Električni tok v tekočinah. Gibanje nabojev, anioni kationi. Električni tok v tekočinah: njegov izvor, kvantitativne in kvalitativne značilnosti Kaj ustvarja tok v tekočinah

Nastane z usmerjenim gibanjem prostih elektronov in da v tem primeru ne pride do sprememb v snovi, iz katere je prevodnik.

Takšni prevodniki, v katerih prehod električnega toka ne spremljajo kemične spremembe v njihovi snovi, se imenujejo prevodniki prve vrste. Sem spadajo vse kovine, premog in številne druge snovi.

Toda v naravi obstajajo tudi takšni prevodniki električnega toka, v katerih med prehodom toka prihaja do kemičnih pojavov. Ti vodniki se imenujejo prevodniki druge vrste. Sem sodijo predvsem različne raztopine kislin, soli in alkalij v vodi.

Če v stekleno posodo nalijete vodo in ji dodate nekaj kapljic žveplove kisline (ali kakšne druge kisline ali alkalije), nato pa vzamete dve kovinski plošči in nanju pritrdite vodnike tako, da te plošče spustite v posodo, in povežete tok vira do drugih koncev vodnikov prek stikala in ampermetra, potem se bo plin sprostil iz raztopine in se bo nadaljeval neprekinjeno, dokler se vezje ne sklene. zakisana voda je res prevodnik. Poleg tega se bodo plošče začele pokrivati s plinskimi mehurčki. Potem se bodo ti mehurčki odtrgali od krožnikov in prišli ven.

Pri prehodu električnega toka skozi raztopino pride do kemičnih sprememb, zaradi katerih se sprošča plin.

Prevodnike druge vrste imenujemo elektroliti, pojav, ki se pojavi v elektrolitu, ko skoznje teče električni tok, pa je.

Kovinske plošče, potopljene v elektrolit, imenujemo elektrode; ena od njih, povezana s pozitivnim polom tokovnega vira, se imenuje anoda, druga, povezana z negativnim polom, pa se imenuje katoda.

Kaj povzroča prehajanje električnega toka v tekočem prevodniku? Izkazalo se je, da se v takšnih raztopinah (elektroliti) molekule kisline (alkalije, soli) pod delovanjem topila (v tem primeru vode) razgradijo na dve komponenti in en delec molekule ima pozitiven električni naboj, drugi pa negativnega.

Delce molekule, ki imajo električni naboj, imenujemo ioni. Ko kislino, sol ali alkalijo raztopimo v vodi, se v raztopini pojavi veliko število pozitivnih in negativnih ionov.

Zdaj bi moralo postati jasno, zakaj je električni tok prešel skozi raztopino, saj je med elektrodama, povezanima z virom toka, nastal, z drugimi besedami, izkazalo se je, da je ena od njih pozitivno nabita, druga pa negativno. Pod vplivom te potencialne razlike so se pozitivni ioni začeli premikati proti negativni elektrodi - katodi, negativni ioni pa proti anodi.

Tako je kaotično gibanje ionov postalo urejeno nasprotno gibanje negativnih ionov v eno smer in pozitivnih v drugo. Ta proces prenosa naboja predstavlja pretok električnega toka skozi elektrolit in poteka, dokler obstaja potencialna razlika med elektrodama. Z izginotjem potencialne razlike se tok skozi elektrolit ustavi, urejeno gibanje ionov je moteno in spet nastopi kaotično gibanje.

Kot primer razmislite o pojavu elektrolize, ko električni tok teče skozi raztopino bakrovega sulfata CuSO4 z bakrenimi elektrodami, spuščenimi vanj.

Pojav elektrolize, ko tok teče skozi raztopino bakrovega sulfata: C - posoda z elektrolitom, B - vir toka, C - stikalo

Prišlo bo tudi do nasprotnega gibanja ionov do elektrod. Pozitivni ion bo bakrov (Cu) ion, negativni ion pa bo ion kislinskega ostanka (SO4). Bakrovi ioni se ob stiku s katodo izpraznijo (nase prilepijo manjkajoče elektrone), to pomeni, da se spremenijo v nevtralne molekule čistega bakra in se na katodo naložijo v obliki najtanjše (molekularne) plasti.

Negativni ioni, ki dosežejo anodo, se tudi izpraznijo (oddajo odvečne elektrone). Toda hkrati vstopijo v kemično reakcijo z bakrom anode, zaradi česar se molekula bakra Cu veže na kisli ostanek SO4 in nastane molekula bakrovega sulfata CuS O4, ki se vrne nazaj k elektrolitu.

Ker je ta kemični proces dolgotrajen, se baker nalaga na katodo, ki se sprosti iz elektrolita. V tem primeru namesto molekul bakra, ki so šle na katodo, elektrolit prejme nove molekule bakra zaradi raztapljanja druge elektrode - anode.

Enak postopek se zgodi, če namesto bakrenih vzamemo cinkove elektrode, elektrolit pa je raztopina cinkovega sulfata ZnSO4. Cink se bo tudi prenesel z anode na katodo.

torej razlika med električnim tokom v kovinskih in tekočih prevodnikih je v tem, da so v kovinah nosilci naboja samo prosti elektroni, to je negativni naboj, v elektrolitih pa ga prenašajo nasprotno nabiti delci snovi - ioni, ki se gibljejo v nasprotnih smereh. Zato pravijo, da elektroliti imajo ionsko prevodnost.

Pojav elektrolize je leta 1837 odkril B. S. Jacobi, ki je izvedel številne poskuse za preučevanje in izboljšanje kemičnih tokovnih virov. Jacobi je ugotovil, da je ena od elektrod, postavljena v raztopino bakrovega sulfata, ko skozi njo teče električni tok, prekrita z bakrom.

Ta pojav se imenuje galvanizacija, zdaj najde izjemno široko praktično uporabo. En primer tega je prevleka kovinskih predmetov s tanko plastjo drugih kovin, na primer nikljanje, pozlata, posrebrenje itd.

Plini (vključno z zrakom) v normalnih pogojih ne prevajajo električnega toka. Na primer, goli, ki visijo vzporedno drug z drugim, so drug od drugega izolirani s plastjo zraka.

Vendar pa pod vplivom visoke temperature, velike potencialne razlike in drugih razlogov plini, tako kot tekoči prevodniki, ionizirajo, tj. V njih se v velikem številu pojavijo delci plinskih molekul, ki kot nosilci električne energije prispevajo k prehodu električnega toka skozi plin.

Toda hkrati se ionizacija plina razlikuje od ionizacije tekočega prevodnika. Če molekula v tekočini razpade na dva nabita dela, potem se v plinih pod delovanjem ionizacije elektroni vedno ločijo od vsake molekule in ion ostane v obliki pozitivno nabitega dela molekule.

Treba je le ustaviti ionizacijo plina, saj preneha biti prevoden, medtem ko tekočina vedno ostane prevodnik električnega toka. Posledično je prevodnost plina začasen pojav, odvisen od delovanja zunanjih dejavnikov.

Vendar pa obstaja še en imenovan obločna razelektritev ali samo električni oblok. Pojav električnega obloka je v začetku 19. stoletja odkril prvi ruski elektrotehnik V. V. Petrov.

V. V. Petrov je s številnimi poskusi ugotovil, da med dvema ogljema, povezanima z virom toka, poteka neprekinjena električna razelektritev skozi zrak, ki jo spremlja močna svetloba. V. V. Petrov je v svojih spisih zapisal, da je v tem primeru "temni mir lahko precej svetlo osvetljen." Tako je bila prvič pridobljena električna svetloba, ki jo je praktično uporabil drugi ruski elektroznanstvenik Pavel Nikolajevič Yablochkov.

"Jabločkova sveča", katere delo temelji na uporabi električnega obloka, je v tistih časih naredila pravo revolucijo v elektrotehniki.

Obločna razelektritev se kot vir svetlobe uporablja še danes, na primer v reflektorjih in projektorjih. Visoka temperatura razelektritve obloka omogoča uporabo za. Trenutno se obločne peči, ki jih poganja zelo visok tok, uporabljajo v številnih panogah: za taljenje jekla, litega železa, ferozlitin, brona itd. Leta 1882 je N. N. Benardos prvič uporabil obločno razelektritev za rezanje in varjenje kovine.

V plinsko-svetlobnih ceveh, fluorescentnih sijalkah, stabilizatorjih napetosti, za pridobivanje elektronskih in ionskih žarkov, t.i. žareča plinska razelektritev.

Iskričasta razelektritev se uporablja za merjenje velikih potencialnih razlik z uporabo kroglične reže, katere elektrodi sta dve kovinski krogli s polirano površino. Kroglice se odmaknejo in nanje se uporabi izmerjena potencialna razlika. Nato se krogli približujeta, dokler med njima ne preskoči iskrica. Ob poznavanju premera kroglic, razdalje med njimi, tlaka, temperature in vlažnosti zraka po posebnih tabelah ugotovijo potencialno razliko med kroglicami. To metodo je mogoče uporabiti za merjenje, z natančnostjo nekaj odstotkov, potencialnih razlik reda desettisočev voltov.

Vsi poznajo definicijo električnega toka. Predstavljamo ga kot usmerjeno gibanje nabitih delcev. Takšno gibanje v različnih okoljih ima temeljne razlike. Kot osnovni primer tega pojava si lahko predstavljamo pretok in širjenje električnega toka v tekočinah. Za takšne pojave so značilne drugačne lastnosti in se resno razlikujejo od urejenega gibanja nabitih delcev, ki se pojavi v normalnih pogojih, ne pod vplivom različnih tekočin.

Slika 1. Električni tok v tekočinah. Author24 - spletna izmenjava študentskih del

Nastajanje električnega toka v tekočinah

Kljub temu, da se proces prevajanja električnega toka izvaja s pomočjo kovinskih naprav (prevodnikov), je tok v tekočinah odvisen od gibanja nabitih ionov, ki so iz nekega posebnega razloga pridobili ali izgubili take atome in molekule. Indikator takšnega gibanja je sprememba lastnosti določene snovi, kjer prehajajo ioni. Tako se je treba opreti na osnovno definicijo električnega toka, da bi oblikovali poseben koncept nastajanja toka v različnih tekočinah. Ugotovljeno je, da razgradnja negativno nabitih ionov prispeva k gibanju v območje tokovnega vira s pozitivnimi vrednostmi. Pozitivno nabiti ioni se bodo v takšnih procesih gibali v nasprotni smeri - k negativnemu viru toka.

Tekoči prevodniki so razdeljeni na tri glavne vrste:

polprevodniki;
dielektriki;
prevodniki.

Definicija 1

Elektrolitska disociacija je proces razgradnje molekul določene raztopine na negativno in pozitivno nabite ione.

Ugotovimo lahko, da se električni tok v tekočinah lahko pojavi po spremembi sestave in kemijskih lastnosti uporabljenih tekočin. To je popolnoma v nasprotju s teorijo širjenja električnega toka na druge načine pri uporabi običajnega kovinskega prevodnika.

Faradayevi poskusi in elektroliza

Pretok električnega toka v tekočinah je produkt gibanja nabitih ionov. Težave, povezane z nastankom in širjenjem električnega toka v tekočinah, so pripeljale do študije slavnega znanstvenika Michaela Faradaya. S pomočjo številnih praktičnih raziskav mu je uspelo najti dokaze, da je masa snovi, ki se sprosti med elektrolizo, odvisna od količine časa in elektrike. Pri tem je pomemben čas, v katerem so bili izvedeni poskusi.

Znanstveniku je uspelo tudi ugotoviti, da je v procesu elektrolize, ko se sprosti določena količina snovi, potrebna enaka količina električnih nabojev. Ta količina je bila natančno določena in fiksirana v konstantni vrednosti, ki se imenuje Faradayevo število.

V tekočinah ima električni tok različne pogoje širjenja. Interagira z molekulami vode. Bistveno ovirajo vsa gibanja ionov, česar pri poskusih z običajnim kovinskim prevodnikom niso opazili. Iz tega sledi, da nastajanje toka med elektrolitskimi reakcijami ne bo tako veliko. Ko pa se temperatura raztopine poveča, prevodnost postopoma narašča. To pomeni, da napetost električnega toka narašča. Tudi pri procesu elektrolize je bilo opaženo, da se zaradi velikega števila uporabljenih molekul snovi ali topila poveča verjetnost, da določena molekula razpade na negativne ali pozitivne naboje iona. Ko je raztopina nasičena z ioni, ki presegajo določeno normo, pride do obratnega procesa. Prevodnost raztopine začne spet upadati.

Trenutno je postopek elektrolize našel svojo uporabo na številnih področjih in področjih znanosti ter v proizvodnji. Industrijska podjetja ga uporabljajo pri proizvodnji ali predelavi kovin. Elektrokemične reakcije so vključene v:

elektroliza soli;
galvanizacija;
poliranje površin;
drugi redoks procesi.

Električni tok v vakuumu in tekočinah

Širjenje električnega toka v tekočinah in drugih medijih je precej zapleten proces, ki ima svoje značilnosti, značilnosti in lastnosti. Dejstvo je, da v takih medijih v telesih ni popolnoma nobenih nabojev, zato jih običajno imenujemo dielektriki. Glavni cilj raziskave je bil ustvariti takšne pogoje, v katerih bi se lahko atomi in molekule začeli premikati in bi se začel proces generiranja električnega toka. Za to je običajno uporabiti posebne mehanizme ali naprave. Glavni element takšnih modularnih naprav so vodniki v obliki kovinskih plošč.

Za določitev glavnih parametrov toka je potrebno uporabiti znane teorije in formule. Najpogostejši je Ohmov zakon. Deluje kot univerzalna amperska karakteristika, kjer se izvaja princip tokovno-napetostne odvisnosti. Spomnimo se, da se napetost meri v enotah amperov.

Za poskuse z vodo in soljo je treba pripraviti posodo s slano vodo. To bo dalo praktično in vizualno predstavitev procesov, ki se zgodijo, ko v tekočinah nastane električni tok. Inštalacija mora vsebovati tudi pravokotne elektrode in napajalnike. Za popolno pripravo na poskuse morate imeti ampersko instalacijo. Pomagal bo prevajati energijo od napajalnika do elektrod.

Kovinske plošče bodo delovale kot prevodniki. Potopijo jih v uporabljeno tekočino in nato priključijo napetost. Gibanje delcev se začne takoj. Deluje naključno. Ko med vodniki nastane magnetno polje, se celoten proces gibanja delcev uredi.

Ioni začnejo spreminjati naboje in se združevati. Tako katode postanejo anode in anode postanejo katode. V tem procesu je treba upoštevati tudi več drugih pomembnih dejavnikov:

stopnja disociacije;
temperatura;
električni upor;
uporaba izmeničnega ali enosmernega toka.

Na koncu poskusa se na ploščah oblikuje plast soli.

Skoraj vsakdo pozna definicijo električnega toka kot Vendar pa je bistvo v tem, da se njegov izvor in gibanje v različnih medijih precej razlikujeta. Zlasti ima električni tok v tekočinah nekoliko drugačne lastnosti kot isti kovinski prevodniki.

Glavna razlika je v tem, da je tok v tekočinah gibanje nabitih ionov, torej atomov ali celo molekul, ki so iz nekega razloga izgubile ali pridobile elektrone. Hkrati je eden od indikatorjev tega gibanja sprememba lastnosti snovi, skozi katero ti ioni prehajajo. Na podlagi definicije električnega toka lahko domnevamo, da se bodo med razgradnjo negativno nabiti ioni premikali proti pozitivnim in pozitivni, nasprotno, proti negativnim.

Proces razgradnje molekul raztopine na pozitivno in negativno nabite ione v znanosti imenujemo elektrolitska disociacija. Tako električni tok v tekočinah nastane zaradi dejstva, da se za razliko od istega kovinskega prevodnika sestava in kemijske lastnosti teh tekočin spremenijo, kar povzroči proces gibanja nabitih ionov.

Električni tok v tekočinah, njegov izvor, kvantitativne in kvalitativne značilnosti so bili eden glavnih problemov, ki jih je dolgo preučeval slavni fizik M. Faraday. Zlasti s pomočjo številnih poskusov mu je uspelo dokazati, da je masa snovi, ki se sprosti med elektrolizo, neposredno odvisna od količine električne energije in časa, v katerem je bila ta elektroliza izvedena. Iz drugih razlogov, razen vrste snovi, ta masa ni odvisna.

Poleg tega je Faraday pri preučevanju toka v tekočinah eksperimentalno ugotovil, da je za izolacijo enega kilograma katere koli snovi med elektrolizo potrebna enaka količina.Ta količina, enaka 9,65.10 7 k, se imenuje Faradayevo število.

Za razliko od kovinskih vodnikov je električni tok v tekočinah obkrožen, kar močno otežuje gibanje ionov snovi. V zvezi s tem lahko v katerem koli elektrolitu nastane le majhna napetost. Hkrati, če se temperatura raztopine dvigne, se njena prevodnost poveča in polje se poveča.

Elektroliza ima še eno zanimivo lastnost. Dejstvo je, da je verjetnost razpada določene molekule na pozitivno in negativno nabite ione tem višja, čim večje je število molekul same snovi in topila. Hkrati se v določenem trenutku raztopina prenasiči z ioni, nakar začne prevodnost raztopine upadati. Tako bo najmočnejši v raztopini, kjer je koncentracija ionov izredno nizka, vendar pa bo električni tok v takih raztopinah izredno nizek.

Postopek elektrolize je našel široko uporabo v različnih industrijskih proizvodnjah, povezanih z elektrokemičnimi reakcijami. Med najpomembnejšimi so proizvodnja kovin z uporabo elektrolitov, elektroliza soli, ki vsebujejo klor in njegove derivate, redoks reakcije, proizvodnja tako potrebne snovi, kot je vodik, poliranje površin, galvanizacija. Na primer, v mnogih podjetjih strojništva in izdelave instrumentov je metoda rafiniranja zelo pogosta, to je proizvodnja kovine brez nepotrebnih nečistoč.

Električni tok v tekočinah nastane zaradi gibanja pozitivnih in negativnih ionov. Za razliko od toka v prevodnikih, kjer se premikajo elektroni. Torej, če v tekočini ni ionov, potem je dielektrik, na primer destilirana voda. Ker so nosilci naboja ioni, torej molekule in atomi snovi, ko električni tok prehaja skozi takšno tekočino, neizogibno povzroči spremembo kemijskih lastnosti snovi.

Od kod prihajajo pozitivni in negativni ioni v tekočini? Naj takoj povemo, da se nosilci naboja ne morejo oblikovati v vseh tekočinah. Tiste, v katerih se pojavijo, imenujemo elektroliti. Sem spadajo raztopine soli kislin in alkalij. Pri raztapljanju soli v vodi na primer vzemite kuhinjsko sol NaCl, pod delovanjem topila, to je vode, razpade na pozitivni ion Na imenujemo kation in negativni ion Cl imenovan anion. Proces nastajanja ionov imenujemo elektrolitska disociacija.

Izvedimo poskus, zanj potrebujemo stekleno žarnico, dve kovinski elektrodi, ampermeter in vir enosmernega toka. Bučko napolnimo z raztopino kuhinjske soli v vodi. Nato v to raztopino vstavimo dve pravokotni elektrodi. Preko ampermetra povežemo elektrode z virom enosmernega toka.

Slika 1 - Bučka z raztopino soli

Ko se med ploščama vklopi tok, se pojavi električno polje, pod vplivom katerega se začnejo premikati ioni soli. Pozitivni ioni bodo hiteli na katodo, negativni ioni pa na anodo. Hkrati bodo naredili kaotično gibanje. Toda hkrati bo pod delovanjem polja dodano tudi urejeno.

Za razliko od prevodnikov, v katerih se gibljejo samo elektroni, torej ena vrsta naboja, se v elektrolitih gibljeta dve vrsti nabojev. To so pozitivni in negativni ioni. Pomikajo se drug proti drugemu.

Ko pozitivni natrijev ion doseže katodo, bo pridobil manjkajoči elektron in postal natrijev atom. Podoben proces se bo zgodil s klorovim ionom. Šele ko pride do anode, bo klor ion oddal elektron in se spremenil v atom klora. Tako se tok vzdržuje v zunanjem tokokrogu zaradi gibanja elektronov. Zdi se, da v elektrolitu ioni prenašajo elektrone z enega pola na drugega.

Električni upor elektrolitov je odvisen od količine nastalih ionov. V močnih elektrolitih je stopnja disociacije zelo visoka, ko se raztopijo. Šibki so nizki. Tudi na električni upor elektrolita vpliva temperatura. Z njegovim povečevanjem se viskoznost tekočine zmanjša in težki in okorni ioni se začnejo premikati hitreje. Skladno s tem se odpornost zmanjša.

Če raztopino soli nadomestimo z raztopino bakrovega sulfata. Potem, ko skozenj teče tok, ko bakrov kation doseže katodo in tam sprejme manjkajoče elektrone, se obnovi v atom bakra. In če po tem odstranite elektrodo, lahko na njej najdete usedline bakra. Ta proces se imenuje elektroliza.

« Fizika - 10. razred "

Kateri so nosilci električnega toka v vakuumu?
Kakšna je narava njihovega gibanja?

Tekočine so tako kot trdne snovi lahko dielektriki, prevodniki in polprevodniki. Dielektriki vključujejo destilirano vodo, prevodnike - raztopine in taline elektrolitov: kisline, alkalije in soli. Tekoči polprevodniki so staljeni selen, sulfidne taline itd.

elektrolitska disociacija.

Ko se elektroliti raztapljajo pod vplivom električnega polja polarnih molekul vode, se molekule elektrolitov razgradijo na ione.

Razpad molekul na ione pod vplivom električnega polja polarnih molekul vode imenujemo elektrolitska disociacija.

Stopnja disociacije- delež molekul v raztopljeni snovi, ki so razpadle na ione.

Stopnja disociacije je odvisna od temperature, koncentracije raztopine in električnih lastnosti topila.

Z naraščanjem temperature se stopnja disociacije povečuje in posledično koncentracija pozitivno in negativno nabitih ionov.

Ioni različnih predznakov se lahko ob srečanju ponovno združijo v nevtralne molekule.

Pri konstantnih pogojih se v raztopini vzpostavi dinamično ravnovesje, pri katerem je število molekul, ki razpadejo na ione na sekundo, enako številu parov ionov, ki se v istem času rekombinirajo v nevtralne molekule.

Ionska prevodnost.

Nosilci naboja v vodnih raztopinah ali talinah elektrolitov so pozitivno in negativno nabiti ioni.

Če je posoda z raztopino elektrolita vključena v električni tokokrog, se bodo negativni ioni začeli premikati proti pozitivni elektrodi - anodi, pozitivni - proti negativni - katodi. Zaradi tega bo skozi vezje stekel električni tok.

Imenuje se prevodnost vodnih raztopin ali talin elektrolitov, ki jo izvajajo ioni ionska prevodnost.

elektroliza. Pri ionski prevodnosti je prehod toka povezan s prenosom snovi. Na elektrodah se sproščajo snovi, ki tvorijo elektrolite. Na anodi negativno nabiti ioni oddajo svoje dodatne elektrone (v kemiji to imenujemo oksidativna reakcija), na katodi pa pozitivni ioni pridobijo manjkajoče elektrone (reakcija redukcije).

Tekočine imajo lahko tudi elektronsko prevodnost. Takšno prevodnost imajo na primer tekoče kovine.

Imenuje se proces sproščanja snovi na elektrodi, povezan z redoks reakcijami elektroliza.

Kaj določa maso snovi, ki se sprosti v določenem času? Očitno je masa m sproščene snovi enaka zmnožku mase m 0i enega iona s številom N i ionov, ki so dosegli elektrodo v času Δt:

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

Masa ionov m 0i je:

kjer je M molska (ali atomska) masa snovi, N A pa Avogadrova konstanta, to je število ionov v enem molu.

Število ionov, ki dosežejo elektrodo, je

kjer je Δq = IΔt naboj, ki prehaja skozi elektrolit v času Δt; q 0i je naboj iona, ki je določen z valenco n atoma: q 0i \u003d ne (e je osnovni naboj). Med disociacijo molekul, na primer KBr, sestavljenih iz enovalentnih atomov (n = 1), se pojavijo ioni K + in Br -. Disociacija molekul bakrovega sulfata vodi do pojava dvojno nabitih ionov Cu 2+ in SO 2- 4 (n = 2). Z zamenjavo izrazov (16.4) in (16.5) v formulo (16.3) in ob upoštevanju, da je Δq = IΔt, a q 0i = ne, dobimo

Faradayev zakon.

Označimo s k sorazmernostni koeficient med maso m snovi in nabojem Δq = IΔt, ki prehaja skozi elektrolit:

kjer je F \u003d eN A \u003d 9,65 10 4 C / mol - Faradayeva konstanta.

Koeficient k je odvisen od narave snovi (vrednosti M in n). Po formuli (16.6) imamo

m = kIΔt. (16,8)

Faradayev zakon elektrolize:

Masa snovi, ki se sprosti na elektrodi v času Δt. med prehodom električnega toka, je sorazmeren z jakostjo toka in časom.

To trditev, pridobljeno teoretično, je prvi poskusno ugotovil Faraday.

Vrednost k v formuli (16.8) se imenuje elektrokemijski ekvivalent dana snov in izražena v kilogramov na obesek(kg/C).

Iz formule (16.8) je razvidno, da je koeficient k numerično enak masi snovi, ki se sprosti na elektrodah med prenosom naboja 1 C z ioni.

Elektrokemični ekvivalent ima preprost fizikalni pomen. Ker je M / N A \u003d m 0i in en \u003d q 0i, potem je po formuli (16.7) k \u003d rn 0i / q 0i, tj. k razmerje med maso iona in njegovim nabojem.

Z merjenjem vrednosti m in Δq lahko določimo elektrokemične ekvivalente različnih snovi.

Veljavnost Faradayevega zakona lahko preverite z izkušnjami. Sestavimo instalacijo, prikazano na sliki (16.25). Vse tri elektrolitske kopeli so napolnjene z isto raztopino elektrolita, vendar so tokovi, ki tečejo skozi njih, različni. Označimo jakost tokov skozi I1, I2, I3. Potem je I 1 = I 2 + I 3 . Z merjenjem mas m 1 , m 2 , m 3 snovi, ki se sproščajo na elektrodah v različnih kopeli, se lahko prepričamo, da so sorazmerne z ustreznimi tokovi I 1 , I 2 , I 3 .

Določanje naboja elektrona.

Za določitev naboja elektrona lahko uporabimo formulo (16.6) za maso snovi, ki se sprosti na elektrodi. Iz te formule sledi, da je modul naboja elektrona enak:

Če poznamo maso m sproščene snovi med prehodom naboja IΔt, molsko maso M, valenco n atomov in Avogadrovo konstanto N A, lahko najdemo vrednost modula naboja elektrona. Izkazalo se je, da je enako e = 1,6 · 10 -19 C.

Na ta način je bila leta 1874 prvič pridobljena vrednost osnovnega električnega naboja.

Uporaba elektrolize. Elektroliza se pogosto uporablja v tehniki za različne namene. Elektrolitsko pokrijte površino ene kovine s tanko plastjo druge ( nikljanje, kromiranje, pozlačevanje in tako naprej.). Ta vzdržljiv premaz ščiti površino pred korozijo. Če je zagotovljeno dobro luščenje elektrolitske prevleke s površine, na katero je nanesena kovina (to dosežemo na primer z nanosom grafita na površino), potem lahko pridobimo kopijo z reliefne površine.

Postopek pridobivanja luščilnih premazov - elektrotipija- je razvil ruski znanstvenik B. S. Jacobi (1801-1874), ki je leta 1836 uporabil to metodo za izdelavo votlih figur za katedralo svetega Izaka v Sankt Peterburgu.

Prej so v tiskarski industriji kopije z reliefne površine (stereotipi) pridobivali iz matric (odtis niza na plastičnem materialu), za katere je bila na matrice nanesena debela plast železa ali druge snovi. To je omogočilo reprodukcijo kompleta v zahtevanem številu izvodov.

Elektroliza odstrani nečistoče iz kovin. Tako se surovi baker, pridobljen iz rude, vlije v obliki debelih listov, ki se nato dajo v kopel kot anode. Med elektrolizo se anodni baker raztopi, nečistoče, ki vsebujejo dragocene in redke kovine, padejo na dno, čisti baker pa se usede na katodo.

Aluminij se pridobiva iz staljenega boksita z elektrolizo. Prav ta način pridobivanja aluminija ga je naredil poceni in poleg železa najbolj razširjen v tehniki in vsakdanjem življenju.

S pomočjo elektrolize se pridobivajo elektronska vezja, ki služijo kot osnova vseh elektronskih izdelkov. Na dielektrik je prilepljena tanka bakrena plošča, na katero je s posebno barvo nanesen kompleksen vzorec povezovalnih žic. Nato se plošča postavi v elektrolit, kjer se predeli bakrene plasti, ki niso prekriti z barvo, jedkajo. Po tem se barva spere in na plošči se pojavijo podrobnosti mikrovezja.