ujemnie, jest słabsza niż w czystej wodzie.

Kiedy metal zanurza się w roztworze, nie zawsze staje się on naładowany ujemnie. Na przykład, jeśli elektrodę miedzianą zanurzy się w roztworze siarczanu miedzi, wówczas z roztworu na elektrodzie zaczną wytrącać się jony, ładując ją dodatnio. Natężenie pola w podwójnej warstwie elektrycznej jest w tym przypadku kierowane z miedzi do roztworu.

Tak więc, gdy metal zanurzy się w wodzie lub roztworze wodnym zawierającym jony tego samego metalu, powstaje między nimi różnica potencjałów na styku metalu i roztworu. Znak i wielkość tej różnicy potencjałów zależy od rodzaju metalu (miedź, cynk itp.), od stężenia jonów w roztworze i jest prawie niezależny od temperatury i ciśnienia.

Dwie elektrody z różnych metali zanurzone w elektrolicie tworzą ogniwo galwaniczne. Na przykład w ogniwie Volta elektrody cynkowe i miedziane zanurza się w wodnym roztworze kwasu siarkowego. Początkowo roztwór nie zawiera jonów cynku ani jonów miedzi. Jednak później jony te przedostają się do roztworu z elektrod i ustala się równowaga dynamiczna. Dopóki elektrody nie są połączone ze sobą drutem, potencjał elektrolitu jest we wszystkich punktach taki sam, a potencjały elektrod różnią się od potencjału elektrolitu ze względu na podwójne warstwy utworzone na ich styku z elektrodą. elektrolit. W tym przypadku potencjał elektrody cynku jest równy -0,763 V i miedzi Siła elektromotoryczna elementu Volt, składająca się z tych skoków potencjału, będzie równa

Prąd w obwodzie z elementem galwanicznym. Jeśli elektrody ogniwa galwanicznego zostaną połączone drutem, wówczas elektrony przez ten drut będą przemieszczać się z elektrody ujemnej (cynku) na elektrodę dodatnią (miedź), co zaburza równowagę dynamiczną pomiędzy elektrodami a elektrolitem, w którym się znajdują zanurzony. Jony cynku zaczną przemieszczać się z elektrody do roztworu, aby utrzymać podwójną warstwę elektryczną w tym samym stanie przy stałym skoku potencjału pomiędzy elektrodą a elektrolitem. Podobnie w przypadku elektrody miedzianej jony miedzi zaczną wychodzić z roztworu i wytrącać się na elektrodzie. W tym przypadku niedobór jonów powstaje w pobliżu elektrody ujemnej, a nadmiar takich jonów w pobliżu elektrody dodatniej. Całkowita liczba jonów w roztworze nie ulegnie zmianie.

W wyniku opisanych procesów w obwodzie zamkniętym utrzyma się prąd elektryczny, który w przewodzie łączącym powstaje w wyniku ruchu elektronów, a w elektrolicie - jonów. Kiedy przepływa prąd elektryczny, elektroda cynkowa stopniowo się rozpuszcza, a na dodatnim (miedź) osadza się miedź

elektroda. Stężenie jonów wzrasta na elektrodzie cynkowej i maleje na elektrodzie miedzianej.

Potencjał w obwodzie z elementem galwanicznym. Opisany wzór przepływu prądu elektrycznego w nierównomiernym obwodzie zamkniętym zawierającym pierwiastek chemiczny odpowiada rozkładowi potencjałów wzdłuż obwodu, pokazanemu schematycznie na ryc. 107. W obwodzie zewnętrznym, tj. w przewodzie łączącym elektrody, potencjał płynnie maleje od wartości na elektrodzie dodatniej (miedzianej) A do wartości na elektrodzie ujemnej (cynkowej) B zgodnie z prawem Ohma dla jednorodnego konduktor. W obwodzie wewnętrznym, czyli w elektrolicie pomiędzy elektrodami, potencjał stopniowo maleje od wartości w pobliżu elektrody cynkowej do wartości w pobliżu elektrody miedzianej. Jeśli w obwodzie zewnętrznym prąd płynie od elektrody miedzianej do elektrody cynkowej, to wewnątrz elektrolitu przepływa od cynku do miedzi. Potencjalne skoki w elektrycznych warstwach podwójnych powstają w wyniku działania sił zewnętrznych (w tym przypadku chemicznych). Ruch ładunków elektrycznych w warstwach podwójnych pod wpływem sił zewnętrznych następuje w kierunku przeciwnym do kierunku działania sił elektrycznych.

Ryż. 107. Rozkład potencjałów w łańcuchu zawierającym pierwiastek chemiczny

Nachylone sekcje potencjalnej zmiany na ryc. 107 odpowiada rezystancji elektrycznej zewnętrznej i wewnętrznej części obwodu zamkniętego. Całkowity spadek potencjału na tych odcinkach jest równy sumie skoków potencjału w warstwach podwójnych, czyli sile elektromotorycznej elementu.

Przepływ prądu elektrycznego w ogniwie galwanicznym komplikują produkty uboczne uwalniane na elektrodach i pojawienie się różnicy stężeń w elektrolicie. Zjawiska te nazywane są polaryzacją elektrolityczną. Na przykład w elementach Volta, gdy obwód jest zamknięty, jony dodatnie przemieszczają się do elektrody miedzianej i osadzają się na niej. W rezultacie po pewnym czasie elektroda miedziana zostaje zastąpiona elektrodą wodorową. Ponieważ potencjał elektrody wodoru jest o 0,337 V niższy niż potencjał elektrody miedzi, emf elementu zmniejsza się w przybliżeniu o tę samą wielkość. Ponadto wodór uwolniony na elektrodzie miedzianej zwiększa rezystancję wewnętrzną elementu.

Aby zmniejszyć szkodliwe działanie wodoru, stosuje się depolaryzatory - różne środki utleniające. Przykładowo w najczęściej używanym elemencie Leclanche („suche” akumulatory)

Elektrodą dodatnią jest pręt grafitowy otoczony sprężoną masą nadtlenku manganu i grafitu.

Baterie. Praktycznie ważnym rodzajem ogniw galwanicznych są akumulatory, w przypadku których po rozładowaniu możliwy jest proces odwrotnego ładowania, polegający na zamianie energii elektrycznej na energię chemiczną. Substancje zużyte podczas wytwarzania prądu elektrycznego są przywracane wewnątrz akumulatora poprzez elektrolizę.

Można zauważyć, że podczas ładowania akumulatora wzrasta stężenie kwasu siarkowego, co prowadzi do wzrostu gęstości elektrolitu.

W ten sposób podczas procesu ładowania powstaje ostra asymetria elektrod: jedna staje się ołowiem, druga nadtlenkiem ołowiu. Naładowany akumulator to ogniwo galwaniczne, które może służyć jako źródło prądu.

Kiedy do akumulatora podłączone są odbiorniki energii elektrycznej, przez obwód będzie przepływał prąd elektryczny, którego kierunek jest przeciwny do prądu ładowania. Reakcje chemiczne przebiegają w odwrotnym kierunku i akumulator powraca do stanu pierwotnego. Obie elektrody zostaną pokryte warstwą soli, a stężenie kwasu siarkowego powróci do pierwotnej wartości.

W przypadku naładowanego akumulatora pole elektromagnetyczne wynosi około 2,2 V. Podczas rozładowywania spada do 1,85 V. Dalsze rozładowywanie nie jest zalecane, ponieważ tworzenie się siarczanu ołowiu staje się nieodwracalne, a akumulator ulega pogorszeniu.

Maksymalny ładunek, jaki może dostarczyć akumulator po rozładowaniu, nazywa się jego pojemnością. Pojemność baterii zwykle

mierzona w amperogodzinach. Im większa powierzchnia płytek, tym jest ona większa.

Zastosowania elektrolizy. Elektroliza jest stosowana w metalurgii. Najczęstsza produkcja elektrolityczna aluminium i czystej miedzi. Za pomocą elektrolizy można utworzyć cienkie warstwy jednych substancji na powierzchni innych w celu uzyskania powłok dekoracyjno-ochronnych (niklowanie, chromowanie). Proces wytwarzania zdzieranych powłok (elektroplastyka) został opracowany przez rosyjskiego naukowca B. S. Jacobiego, który wykorzystał go do wykonania pustych rzeźb zdobiących katedrę św. Izaaka w Petersburgu.

Jaka jest różnica między fizycznym mechanizmem przewodnictwa elektrycznego w metalach i elektrolitach?

Wyjaśnij, dlaczego stopień dysocjacji danej substancji zależy od stałej dielektrycznej rozpuszczalnika.

Wyjaśnij, dlaczego w bardzo rozcieńczonych roztworach elektrolitów prawie wszystkie cząsteczki substancji rozpuszczonej ulegają dysocjacji.

Wyjaśnij, na czym polega podobieństwo mechanizmu przewodnictwa elektrycznego elektrolitów do mechanizmu przewodnictwa elektrycznego gazów. Dlaczego w stałych warunkach zewnętrznych prąd elektryczny jest proporcjonalny do przyłożonego napięcia?

Jaką rolę odgrywa prawo zachowania ładunku elektrycznego w wyprowadzaniu prawa elektrolizy (3)?

Wyjaśnij związek pomiędzy elektrochemicznym odpowiednikiem substancji a ładunkiem właściwym jej jonów.

Jak można doświadczalnie wyznaczyć stosunek równoważników elektrochemicznych różnych substancji, jeśli jest kilka kąpieli elektrolitycznych, a nie ma przyrządów do pomiaru prądu?

Jak można wykorzystać zjawisko elektrolizy do stworzenia licznika energii elektrycznej w sieci prądu stałego?

Dlaczego prawa Faradaya można uważać za eksperymentalny dowód twierdzeń o atomowej naturze elektryczności?

Jakie procesy zachodzą, gdy elektrody metalowe zanurza się w wodzie i elektrolicie zawierającym jony tych metali?

Opisać procesy zachodzące w elektrolicie w pobliżu elektrod ogniwa galwanicznego podczas przepływu prądu.

Dlaczego jony dodatnie wewnątrz ogniwa galwanicznego przemieszczają się z elektrody ujemnej (cynkowej) na elektrodę dodatnią (miedzianą)? Jak zachodzi rozkład potencjału w obwodzie, który powoduje taki ruch jonów?

Dlaczego stopień naładowania akumulatora kwasowego można sprawdzić za pomocą areometru, czyli urządzenia służącego do pomiaru gęstości cieczy?

Czym zasadniczo różnią się procesy zachodzące w akumulatorach od procesów zachodzących w akumulatorach „suchych”?

Jaka część energii elektrycznej zużytej w procesie ładowania akumulatora c może zostać wykorzystana podczas jego rozładowywania, jeśli podczas procesu ładowania na jego zaciskach utrzymywało się napięcie

Raport na ten temat:

Elektryczność

w płynach

(elektrolity)

Elektroliza

Prawa Faradaya

Elementarny ładunek elektryczny

Studenci 8 t klasa « B »

L Oginowa M arie A ndreevny

Moskwa 2003

Szkoła nr 91

Wstęp

Wiele w naszym życiu wiąże się z przewodnością elektryczną roztworów soli w wodzie (elektrolitach). Od pierwszego uderzenia serca („żywa” energia elektryczna w ludzkim ciele, która w 80% składa się z wody) po samochody na ulicy, odtwarzacze i telefony komórkowe (integralną częścią tych urządzeń są „baterie” - baterie elektrochemiczne i różne baterie - od kwasowo-ołowiowego w samochodach po litowo-polimerowy w najdroższych telefonach komórkowych). W ogromnych kadziach dymiących toksycznymi oparami aluminium powstaje w wyniku elektrolizy ze stopionego w wysokich temperaturach boksytu – „skrzydlatego” metalu do samolotów i puszek do Fanty. Wszystko dookoła – od chromowanej osłony chłodnicy zagranicznego samochodu po posrebrzany kolczyk w uchu – w pewnym momencie zetknęło się z roztworem lub stopionymi solami, a w konsekwencji z prądem elektrycznym w cieczach. Nie bez powodu zjawisko to bada cała nauka – elektrochemia. Ale teraz jesteśmy bardziej zainteresowani fizycznymi podstawami tego zjawiska.

Prąd elektryczny w roztworze. Elektrolity

Z lekcji fizyki w ósmej klasie wiemy, że ładunek w przewodnikach (metalach) przenoszony jest przez ujemnie naładowane elektrony.

Uporządkowany ruch naładowanych cząstek nazywany jest prądem elektrycznym.

Ale jeśli złożymy urządzenie (z elektrodami grafitowymi):

wtedy upewnimy się, że wskazówka amperomierza odchyli się - przez roztwór przepływa prąd! Jakie naładowane cząstki znajdują się w roztworze?

Już w 1877 roku szwedzki naukowiec Svante Arrhenius, badając przewodność elektryczną roztworów różnych substancji, doszedł do wniosku, że jest ona spowodowana przez jony powstające podczas rozpuszczania soli w wodzie. Po rozpuszczeniu w wodzie cząsteczka CuSO 4 rozpada się (dysocjuje) na dwa różnie naładowane jony - Cu 2+ i SO 4 2-. Uproszczone procesy można odzwierciedlić następującym wzorem:

CuSO 4 ÞCu 2+ +SO 4 2-

Roztwory soli, zasad i kwasów przewodzą prąd elektryczny.

Substancje, których roztwory przewodzą prąd elektryczny, nazywane są elektrolitami.

Roztwory cukru, alkoholu, glukozy i niektórych innych substancji nie przewodzą prądu.

Substancje, których roztwory nie przewodzą prądu elektrycznego, nazywane są nieelektrolitami.

Dysocjacja elektrolityczna

Proces rozkładu elektrolitu na jony nazywa się dysocjacją elektrolityczną.

S. Arrhenius, wyznając fizyczną teorię roztworów, nie brał pod uwagę oddziaływania elektrolitu z wodą i uważał, że w roztworach znajdują się wolne jony. Natomiast rosyjscy chemicy I.A. Kablukov i V.A. Kistyakovsky zastosowali teorię chemiczną D.I. Mendelejewa do wyjaśnienia dysocjacji elektrolitycznej i udowodnili, że podczas rozpuszczania elektrolitu następuje chemiczne oddziaływanie rozpuszczonej substancji z wodą, co prowadzi do powstania hydratów, a następnie dysocjują na jony. Uważali, że roztwory nie zawierają jonów wolnych, nie „nagich”, ale jony uwodnione, czyli „okryte płaszczem” cząsteczek wody. W związku z tym dysocjacja cząsteczek elektrolitu zachodzi w następującej kolejności:

a) orientacja cząsteczek wody wokół biegunów cząsteczki elektrolitu

b) uwodnienie cząsteczki elektrolitu

c) jego jonizacja

d) jego rozkład na uwodnione jony

Ze względu na stopień dysocjacji elektrolitów elektrolity dzielimy na mocne i słabe.

- Silne elektrolity- takie, które po rozpuszczeniu dysocjują prawie całkowicie.

Ich stopień dysocjacji zmierza do jedności.

- Słabe elektrolity- takie, które prawie nie dysocjują po rozpuszczeniu. Ich stopień dysocjacji dąży do zera.

Z tego wnioskujemy, że nośnikami ładunku elektrycznego (nośnikami prądu elektrycznego) w roztworach elektrolitów nie są elektrony, ale naładowane dodatnio i ujemnie uwodnione jony .

Zależność temperaturowa rezystancji elektrolitu

Wraz ze wzrostem temperatury proces dysocjacji jest ułatwiony, wzrasta ruchliwość jonów i spada rezystancja elektrolitu .

Katoda i anoda. Kationy i aniony

Co dzieje się z jonami pod wpływem prądu elektrycznego?

Wróćmy do naszego urządzenia:

W roztworze CuSO 4 dysocjował na jony – Cu 2+ i SO 4 2-. Dodatnio naładowany jon Cu2+ (kation) jest przyciągany przez ujemnie naładowaną elektrodę – katoda, gdzie otrzymuje brakujące elektrony i zostaje zredukowany do metalicznej miedzi – prostej substancji. Jeśli wyjmiesz katodę z urządzenia po przepuszczeniu prądu przez roztwór, łatwo zauważyć czerwono-brązową powłokę - jest to metaliczna miedź.

Pierwsze prawo Faradaya

Czy możemy dowiedzieć się, ile miedzi zostało uwolnione? Ważąc katodę przed i po eksperymencie, można dokładnie określić masę osadzonego metalu. Pomiary pokazują, że masa substancji uwolnionej na elektrodach zależy od natężenia prądu i czasu elektrolizy:

gdzie K jest współczynnikiem proporcjonalności, zwanym także odpowiednik elektrochemiczny .

W konsekwencji masa uwolnionej substancji jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu i czasu elektrolizy. Ale prąd w czasie (zgodnie ze wzorem):

jest opłata.

Więc, masa substancji uwolnionej na elektrodzie jest proporcjonalna do ładunku, czyli ilości energii elektrycznej przepływającej przez elektrolit.

M=K'q

Prawo to zostało odkryte eksperymentalnie w 1843 roku przez angielskiego naukowca Michaela Faradaya i nosi nazwę Pierwsze prawo Faradaya .

Drugie prawo Faradaya

Co to jest równoważnik elektrochemiczny i od czego zależy? Na to pytanie odpowiedział także Michael Faraday.

Na podstawie licznych eksperymentów doszedł do wniosku, że jest to wartość charakterystyczna dla każdej substancji. Na przykład podczas elektrolizy roztworu lapisu (azotan srebra AgNO 3) 1 wisiorek uwalnia 1,1180 mg srebra; dokładnie taka sama ilość srebra jest uwalniana podczas elektrolizy przy ładunku 1 wisiorka dowolnej soli srebra. Podczas elektrolizy soli innego metalu 1 wisiorek uwalnia kolejną ilość tego metalu. Zatem , Elektrochemiczny równoważnik substancji to masa tej substancji uwolniona podczas elektrolizy pod wpływem 1 kulomba prądu elektrycznego przepływającego przez roztwór . Oto jego wartości dla niektórych substancji:

Substancja	K w mg/k
Ag (srebro)
H (wodór)

Z tabeli widzimy, że elektrochemiczne odpowiedniki różnych substancji znacznie się od siebie różnią. Od jakich właściwości substancji zależy wartość jej elektrochemicznego odpowiednika? Odpowiedzi na to pytanie udziela Drugie prawo Faradaya :

Elektrochemiczne odpowiedniki różnych substancji są proporcjonalne do ich mas atomowych i odwrotnie proporcjonalne do liczb wyrażających ich wartościowość chemiczną.

n – wartościowość

A – masa atomowa

- nazywany chemicznym odpowiednikiem danej substancji

– współczynnik proporcjonalności, który jest już stałą uniwersalną, czyli ma tę samą wartość dla wszystkich substancji. Jeśli zmierzymy równoważnik elektrochemiczny w g/k, okaże się, że jest on równy 1,037'10 -5 g/k.

Łącząc pierwsze i drugie prawo Faradaya otrzymujemy:

Wzór ten ma proste znaczenie fizyczne: F jest liczbowo równy ładunkowi, jaki należy przepuścić przez dowolny elektrolit, aby uwolnić substancję na elektrodach w ilości równej jednemu równoważnikowi chemicznemu. F nazywa się liczbą Faradaya i wynosi 96400 k/g.

Kret i liczba zawartych w nim cząsteczek. Liczba Avogadro

Z zajęć z chemii w ósmej klasie wiemy, że do pomiaru ilości substancji biorących udział w reakcjach chemicznych wybrano specjalną jednostkę – kret. Aby zmierzyć jeden mol substancji, należy przyjąć jego tyle gramów, ile wynosi jego względna masa cząsteczkowa.

Na przykład 1 mol wody (H 2 O) to 18 gramów (1 + 1 + 16 = 18), mol tlenu (O 2) to 32 gramy, a mol żelaza (Fe) to 56 gramów Ale co jest dla nas szczególnie ważne, ustalono, że 1 mol dowolnej substancji to zawsze zawiera taką samą liczbę cząsteczek .

Mol to ilość substancji zawierająca 6 ´ 10 23 cząsteczek tej substancji.

Na cześć włoskiego naukowca A. Avogadro liczba ta ( N) jest nazywany Stała Avogadro Lub Liczba Avogadro .

Ze wzoru wynika z tego, że jeśli q=F, To . Oznacza to, że gdy przez elektrolit przejdzie ładunek równy 96 400 kulombów, zostaną uwolnione gramy dowolnej substancji. Innymi słowy, aby uwolnić jeden mol substancji jednowartościowej, przez elektrolit musi przepłynąć ładunek q=F wisiorki. Ale wiemy, że każdy mol substancji zawiera tę samą liczbę cząsteczek - N=6x10 23. Pozwala to obliczyć ładunek jednego jonu substancji jednowartościowej - elementarny ładunek elektryczny - ładunek jednego (!) elektronu:

Zastosowania elektrolizy

Elektrolityczna metoda otrzymywania czystych metali (rafinacja, rafinacja). Elektroliza, której towarzyszy rozpuszczenie anody

Dobrym przykładem jest elektrolityczne oczyszczanie (rafinacja) miedzi. Miedź uzyskana bezpośrednio z rudy jest odlewana w płyty i umieszczana jako anoda w roztworze CuSO 4. Wybierając napięcie na elektrodach kąpieli (0,20-0,25 V), można zapewnić, że na katodzie będzie wydzielana wyłącznie metaliczna miedź. W tym przypadku obce zanieczyszczenia albo przechodzą do roztworu (nie uwalniając się na katodzie), albo opadają na dno wanny w postaci osadu („szlam anodowy”). Kationy substancji anodowej łączą się z anionem SO 4 2- i przy tym napięciu na katodzie wydziela się tylko metaliczna miedź. Anoda wydaje się „rozpuszczać”. Oczyszczanie to pozwala nam osiągnąć czystość na poziomie 99,99% („cztery dziewiątki”). W podobny sposób oczyszcza się (rafinację) metale szlachetne (złoto Au, srebro Ag).

Obecnie całe aluminium (Al) wydobywa się elektrolitycznie (ze stopionego boksytu).

Galwanotechnika

Galwanotechnika – dziedzina elektrochemii stosowanej zajmująca się procesami nakładania powłok metalicznych na powierzchnię wyrobów metalowych i niemetalowych pod wpływem przepływu prądu stałego przez roztwory ich soli. Technologia galwanizacji dzieli się na galwanotechnika I galwanoplastyka .

Elektrolizę można zastosować do pokrycia metalowych przedmiotów warstwą innego metalu. Proces ten nazywa się galwanotechnika. Szczególne znaczenie techniczne mają powłoki z metali trudno utleniających się, zwłaszcza niklowanie i chromowanie, a także srebrzenie i złocenie, które często stosowane są w celu zabezpieczenia metali przed korozją. W celu uzyskania pożądanych powłok przedmiot jest dokładnie czyszczony, dobrze odtłuszczany i umieszczany jako katoda w kąpieli elektrolitycznej zawierającej sól metalu, którym ma być pokryty przedmiot. Aby uzyskać bardziej jednolitą powłokę, warto zastosować dwie płytki jako anodę, umieszczając przedmiot między nimi.

Ponadto za pomocą elektrolizy można nie tylko pokrywać przedmioty warstwą tego czy innego metalu, ale także wykonywać ich kopie z metalu reliefowego (na przykład monety, medale). Proces ten został wynaleziony przez rosyjskiego fizyka i inżyniera elektryka, członka Rosyjskiej Akademii Nauk Borysa Semenowicza Jacobiego (1801-1874) w latach czterdziestych XIX wieku i nazywa się galwanotechnika . Aby wykonać wypukłą kopię przedmiotu, najpierw wykonuje się odlew z jakiegoś tworzywa sztucznego, takiego jak wosk. Odlew ten naciera się grafitem i zanurza w kąpieli elektrolitycznej pełniącej funkcję katody, gdzie osadza się na nim warstwa metalu. Jest on stosowany w druku do produkcji formularzy drukowanych.

Oprócz wymienionych powyżej, elektroliza znalazła zastosowanie w innych obszarach:

Otrzymywanie tlenkowych filmów ochronnych na metalach (anodowanie);

Elektrochemiczna obróbka powierzchni wyrobów metalowych (polerowanie);

Malowanie elektrochemiczne metali (na przykład miedzi, mosiądzu, cynku, chromu itp.);

Oczyszczanie wody polega na usuwaniu z niej rozpuszczalnych zanieczyszczeń. W efekcie otrzymujemy tzw. wodę miękką (jej właściwości są zbliżone do wody destylowanej);

Elektrochemiczne ostrzenie narzędzi tnących (np. noży chirurgicznych, brzytew itp.).

Lista wykorzystanej literatury:

1. Gurewicz A. E. „Fizyka. Zjawiska elektromagnetyczne. 8 klasa” Moskwa, Wydawnictwo „Drofa”. 1999

2. Gabrielyan O. S. „Chemia. 8 klasa” Moskwa, Wydawnictwo „Drofa”. 1997

3. „Podstawowy podręcznik fizyki pod redakcją akademika G. S. Landsberga - Tom II - Elektryczność i magnetyzm”. Moskwa, „Nauka” 1972.

4. Eric M. Rogers. „Fizyka dla dociekliwego umysłu (metody, natura i filozofia nauk fizycznych)”. „Princeton University Press” 1966. Tom III – Elektryczność i magnetyzm. Tłumaczenie Moskwa, „Świat” 1971.

5. A. N. Remizov „Kurs fizyki, elektroniki i cybernetyki dla instytutów medycznych”. Moskwa, „Szkoła wyższa” 1982.

Ciecze, jak wszystkie inne substancje, mogą być przewodnikami, półprzewodnikami i dielektrykami. Na przykład woda destylowana będzie dielektrykiem, a roztwory i stopione elektrolity będą przewodnikami. Półprzewodnikami będzie na przykład stopiony selen lub stopione siarczki.

Przewodność jonowa

Dysocjacja elektrolityczna to proces rozkładu cząsteczek elektrolitu na jony pod wpływem pola elektrycznego cząsteczek wody polarnej. Stopień dysocjacji to proporcja cząsteczek, które w rozpuszczonej substancji rozpadły się na jony.

Stopień dysocjacji będzie zależał od różnych czynników: temperatury, stężenia roztworu, właściwości rozpuszczalnika. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również stopień dysocjacji.

Po rozdzieleniu cząsteczek na jony poruszają się losowo. W tym przypadku dwa jony o różnych znakach mogą się rekombinować, to znaczy mogą ponownie połączyć się w neutralne cząsteczki. W przypadku braku zewnętrznych zmian w roztworze należy ustalić równowagę dynamiczną. Dzięki niemu liczba cząsteczek, które rozpadły się na jony w jednostce czasu, będzie równa liczbie cząsteczek, które ponownie się zjednoczą.

Nośnikami ładunku w roztworach wodnych i stopach elektrolitów będą jony. Jeśli naczynie z roztworem lub stopem zostanie podłączone do obwodu, wówczas jony naładowane dodatnio zaczną przesuwać się w stronę katody, a jony ujemne - w stronę anody. W wyniku tego ruchu powstanie prąd elektryczny. Ten rodzaj przewodnictwa nazywany jest przewodnictwem jonowym.

Oprócz przewodnictwa jonowego w cieczach może mieć również przewodność elektronową. Ten rodzaj przewodnictwa jest charakterystyczny na przykład dla ciekłych metali. Jak wspomniano powyżej, w przypadku przewodnictwa jonowego przepływ prądu wiąże się z przenoszeniem materii.

Elektroliza

Substancje wchodzące w skład elektrolitów osadzają się na elektrodach. Proces ten nazywa się elektrolizą. Elektroliza to proces uwalniania substancji na elektrodzie związany z reakcjami redoks.

Elektroliza znalazła szerokie zastosowanie w fizyce i technologii. Za pomocą elektrolizy powierzchnia jednego metalu jest powlekana cienką warstwą innego metalu. Na przykład chromowanie i niklowanie.

Za pomocą elektrolizy możesz wykonać kopię z powierzchni reliefowej. Aby to zrobić, konieczne jest, aby warstwa metalu osadzająca się na powierzchni elektrody mogła być łatwo usunięta. Aby to osiągnąć, czasami na powierzchnię nakłada się grafit.

Proces otrzymywania takich łatwo zdzieranych powłok nazywany jest galwanizacją. Metodę tę opracował rosyjski naukowiec Boris Jacobi podczas wykonywania pustych figur dla katedry św. Izaaka w Petersburgu.