กระแสไฟฟ้าในของเหลว การเคลื่อนที่ของประจุ แอนไอออน และแคตไอออน กระแสไฟฟ้าในของเหลว - ทฤษฎี กลไกอิเล็กโทรลิซิสของการไหลของกระแสในของเหลว

« ฟิสิกส์ - ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10"

สารใดเป็นพาหะของกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ?
ลักษณะของการเคลื่อนไหวของพวกเขาคืออะไร?

ของเหลว เช่น ของแข็ง สามารถเป็นไดอิเล็กทริก ตัวนำ และเซมิคอนดักเตอร์ได้ ไดอิเล็กทริกรวมถึงน้ำกลั่น ตัวนำรวมถึงสารละลายและการละลายของอิเล็กโทรไลต์ ได้แก่ กรด ด่าง และเกลือ เซมิคอนดักเตอร์เหลว ได้แก่ ซีลีเนียมหลอมเหลว ซัลไฟด์หลอมเหลว ฯลฯ

การแยกตัวด้วยไฟฟ้า

เมื่ออิเล็กโทรไลต์ละลายภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของโมเลกุลของน้ำขั้วโลก โมเลกุลของอิเล็กโทรไลต์จะสลายตัวเป็นไอออน

เรียกว่าการสลายตัวของโมเลกุลออกเป็นไอออนภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของโมเลกุลของน้ำขั้วโลก การแยกตัวด้วยไฟฟ้า.

ระดับของการแยกตัวออกจากกัน- สัดส่วนของโมเลกุลในสารที่ละลายและแตกตัวเป็นไอออน

ระดับการแยกตัวขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความเข้มข้นของสารละลาย และคุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวทำละลาย

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ระดับการแยกตัวออกจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความเข้มข้นของไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบเพิ่มขึ้น

เมื่อไอออนที่มีสัญลักษณ์ต่างกันมาพบกัน พวกมันก็จะรวมตัวเป็นโมเลกุลที่เป็นกลางได้อีกครั้ง

ภายใต้สภาวะคงที่ สมดุลไดนามิกจะเกิดขึ้นในสารละลาย โดยจำนวนโมเลกุลที่สลายตัวเป็นไอออนต่อวินาทีจะเท่ากับจำนวนคู่ไอออนที่ในเวลาเดียวกันก็รวมตัวกันเป็นโมเลกุลที่เป็นกลาง

การนำไอออนิก

ตัวพาประจุในสารละลายที่เป็นน้ำหรือการละลายของอิเล็กโทรไลต์คือไอออนที่มีประจุบวกและลบ

หากภาชนะที่มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า ไอออนลบจะเริ่มเคลื่อนไปยังขั้วบวก - แอโนด และไอออนบวก - ไปยังขั้วลบ - แคโทด ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจร

เรียกว่าการนำไฟฟ้าของสารละลายในน้ำหรือการละลายของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งดำเนินการโดยไอออน การนำไอออนิก.

กระแสไฟฟ้าในการนำไอออนิก กระแสไหลผ่านสัมพันธ์กับการถ่ายโอนสสาร ที่อิเล็กโทรด สารที่ประกอบเป็นอิเล็กโทรไลต์จะถูกปล่อยออกมา ที่ขั้วบวก ไอออนที่มีประจุลบจะปล่อยอิเล็กตรอนส่วนเกินออกมา (ในทางเคมี เรียกว่าปฏิกิริยาออกซิเดชัน) และที่ขั้วแคโทด ไอออนบวกจะได้รับอิเล็กตรอนที่หายไป (ปฏิกิริยารีดักชัน)

ของเหลวยังสามารถมีการนำไฟฟ้าได้ ตัวอย่างเช่น โลหะเหลว มีค่าการนำไฟฟ้าดังกล่าว

กระบวนการปล่อยสารที่อิเล็กโทรดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดอกซ์เรียกว่า กระแสไฟฟ้า.

อะไรเป็นตัวกำหนดมวลของสารที่ปล่อยออกมาในช่วงเวลาหนึ่ง เห็นได้ชัดว่ามวล m ของสารที่ปล่อยออกมาเท่ากับผลคูณของมวล m 0i ของไอออนหนึ่งตัวตามจำนวน N i ของไอออนที่ไปถึงอิเล็กโทรดในช่วงเวลาΔt:

ม. = ม. 0i ยังไม่มีข้อความ ผม . (16.3)

มวลของไอออน m 0i เท่ากับ:

โดยที่ M คือมวลโมลาร์ (หรืออะตอม) ของสสาร และ N A คือค่าคงที่ของอาโวกาโดร นั่นคือจำนวนไอออนในหนึ่งโมล

จำนวนไอออนที่ไปถึงอิเล็กโทรดเท่ากับ

โดยที่ Δq = IΔt คือประจุที่ส่งผ่านอิเล็กโทรไลต์ในช่วงเวลา Δt; q 0i คือประจุของไอออน ซึ่งถูกกำหนดโดยความจุ n ของอะตอม: q 0i = ne (e คือประจุเบื้องต้น) ในระหว่างการแยกตัวของโมเลกุลเช่น KBr ซึ่งประกอบด้วยอะตอม monovalent (n = 1) ไอออน K + และ Br - จะปรากฏขึ้น การแยกตัวของโมเลกุลคอปเปอร์ซัลเฟตทำให้เกิดไอออน Cu 2+ และ SO 2-4 ที่มีประจุสองเท่า (n = 2) การแทนที่นิพจน์ (16.4) และ (16.5) ลงในสูตร (16.3) และคำนึงว่า Δq = IΔt, a q 0i = ne เราได้รับ

กฎของฟาราเดย์

ให้เราแสดงด้วย k สัมประสิทธิ์ของสัดส่วนระหว่างมวล m ของสารและประจุ Δq = IΔt ที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์:

โดยที่ F = eN A = 9.65 10 4 C/mol - ค่าคงที่ของฟาราเดย์.

ค่าสัมประสิทธิ์ k ขึ้นอยู่กับลักษณะของสาร (ค่า M และ n) ตามสูตร (16.6) เราได้

ม. = กิโลไอเดลที (16.8)

กฎอิเล็กโทรไลซิสของฟาราเดย์:

มวลของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดในช่วงเวลา Δt เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะเป็นสัดส่วนกับความแรงและเวลาของกระแสไฟฟ้า

ข้อความนี้ได้รับตามทฤษฎีแล้ว ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยการทดลองโดยฟาราเดย์

เรียกว่าปริมาณ k ในสูตร (16.8) เทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของสารนี้และแสดงออกมาเป็น กิโลกรัมต่อจี้(กก./Cl)

จากสูตร (16.8) เห็นได้ชัดว่าค่าสัมประสิทธิ์ k เป็นตัวเลขเท่ากับมวลของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดเมื่อไอออนถ่ายโอนประจุเท่ากับ 1 C

ค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้ามีความหมายทางกายภาพอย่างง่าย เนื่องจาก M/N A = m 0i และ еn = q 0i ดังนั้นตามสูตร (16.7) k = rn 0i /q 0i กล่าวคือ k คืออัตราส่วนของมวลของไอออนต่อประจุ

ด้วยการวัดค่า m และ Δq ทำให้สามารถหาค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของสารต่างๆ ได้

คุณสามารถตรวจสอบความถูกต้องของกฎของฟาราเดย์ได้จากการทดลอง มาประกอบการติดตั้งดังรูป (16.25) อ่างอิเล็กโทรไลต์ทั้งสามอ่างเต็มไปด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์เดียวกัน แต่กระแสที่ไหลผ่านต่างกัน ให้เราแสดงจุดแข็งในปัจจุบันด้วย I1, I2, I3 จากนั้น ฉัน 1 = ฉัน 2 + ฉัน 3 ด้วยการวัดมวล m 1 , m 2 , m 3 ของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดในอ่างน้ำต่างๆ เราสามารถตรวจสอบได้ว่าพวกมันเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแสที่สอดคล้องกัน I 1 , I 2 , I 3

การหาค่าประจุอิเล็กตรอน

สามารถใช้สูตร (16.6) สำหรับมวลของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดเพื่อกำหนดประจุของอิเล็กตรอนได้ จากสูตรนี้จะตามมาว่าโมดูลัสของประจุอิเล็กตรอนเท่ากับ:

เมื่อทราบมวล m ของสารที่ปล่อยออกมาระหว่างการเคลื่อนที่ของประจุ IΔt มวลโมลาร์ M ความจุของอะตอม n และค่าคงที่ N A ของ Avogadro เราสามารถหาค่าโมดูลัสของประจุอิเล็กตรอนได้ ปรากฎว่าเท่ากับ e = 1.6 · 10 -19 C.

ด้วยวิธีนี้เองที่ทำให้ค่าของประจุไฟฟ้าเบื้องต้นได้รับครั้งแรกในปี พ.ศ. 2417

การประยุกต์ใช้กระแสไฟฟ้าอิเล็กโทรไลซิสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ เคลือบพื้นผิวของโลหะชิ้นหนึ่งด้วยไฟฟ้าด้วยชั้นบาง ๆ ของอีกชิ้นหนึ่ง ( ชุบนิเกิล, ชุบโครเมี่ยม, ชุบทองและอื่นๆ) สารเคลือบที่ทนทานนี้ช่วยปกป้องพื้นผิวจากการกัดกร่อน หากคุณแน่ใจว่าการเคลือบอิเล็กโทรไลต์ลอกได้ดีจากพื้นผิวที่โลหะเกาะอยู่ (ทำได้เช่นโดยการใช้กราไฟท์กับพื้นผิว) คุณก็จะได้สำเนาจากพื้นผิวนูน

ขั้นตอนการรับสารเคลือบลอกออกได้ - อิเล็กโทรไทป์- ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย B. S. Jacobi (1801-1874) ซึ่งในปี 1836 ได้ใช้วิธีนี้เพื่อสร้างร่างกลวงสำหรับมหาวิหารเซนต์ไอแซคในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

ก่อนหน้านี้ ในอุตสาหกรรมการพิมพ์ สำเนาจากพื้นผิวนูน (แบบแผน) ได้มาจากเมทริกซ์ (รอยพิมพ์ประเภทหนึ่งบนวัสดุพลาสติก) ซึ่งมีชั้นเหล็กหนาหรือสารอื่น ๆ สะสมอยู่บนเมทริกซ์ ทำให้สามารถทำซ้ำชุดได้ตามจำนวนสำเนาที่ต้องการ

โลหะจะถูกทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งเจือปนโดยใช้กระแสไฟฟ้า ดังนั้นทองแดงดิบที่ได้จากแร่จึงถูกหล่อให้เป็นแผ่นหนา จากนั้นนำไปใส่ในอ่างเป็นแอโนด ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิส ทองแดงของแอโนดจะละลาย สิ่งเจือปนที่มีโลหะมีค่าและหายากจะตกลงไปที่ด้านล่าง และทองแดงบริสุทธิ์จะเกาะอยู่บนแคโทด

เมื่อใช้อิเล็กโทรไลซิส จะได้อะลูมิเนียมจากอะลูมิเนียมหลอมเหลว เป็นวิธีการผลิตอะลูมิเนียมแบบนี้ที่ทำให้มีราคาถูกและเป็นโลหะที่พบมากที่สุดในด้านเทคโนโลยีและชีวิตประจำวัน

เมื่อใช้อิเล็กโทรไลซิสจะได้แผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด แผ่นทองแดงบาง ๆ ติดกาวบนอิเล็กทริกซึ่งมีการทาสีลวดลายที่ซับซ้อนของสายเชื่อมต่อด้วยสีพิเศษ จากนั้นวางแผ่นไว้ในอิเล็กโทรไลต์ โดยที่บริเวณของชั้นทองแดงที่ไม่ได้เคลือบด้วยสีจะถูกแกะสลักไว้ หลังจากนั้นสีจะถูกชะล้างออกและรายละเอียดของไมโครเซอร์กิตจะปรากฏบนกระดาน

ทุกคนรู้ดีอยู่แล้วว่าของเหลวสามารถนำพลังงานไฟฟ้าได้ดี และเป็นข้อเท็จจริงที่รู้จักกันดีว่าตัวนำทั้งหมดตามประเภทของพวกมันถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยหลายกลุ่ม เราเสนอให้พิจารณาในบทความของเราว่ากระแสไฟฟ้าดำเนินการอย่างไรในของเหลว โลหะ และเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ รวมถึงกฎของอิเล็กโทรไลซิสและประเภทของมัน

ทฤษฎีอิเล็กโทรไลซิส

เพื่อให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นว่าเรากำลังพูดถึงอะไร เราขอแนะนำให้เริ่มด้วยทฤษฎี ไฟฟ้า ถ้าเราถือว่าประจุไฟฟ้าเป็นของเหลวชนิดหนึ่งจะเป็นที่รู้จักมานานกว่า 200 ปี ประจุประกอบด้วยอิเล็กตรอนแต่ละตัว แต่ประจุเหล่านั้นมีขนาดเล็กมากจนประจุขนาดใหญ่มีพฤติกรรมเหมือนของเหลวที่ไหลอย่างต่อเนื่อง

เช่นเดียวกับวัตถุที่เป็นของแข็ง ตัวนำของเหลวสามารถมีได้สามประเภท:

• เซมิคอนดักเตอร์ (ซีลีเนียม, ซัลไฟด์และอื่น ๆ );
• ไดอิเล็กทริก (สารละลายอัลคาไลน์ เกลือ และกรด);
• ตัวนำ (พูดในพลาสมา)

กระบวนการที่อิเล็กโทรไลต์ละลายและไอออนสลายตัวภายใต้อิทธิพลของสนามฟันกรามไฟฟ้าเรียกว่าการแยกตัวออกจากกัน ในทางกลับกัน สัดส่วนของโมเลกุลที่สลายตัวเป็นไอออน หรือไอออนที่สลายตัวในตัวถูกละลาย ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพและอุณหภูมิในตัวนำและการละลายต่างๆ สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าไอออนสามารถรวมตัวกันใหม่หรือกลับมารวมกันได้ หากเงื่อนไขไม่เปลี่ยนแปลง จำนวนไอออนที่สลายตัวและไอออนที่รวมกันจะเป็นสัดส่วนเท่ากัน

ไอออนนำพลังงานในอิเล็กโทรไลต์เพราะว่า พวกมันสามารถเป็นได้ทั้งอนุภาคที่มีประจุบวกและประจุลบ เมื่อของเหลว (หรือพูดให้เจาะจงกว่าคือ ถังที่มีของเหลวเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ) อนุภาคจะเริ่มเคลื่อนที่ไปยังประจุตรงข้าม (ไอออนบวกจะเริ่มดึงดูดไปที่แคโทด และไอออนลบจะดึงดูดไปที่ขั้วบวก) ในกรณีนี้ พลังงานจะถูกส่งโดยตรงโดยไอออน ดังนั้นการนำไฟฟ้าประเภทนี้จึงเรียกว่าไอออนิก

ในระหว่างการนำประเภทนี้ กระแสไฟฟ้าจะถูกพาไปโดยไอออน และสารที่เป็นส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์จะถูกปล่อยออกมาที่อิเล็กโทรด หากเราคิดจากมุมมองทางเคมี ก็จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและการรีดักชัน ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในก๊าซและของเหลวจึงถูกขนส่งโดยใช้อิเล็กโทรไลซิส

กฎฟิสิกส์และกระแสในของเหลว

ตามกฎแล้วไฟฟ้าในบ้านและอุปกรณ์ของเราจะไม่ส่งผ่านสายโลหะ ในโลหะ อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปอีกอะตอมหนึ่งได้ และมีประจุลบด้วย

เนื่องจากของเหลว พวกมันถูกขนส่งอยู่ในรูปของแรงดันไฟฟ้า หรือที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี อเลสซานโดร โวลตา

วิดีโอ: กระแสไฟฟ้าในของเหลว: ทฤษฎีสมบูรณ์

นอกจากนี้ กระแสไฟฟ้ายังไหลจากไฟฟ้าแรงสูงไปยังแรงดันไฟฟ้าต่ำ และมีหน่วยวัดที่เรียกว่า แอมแปร์ ซึ่งตั้งชื่อตามอังเดร-มารี แอมแปร์ และตามทฤษฎีและสูตร ถ้าคุณเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ความแรงของมันก็จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนด้วย ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎของโอห์ม ตามตัวอย่าง คุณลักษณะแอมแปร์เสมือนอยู่ด้านล่าง

กฎของโอห์ม (พร้อมรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับความยาวและความหนาของเส้นลวด) โดยทั่วไปเป็นหนึ่งในสิ่งแรกที่สอนในชั้นเรียนฟิสิกส์ นักเรียนและครูจำนวนมากจึงถือว่ากระแสไฟฟ้าในก๊าซและของเหลวเป็นกฎพื้นฐานในฟิสิกส์

ในการดูการเคลื่อนที่ของประจุด้วยตาของคุณเองคุณต้องเตรียมขวดที่มีน้ำเกลืออิเล็กโทรดสี่เหลี่ยมแบนและแหล่งพลังงานคุณจะต้องติดตั้งแอมป์มิเตอร์ด้วยความช่วยเหลือซึ่งพลังงานจะดำเนินการจากพลังงาน จ่ายให้กับอิเล็กโทรด

ต้องลดแผ่นที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำลงในของเหลวและเปิดแรงดันไฟฟ้า หลังจากนี้ การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่วุ่นวายจะเริ่มขึ้น แต่เช่นเดียวกับหลังจากการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กระหว่างตัวนำ กระบวนการนี้จะถูกสั่งเช่นเดียวกับหลังจากการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กระหว่างตัวนำ

ทันทีที่ไอออนเริ่มแลกเปลี่ยนประจุและรวมกัน แอโนดจะกลายเป็นแคโทด และแคโทดจะกลายเป็นแอโนด แต่ที่นี่คุณต้องคำนึงถึงความต้านทานไฟฟ้าด้วย แน่นอนว่าเส้นโค้งทางทฤษฎีมีบทบาทสำคัญ แต่อิทธิพลหลักคืออุณหภูมิและระดับการแยกตัว (ขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการที่เลือก) และไม่ว่าจะเลือกกระแสสลับหรือกระแสตรง เมื่อเสร็จสิ้นการศึกษาทดลองนี้ คุณจะสังเกตเห็นว่ามีชั้นเกลือบาง ๆ ก่อตัวขึ้นบนวัตถุที่เป็นของแข็ง (แผ่นโลหะ)

อิเล็กโทรไลซิสและสุญญากาศ

กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศและของเหลวเป็นปัญหาที่ค่อนข้างซับซ้อน ความจริงก็คือว่าในสื่อดังกล่าวไม่มีประจุใด ๆ ในร่างกายซึ่งหมายความว่ามันเป็นอิเล็กทริก กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป้าหมายของเราคือการสร้างเงื่อนไขเพื่อให้อะตอมอิเล็กตรอนสามารถเริ่มการเคลื่อนที่ได้

ในการดำเนินการนี้ คุณจะต้องใช้อุปกรณ์โมดูลาร์ ตัวนำ และแผ่นโลหะ จากนั้นดำเนินการตามวิธีการข้างต้น

การประยุกต์อิเล็กโทรไลซิส

กระบวนการนี้ถูกนำไปใช้ในเกือบทุกด้านของชีวิต แม้แต่งานพื้นฐานที่สุดบางครั้งก็ต้องมีการแทรกแซงของกระแสไฟฟ้าในของเหลว เช่น

ด้วยกระบวนการง่ายๆ นี้ ตัวถังที่เป็นของแข็งจะถูกเคลือบด้วยชั้นบางๆ ของโลหะใดๆ เช่น การชุบนิกเกิลหรือโครเมียม นี่เป็นวิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ในการต่อสู้กับกระบวนการกัดกร่อน เทคโนโลยีที่คล้ายกันนี้ใช้ในการผลิตหม้อแปลงไฟฟ้า มิเตอร์ และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ

เราหวังว่าเหตุผลของเราจะตอบคำถามทั้งหมดที่เกิดขึ้นเมื่อศึกษาปรากฏการณ์กระแสไฟฟ้าในของเหลว หากคุณต้องการคำตอบที่ดีกว่า เราขอแนะนำให้ไปที่ฟอรัมช่างไฟฟ้า ซึ่งพวกเขายินดีให้คำแนะนำคุณฟรี

ในแง่ของคุณสมบัติทางไฟฟ้า ของเหลวมีความหลากหลายมาก โลหะหลอมเหลว เช่นเดียวกับโลหะในสถานะของแข็ง มีค่าการนำไฟฟ้าสูงซึ่งสัมพันธ์กับความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระสูง

ของเหลวหลายชนิด เช่น น้ำบริสุทธิ์ แอลกอฮอล์ น้ำมันก๊าด เป็นไดอิเล็กทริกที่ดีเนื่องจากโมเลกุลของพวกมันมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า และไม่มีตัวพาประจุฟรี

อิเล็กโทรไลต์ ของเหลวประเภทพิเศษประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าอิเล็กโทรไลต์ซึ่งรวมถึงสารละลายของกรดอนินทรีย์เกลือและเบสการละลายของผลึกไอออนิก ฯลฯ อิเล็กโทรไลต์มีลักษณะเฉพาะคือการมีไอออนที่มีความเข้มข้นสูงซึ่งทำให้สามารถผ่านได้ ของกระแสไฟฟ้า ไอออนเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างการละลายและการละลาย เมื่อภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของโมเลกุลตัวทำละลาย โมเลกุลของตัวถูกละลายจะสลายตัวเป็นไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบแยกจากกัน กระบวนการนี้เรียกว่าการแยกตัวด้วยไฟฟ้า

การแยกตัวด้วยไฟฟ้าระดับการแยกตัวของสารที่กำหนด เช่น สัดส่วนของโมเลกุลของตัวถูกละลายที่แตกออกเป็นไอออน ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความเข้มข้นของสารละลาย และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวทำละลาย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ระดับของการแยกตัวจะเพิ่มขึ้น ไอออนที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามสามารถรวมตัวกันอีกครั้งและรวมตัวอีกครั้งเป็นโมเลกุลที่เป็นกลาง ภายใต้สภาวะภายนอกคงที่ สมดุลไดนามิกจะถูกสร้างขึ้นในสารละลาย ซึ่งกระบวนการรวมตัวกันใหม่และการแยกตัวออกจากกันจะชดเชยซึ่งกันและกัน

ในเชิงคุณภาพ การขึ้นอยู่กับระดับการแยกตัว a กับความเข้มข้นของสารที่ละลายสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้ข้อโต้แย้งง่ายๆ ต่อไปนี้ ถ้าปริมาตรหนึ่งหน่วยมีโมเลกุลของสารที่ละลายอยู่ สารบางส่วนก็จะแยกตัวออก และส่วนที่เหลือจะไม่แยกตัวออกจากกัน จำนวนการกระทำเบื้องต้นของการแยกตัวต่อหน่วยปริมาตรของสารละลายเป็นสัดส่วนกับจำนวนของโมเลกุลที่ไม่แยกและจึงเท่ากับโดยที่ A คือสัมประสิทธิ์ ขึ้นอยู่กับลักษณะของอิเล็กโทรไลต์และอุณหภูมิ จำนวนเหตุการณ์การรวมตัวกันใหม่เป็นสัดส่วนกับจำนวนการชนของไอออนที่ต่างกัน กล่าวคือ สัดส่วนกับจำนวนของทั้งไอออนเหล่านั้นและไอออนอื่น ๆ ดังนั้นจึงเท่ากับโดยที่ B คือสัมประสิทธิ์ที่มีค่าคงที่สำหรับสารที่กำหนดที่อุณหภูมิหนึ่ง

อยู่ในสภาวะสมดุลแบบไดนามิก

อัตราส่วนไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น จะเห็นได้ว่า ยิ่งความเข้มข้นของสารละลายต่ำลงเท่าใดก็ยิ่งมีความเป็นเอกภาพมากขึ้นเท่านั้น: ในสารละลายที่เจือจางมาก โมเลกุลของตัวถูกละลายเกือบทั้งหมดจะแยกตัวออกจากกัน

ยิ่งค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวทำละลายสูง พันธะไอออนิกในโมเลกุลของตัวถูกละลายก็จะยิ่งอ่อนลง และระดับการแยกตัวก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นกรดไฮโดรคลอริกจึงผลิตอิเล็กโทรไลต์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงเมื่อละลายในน้ำ ในขณะที่สารละลายในเอทิลอีเทอร์จะนำไฟฟ้าได้ไม่ดีนัก

อิเล็กโทรไลต์ที่ผิดปกตินอกจากนี้ยังมีอิเล็กโทรไลต์ที่ผิดปกติมาก ตัวอย่างเช่น อิเล็กโทรไลต์คือแก้ว ซึ่งเป็นของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวดและมีความหนืดมหาศาล เมื่อถูกความร้อน แก้วจะอ่อนตัวลงและความหนืดจะลดลงอย่างมาก ไอออนโซเดียมที่อยู่ในแก้วจะเคลื่อนที่ได้อย่างเห็นได้ชัด และกระแสไฟฟ้าจะผ่านเข้าไปได้ แม้ว่าแก้วจะเป็นฉนวนที่ดีที่อุณหภูมิปกติก็ตาม

ข้าว. 106. การสาธิตการนำไฟฟ้าของกระจกเมื่อถูกความร้อน

การสาธิตที่ชัดเจนนี้สามารถเห็นได้ในการทดลอง โดยมีแผนภาพแสดงไว้ในรูปที่ 1 106. แท่งแก้วเชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟส่องสว่างผ่านลิโน่ ในขณะที่แท่งแก้วเย็น กระแสไฟฟ้าในวงจรมีค่าเล็กน้อยเนื่องจากมีความต้านทานสูงของแก้ว หากแท่งถูกให้ความร้อนด้วยหัวเผาแก๊สจนถึงอุณหภูมิ 300-400 °C ความต้านทานจะลดลงเหลือหลายสิบโอห์มและไส้หลอดของหลอดไฟ L จะร้อน ตอนนี้คุณสามารถลัดวงจรหลอดไฟได้ด้วยปุ่ม K ในกรณีนี้ความต้านทานของวงจรจะลดลงและกระแสจะเพิ่มขึ้น ภายใต้สภาวะเช่นนี้ แท่งจะถูกให้ความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพด้วยกระแสไฟฟ้าและเรืองแสงจนกระทั่งเรืองแสงอย่างสว่างจ้า แม้ว่าจะถอดหัวเผาออกแล้วก็ตาม

การนำไอออนิกการผ่านของกระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์อธิบายได้ตามกฎของโอห์ม

กระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์เกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ต่ำโดยพลการ

ตัวพาประจุในอิเล็กโทรไลต์นั้นเป็นไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบ กลไกการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์มีหลายวิธีคล้ายกับกลไกการนำไฟฟ้าของก๊าซที่อธิบายไว้ข้างต้น ความแตกต่างที่สำคัญเกิดจากการที่ในก๊าซความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของตัวพาประจุนั้นส่วนใหญ่เกิดจากการชนกับอะตอมที่เป็นกลาง ในอิเล็กโทรไลต์ การเคลื่อนที่ของไอออนเกิดจากการเสียดสีภายใน - ความหนืด - ขณะที่ไอออนเคลื่อนที่ในตัวทำละลาย

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ตรงกันข้ามกับโลหะจะเพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นระดับการแยกตัวจะเพิ่มขึ้นและความหนืดลดลง

ซึ่งแตกต่างจากการนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ลักษณะของโลหะและเซมิคอนดักเตอร์โดยที่กระแสไฟฟ้าไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของสารใด ๆ การนำไอออนิกมีความเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนของสาร

และการปล่อยสารที่รวมอยู่ในอิเล็กโทรไลต์บนอิเล็กโทรด กระบวนการนี้เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส

กระแสไฟฟ้าเมื่อสารถูกปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรด ความเข้มข้นของไอออนที่สอดคล้องกันในบริเวณอิเล็กโทรไลต์ที่อยู่ติดกับอิเล็กโทรดจะลดลง ดังนั้นสมดุลไดนามิกระหว่างการแยกตัวและการรวมตัวกันใหม่จึงถูกรบกวนที่นี่: ที่นี่เป็นที่ที่การสลายตัวของสารเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากอิเล็กโทรไลซิส

อิเล็กโทรไลซิสถูกพบครั้งแรกในระหว่างการสลายตัวของน้ำโดยกระแสจากคอลัมน์โวลตาอิก ไม่กี่ปีต่อมา G. Davy นักเคมีชื่อดังได้ค้นพบโซเดียมโดยแยกโซเดียมออกจากโซดาไฟด้วยกระแสไฟฟ้า M. Faraday ทดลองกฎเชิงปริมาณของอิเล็กโทรไลซิส สามารถพิสูจน์ได้ง่ายตามกลไกของปรากฏการณ์อิเล็กโทรไลซิส

กฎของฟาราเดย์ไอออนแต่ละตัวมีประจุไฟฟ้าซึ่งเป็นจำนวนเท่าของประจุพื้นฐาน e กล่าวอีกนัยหนึ่ง ประจุของไอออนเท่ากับ โดยที่จำนวนเต็มเท่ากับความจุขององค์ประกอบทางเคมีหรือสารประกอบที่เกี่ยวข้อง สมมติว่าเมื่อกระแสไหลผ่านอิเล็กโทรด ไอออนจะถูกปล่อยออกมา ประจุในค่าสัมบูรณ์เท่ากับไอออนบวกจะไปถึงแคโทด และประจุของพวกมันจะถูกทำให้เป็นกลางโดยอิเล็กตรอนที่ไหลไปยังแคโทดผ่านสายไฟจากแหล่งกำเนิดปัจจุบัน ไอออนลบจะเข้าใกล้ขั้วบวกและมีอิเล็กตรอนจำนวนเท่ากันไหลผ่านสายไฟไปยังแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า ในกรณีนี้ประจุจะผ่านวงจรไฟฟ้าแบบปิด

ให้เราแสดงด้วยมวลของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่ง และโดยมวลของไอออน (อะตอมหรือโมเลกุล) เห็นได้ชัดว่าการคูณตัวเศษและส่วนของเศษส่วนนี้ด้วยค่าคงที่ของอโวกาโดรทำให้เราได้

โดยที่มวลอะตอมหรือโมลาร์คือค่าคงที่ของฟาราเดย์ ซึ่งกำหนดโดยนิพจน์

จาก (4) เห็นได้ชัดว่าค่าคงที่ของฟาราเดย์มีความหมายว่า "ไฟฟ้าหนึ่งโมล" กล่าวคือ เป็นประจุไฟฟ้าทั้งหมดของประจุพื้นฐานหนึ่งโมล:

สูตร (3) มีทั้งกฎของฟาราเดย์ ข้อความระบุว่ามวลของสารที่ปล่อยออกมาระหว่างอิเล็กโทรไลซิสเป็นสัดส่วนกับประจุที่ไหลผ่านวงจร (กฎข้อแรกของฟาราเดย์):

ค่าสัมประสิทธิ์นี้เรียกว่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของสารที่กำหนดและแสดงเป็น

กิโลกรัมต่อคูลอมบ์ มีความหมายว่าส่วนกลับของประจุจำเพาะของไอออน

ค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของ k เป็นสัดส่วนกับค่าเทียบเท่าทางเคมีของสาร (กฎข้อที่สองของฟาราเดย์)

กฎของฟาราเดย์และประจุเบื้องต้นเนื่องจากแนวคิดเกี่ยวกับธรรมชาติของอะตอมของไฟฟ้ายังไม่มีอยู่ในสมัยของฟาราเดย์ การค้นพบกฎของอิเล็กโทรไลซิสจากการทดลองจึงไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย ในทางตรงกันข้าม กฎของฟาราเดย์ทำหน้าที่เป็นข้อพิสูจน์การทดลองครั้งแรกถึงความถูกต้องของแนวคิดเหล่านี้

การวัดค่าคงที่ของฟาราเดย์ในเชิงทดลองทำให้สามารถประมาณค่าประจุเบื้องต้นเป็นตัวเลขได้เป็นครั้งแรก ก่อนที่จะทำการวัดประจุไฟฟ้าเบื้องต้นโดยตรงในการทดลองของมิลลิแกนกับหยดน้ำมัน เป็นที่น่าสังเกตว่าแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของไฟฟ้าได้รับการยืนยันการทดลองที่ชัดเจนในการทดลองอิเล็กโทรไลซิสที่ดำเนินการในช่วงทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ 19 เมื่อแม้แต่ความคิดเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของสสารก็ยังไม่ได้แบ่งปันกันทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์. ในสุนทรพจน์อันโด่งดังที่มอบให้กับ Royal Society และอุทิศให้กับความทรงจำของฟาราเดย์ Helmholtz แสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับเหตุการณ์นี้ในลักษณะนี้:

“หากเรายอมรับการมีอยู่ของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี เราก็ไม่สามารถหลีกเลี่ยงข้อสรุปเพิ่มเติมได้ว่าไฟฟ้าทั้งบวกและลบจะถูกแบ่งออกเป็นปริมาณพื้นฐานบางจำนวนซึ่งมีพฤติกรรมเหมือนอะตอมของไฟฟ้า”

แหล่งที่มาของสารเคมีในปัจจุบันหากโลหะ เช่น สังกะสี ถูกแช่อยู่ในน้ำ ไอออนสังกะสีบวกจำนวนหนึ่งภายใต้อิทธิพลของโมเลกุลของน้ำขั้วโลก จะเริ่มเคลื่อนตัวจากชั้นผิวของโครงตาข่ายคริสตัลของโลหะลงสู่น้ำ เป็นผลให้สังกะสีมีประจุลบและน้ำมีประจุบวก ชั้นบาง ๆ เรียกว่าชั้นไฟฟ้าสองชั้นที่จุดเชื่อมต่อระหว่างโลหะกับน้ำ มีสนามไฟฟ้าแรงอยู่ในนั้นซึ่งมีความเข้มที่ส่งจากน้ำไปยังโลหะ สนามนี้ป้องกันการเปลี่ยนไอออนของสังกะสีไปเป็นน้ำอีก และผลที่ตามมาคือ สมดุลไดนามิกเกิดขึ้น โดยจำนวนไอออนเฉลี่ยที่มาจากโลหะลงไปในน้ำเท่ากับจำนวนไอออนที่กลับจากน้ำสู่โลหะ

ความสมดุลแบบไดนามิกจะเกิดขึ้นเช่นกัน หากโลหะถูกแช่อยู่ในสารละลายที่เป็นน้ำของเกลือของโลหะชนิดเดียวกัน เช่น สังกะสีในสารละลายของซิงค์ซัลเฟต ในสารละลาย เกลือจะแยกตัวออกเป็นไอออน ไอออนของสังกะสีที่ได้จะไม่แตกต่างจากไอออนของสังกะสีที่เข้าสู่สารละลายจากอิเล็กโทรด ความเข้มข้นของไอออนสังกะสีที่เพิ่มขึ้นในอิเล็กโทรไลต์ช่วยให้การเปลี่ยนไอออนจากสารละลายเป็นโลหะกลายเป็นโลหะ และทำให้ยากขึ้น

เปลี่ยนจากโลหะเป็นสารละลาย ดังนั้นในสารละลายซิงค์ซัลเฟต อิเล็กโทรดสังกะสีที่จุ่มอยู่ แม้ว่าจะมีประจุลบ แต่ก็อ่อนกว่าในน้ำบริสุทธิ์

เมื่อโลหะจุ่มลงในสารละลาย โลหะนั้นก็จะไม่เกิดประจุลบเสมอไป ตัวอย่างเช่น หากอิเล็กโทรดทองแดงจุ่มอยู่ในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต ไอออนจะเริ่มตกตะกอนจากสารละลายบนอิเล็กโทรด และชาร์จประจุบวก ความแรงของสนามไฟฟ้าในชั้นไฟฟ้าสองชั้นในกรณีนี้จะถูกส่งตรงจากทองแดงไปยังสารละลาย

ดังนั้น เมื่อโลหะถูกจุ่มลงในน้ำหรือสารละลายในน้ำที่มีไอออนของโลหะชนิดเดียวกัน ความต่างศักย์เกิดขึ้นระหว่างไอออนทั้งสองที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะกับสารละลาย เครื่องหมายและขนาดของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของโลหะ (ทองแดง สังกะสี ฯลฯ กับความเข้มข้นของไอออนในสารละลาย และแทบไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน

อิเล็กโทรดสองตัวที่ทำด้วยโลหะต่างกันแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์จนเกิดเป็นเซลล์กัลวานิก ตัวอย่างเช่น ในเซลล์โวลตา อิเล็กโทรดสังกะสีและทองแดงจะถูกจุ่มลงในสารละลายที่เป็นน้ำของกรดซัลฟิวริก ในตอนแรก สารละลายไม่มีไอออนของสังกะสีหรือไอออนของทองแดง อย่างไรก็ตาม ภายหลังไอออนเหล่านี้จะเข้าสู่สารละลายจากอิเล็กโทรด และสร้างสมดุลไดนามิกขึ้น ตราบใดที่อิเล็กโทรดไม่ได้เชื่อมต่อกันด้วยลวด ศักยภาพของอิเล็กโทรไลต์จะเท่ากันทุกจุด และศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดแตกต่างจากศักย์ของอิเล็กโทรไลต์เนื่องจากมีชั้นสองชั้นเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานกับ อิเล็กโทรไลต์ ในกรณีนี้ ศักย์ไฟฟ้าของสังกะสีเท่ากับ -0.763 V และของทองแดง แรงเคลื่อนไฟฟ้าขององค์ประกอบโวลต์ซึ่งประกอบด้วยการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นเหล่านี้จะเท่ากับ

กระแสในวงจรที่มีธาตุกัลวานิกหากอิเล็กโทรดของเซลล์กัลวานิกเชื่อมต่อด้วยลวด อิเล็กตรอนผ่านสายนี้จะเคลื่อนจากอิเล็กโทรดลบ (สังกะสี) ไปยังอิเล็กโทรดบวก (ทองแดง) ซึ่งจะทำให้สมดุลไดนามิกระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นอยู่นั้นเสียไป ท่วม. ไอออนของสังกะสีจะเริ่มเคลื่อนที่จากอิเล็กโทรดไปยังสารละลาย เพื่อรักษาชั้นไฟฟ้าสองชั้นให้อยู่ในสถานะเดียวกันโดยมีการกระโดดอย่างต่อเนื่องระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ ในทำนองเดียวกัน เมื่อใช้อิเล็กโทรดทองแดง ไอออนของทองแดงจะเริ่มเคลื่อนตัวออกจากสารละลายและตกตะกอนบนอิเล็กโทรด ในกรณีนี้ การขาดไอออนจะเกิดขึ้นใกล้กับอิเล็กโทรดลบ และไอออนส่วนเกินจะเกิดขึ้นใกล้กับอิเล็กโทรดบวก จำนวนไอออนทั้งหมดในสารละลายจะไม่เปลี่ยนแปลง

จากกระบวนการที่อธิบายไว้ กระแสไฟฟ้าจะถูกเก็บไว้ในวงจรปิด ซึ่งสร้างขึ้นในสายเชื่อมต่อโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน และในอิเล็กโทรไลต์โดยไอออน เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านไป อิเล็กโทรดสังกะสีจะค่อยๆ ละลาย และทองแดงจะเกาะอยู่ที่ขั้วบวก (ทองแดง)

อิเล็กโทรด ความเข้มข้นของไอออนจะเพิ่มขึ้นที่อิเล็กโทรดสังกะสีและลดลงที่อิเล็กโทรดทองแดง

ศักยภาพในวงจรที่มีองค์ประกอบไฟฟ้ารูปแบบที่อธิบายของการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีสอดคล้องกับการกระจายศักย์ไฟฟ้าตามวงจร ดังแสดงแผนผังในรูปที่ 1 107. ในวงจรภายนอก เช่น ในลวดที่เชื่อมต่ออิเล็กโทรด ศักย์ไฟฟ้าจะลดลงอย่างราบรื่นจากค่าที่อิเล็กโทรดบวก (ทองแดง) A ไปเป็นค่าที่อิเล็กโทรดลบ (สังกะสี) B ตามกฎของโอห์มสำหรับเนื้อเดียวกัน ตัวนำ ในวงจรภายใน กล่าวคือ ในอิเล็กโทรไลต์ระหว่างอิเล็กโทรด ศักย์ไฟฟ้าจะค่อยๆ ลดลงจากค่าใกล้กับอิเล็กโทรดสังกะสีเป็นค่าใกล้อิเล็กโทรดทองแดง หากในวงจรภายนอก กระแสไฟฟ้าไหลจากอิเล็กโทรดทองแดงไปยังอิเล็กโทรดสังกะสี จากนั้นภายในอิเล็กโทรไลต์จะไหลจากสังกะสีไปยังทองแดง การกระโดดที่อาจเกิดขึ้นในชั้นไฟฟ้าสองชั้นถูกสร้างขึ้นอันเป็นผลมาจากการกระทำของแรงภายนอก (ในกรณีนี้คือสารเคมี) การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าเป็นสองชั้นเนื่องจากแรงภายนอกเกิดขึ้นตรงข้ามกับทิศทางการกระทำของแรงไฟฟ้า

ข้าว. 107. การกระจายศักย์ไฟฟ้าตามสายโซ่ที่มีองค์ประกอบทางเคมี

ส่วนที่เอียงของการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นในรูป 107 สอดคล้องกับความต้านทานไฟฟ้าของส่วนภายนอกและภายในของวงจรปิด การตกที่เป็นไปได้ทั้งหมดตามส่วนเหล่านี้เท่ากับผลรวมของการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นในชั้นสองชั้น กล่าวคือ แรงเคลื่อนไฟฟ้าขององค์ประกอบ

การผ่านของกระแสไฟฟ้าในเซลล์กัลวานิกมีความซับซ้อนเนื่องจากผลพลอยได้ที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดและการปรากฏตัวของความเข้มข้นที่แตกต่างกันในอิเล็กโทรไลต์ ปรากฏการณ์เหล่านี้เรียกว่าโพลาไรเซชันด้วยไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในองค์ประกอบโวลตา เมื่อวงจรปิด ไอออนบวกจะเคลื่อนที่ไปที่อิเล็กโทรดทองแดงและสะสมอยู่บนอิออน เป็นผลให้หลังจากผ่านไประยะหนึ่งอิเล็กโทรดทองแดงจะถูกแทนที่ด้วยไฮโดรเจน เนื่องจากศักย์ไฟฟ้าของไฮโดรเจนต่ำกว่าศักย์ไฟฟ้าของทองแดง 0.337 V ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าขององค์ประกอบจึงลดลงประมาณเท่ากัน นอกจากนี้ ไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดทองแดงยังช่วยเพิ่มความต้านทานภายในขององค์ประกอบอีกด้วย

เพื่อลดผลกระทบที่เป็นอันตรายของไฮโดรเจนจึงมีการใช้ดีโพลาไรเซอร์ - สารออกซิไดซ์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น ในองค์ประกอบที่ใช้บ่อยที่สุด Leclanche (“แบตเตอรี่แห้ง”)

อิเล็กโทรดขั้วบวกคือแท่งกราไฟท์ที่ล้อมรอบด้วยมวลอัดของแมงกานีสเปอร์ออกไซด์และกราไฟท์

แบตเตอรี่เซลล์กัลวานิกประเภทที่สำคัญในทางปฏิบัติคือแบตเตอรี่ซึ่งหลังจากคายประจุแล้ว กระบวนการชาร์จแบบย้อนกลับสามารถทำได้ด้วยการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี สารที่ใช้ระหว่างการผลิตกระแสไฟฟ้าจะถูกนำกลับคืนมาภายในแบตเตอรี่ผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส

จะเห็นได้ว่าเมื่อชาร์จแบตเตอรี่ความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกจะเพิ่มขึ้นซึ่งทำให้ความหนาแน่นของอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้น

ดังนั้นในระหว่างกระบวนการชาร์จอิเล็กโทรดจะเกิดความไม่สมดุลอย่างคมชัด: อันหนึ่งกลายเป็นตะกั่วและอีกอันกลายเป็นตะกั่วเปอร์ออกไซด์ แบตเตอรี่ที่ชาร์จแล้วคือเซลล์กัลวานิกที่สามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าได้

เมื่อผู้ใช้พลังงานไฟฟ้าเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านวงจรซึ่งมีทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสชาร์จ ปฏิกิริยาเคมีไปในทิศทางตรงกันข้าม และแบตเตอรี่จะกลับสู่สถานะเดิม อิเล็กโทรดทั้งสองจะถูกปกคลุมด้วยชั้นเกลือ และความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกจะกลับสู่ค่าเดิม

สำหรับแบตเตอรี่ที่ชาร์จแล้ว EMF จะอยู่ที่ประมาณ 2.2 V เมื่อทำการคายประจุจะลดลงเหลือ 1.85 V ไม่แนะนำให้ทำการคายประจุเพิ่มเติมเนื่องจากการก่อตัวของตะกั่วซัลเฟตจะไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้และแบตเตอรี่จะเสื่อมสภาพ

ประจุสูงสุดที่แบตเตอรี่สามารถจ่ายได้เมื่อคายประจุจนหมดเรียกว่าความจุของแบตเตอรี่ โดยทั่วไปความจุของแบตเตอรี่

วัดเป็นแอมแปร์ชั่วโมง ยิ่งพื้นผิวของแผ่นมีขนาดใหญ่เท่าใดก็ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่านั้น

การประยุกต์ใช้กระแสไฟฟ้าอิเล็กโทรไลซิสใช้ในโลหะวิทยา การผลิตอลูมิเนียมและทองแดงบริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้าที่พบมากที่สุด การใช้อิเล็กโทรไลซิสสามารถสร้างชั้นบาง ๆ ของสารบางชนิดบนพื้นผิวของสารอื่น ๆ เพื่อให้ได้สารเคลือบตกแต่งและป้องกัน (ชุบนิกเกิล, ชุบโครเมี่ยม) กระบวนการผลิตสารเคลือบลอกออกได้ (การผ่าตัดด้วยไฟฟ้า) ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย บี. เอส. จาโคบี ซึ่งใช้กระบวนการดังกล่าวเพื่อสร้างประติมากรรมกลวงเพื่อประดับอาสนวิหารเซนต์ไอแซคในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

อะไรคือความแตกต่างระหว่างกลไกทางกายภาพของการนำไฟฟ้าในโลหะและอิเล็กโทรไลต์?

อธิบายว่าเหตุใดระดับการแยกตัวของสารที่กำหนดจึงขึ้นอยู่กับค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวทำละลาย

อธิบายว่าทำไมในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีความเข้มข้นสูง โมเลกุลของตัวถูกละลายเกือบทั้งหมดจึงถูกแยกออกจากกัน

อธิบายว่ากลไกการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์มีความคล้ายคลึงกับกลไกการนำไฟฟ้าของก๊าซอย่างไร เหตุใดภายใต้สภาวะภายนอกคงที่ กระแสไฟฟ้าจึงเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้ามีบทบาทอย่างไรในการได้มาซึ่งกฎของอิเล็กโทรไลซิส (3)

อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของสารกับประจุจำเพาะของไอออน

เราจะทดลองหาอัตราส่วนของความเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของสารต่างๆ ได้อย่างไร ถ้ามีอ่างอิเล็กโทรไลต์หลายอ่าง แต่ไม่มีเครื่องมือสำหรับวัดกระแส

ปรากฏการณ์อิเล็กโทรไลซิสสามารถนำไปใช้สร้างมิเตอร์ไฟฟ้าในเครือข่าย DC ได้อย่างไร?

เหตุใดกฎของฟาราเดย์จึงถือเป็นข้อพิสูจน์เชิงทดลองเกี่ยวกับแนวคิดเกี่ยวกับธรรมชาติของอะตอมของไฟฟ้าได้

กระบวนการใดเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กโทรดโลหะจุ่มอยู่ในน้ำและในอิเล็กโทรไลต์ที่มีไอออนของโลหะเหล่านี้

อธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นในอิเล็กโทรไลต์ใกล้กับอิเล็กโทรดของเซลล์กัลวานิกระหว่างกระแสไหลผ่าน

เหตุใดไอออนบวกภายในเซลล์โวลตาอิกจึงเคลื่อนที่จากขั้วลบ (สังกะสี) ไปยังขั้วบวก (ทองแดง) การกระจายศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นได้อย่างไรในวงจรที่ทำให้ไอออนเคลื่อนที่ในลักษณะนี้

เหตุใดจึงสามารถตรวจสอบระดับประจุของแบตเตอรี่กรดได้โดยใช้ไฮโดรมิเตอร์ เช่น อุปกรณ์สำหรับวัดความหนาแน่นของของเหลว

กระบวนการในแบตเตอรี่มีความแตกต่างโดยพื้นฐานจากกระบวนการในแบตเตอรี่ "แห้ง" อย่างไร

ส่วนใดของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไปในกระบวนการชาร์จแบตเตอรี่ c สามารถใช้เมื่อทำการคายประจุหากในระหว่างกระบวนการชาร์จแรงดันไฟฟ้าจะคงอยู่ที่ขั้วของมัน

รายงานในหัวข้อ:

ไฟฟ้า

ในของเหลว

(อิเล็กโทรไลต์)

กระแสไฟฟ้า

กฎของฟาราเดย์

ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น

นักเรียน 8 ไทย ระดับ « บี »

ล โอกิโนวา ม อาเรียส ก เดรฟนี

มอสโก 2546

โรงเรียนหมายเลข 91

การแนะนำ

หลายๆ อย่างในชีวิตของเราเชื่อมโยงกับการนำไฟฟ้าของสารละลายเกลือในน้ำ (อิเล็กโทรไลต์) ตั้งแต่การเต้นของหัวใจครั้งแรก ("ไฟฟ้าที่มีชีวิต" ในร่างกายมนุษย์ซึ่งมีน้ำ 80%) ไปจนถึงรถยนต์บนท้องถนน เครื่องเล่น และโทรศัพท์มือถือ (ส่วนหนึ่งของอุปกรณ์เหล่านี้คือ "แบตเตอรี่" - แบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีและแบตเตอรี่ต่างๆ - จากกรดตะกั่วในรถยนต์ไปจนถึงลิเธียมโพลีเมอร์ในโทรศัพท์มือถือที่แพงที่สุด) ในถังขนาดใหญ่ที่ควันพิษ อะลูมิเนียมผลิตขึ้นโดยอิเล็กโทรลิซิสจากบอกไซต์ที่ละลายที่อุณหภูมิสูง ซึ่งเป็นโลหะ "มีปีก" สำหรับเครื่องบินและกระป๋องสำหรับแฟนต้า ทุกสิ่งรอบตัว ตั้งแต่ตะแกรงหม้อน้ำชุบโครเมียมของรถยนต์ต่างประเทศ ไปจนถึงตุ้มหูชุบเงินในหู บางครั้งต้องเผชิญกับสารละลายหรือเกลือหลอมเหลว และส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้าในของเหลว ไม่ใช่เพื่ออะไรเลยที่ปรากฏการณ์นี้ได้รับการศึกษาโดยวิทยาศาสตร์ทั้งหมด - เคมีไฟฟ้า แต่ตอนนี้เราสนใจพื้นฐานทางกายภาพของปรากฏการณ์นี้มากขึ้น

กระแสไฟฟ้าในสารละลาย อิเล็กโทรไลต์

จากบทเรียนฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 เรารู้ว่าประจุในตัวนำ (โลหะ) ถูกนำพาโดยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ

การเคลื่อนที่ตามลำดับของอนุภาคที่มีประจุเรียกว่ากระแสไฟฟ้า

แต่ถ้าเราประกอบอุปกรณ์ (ที่มีขั้วไฟฟ้ากราไฟท์):

จากนั้นเราจะตรวจสอบให้แน่ใจว่าเข็มของแอมป์มิเตอร์เบี่ยงเบน - กระแสไหลผ่านสารละลาย! มีอนุภาคมีประจุอะไรบ้างในสารละลาย?

ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2420 นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน Svante Arrhenius ซึ่งศึกษาการนำไฟฟ้าของสารละลายของสารต่าง ๆ ได้ข้อสรุปว่าเกิดจากไอออนที่เกิดขึ้นเมื่อเกลือละลายในน้ำ เมื่อละลายในน้ำ โมเลกุล CuSO 4 จะแตกตัว (แยกตัว) ออกเป็นไอออนที่มีประจุต่างกันสองตัว ได้แก่ Cu 2+ และ SO 4 2- กระบวนการที่ง่ายขึ้นสามารถสะท้อนให้เห็นได้จากสูตรต่อไปนี้:

CuSO 4 ÞCu 2+ +SO 4 2-

สารละลายเกลือ ด่าง และกรด นำกระแสไฟฟ้า

สารที่มีสารละลายนำกระแสไฟฟ้าเรียกว่าอิเล็กโทรไลต์

สารละลายน้ำตาล แอลกอฮอล์ กลูโคส และสารอื่นๆ บางชนิดไม่นำไฟฟ้า

สารที่สารละลายไม่นำกระแสไฟฟ้าเรียกว่าไม่มีอิเล็กโตรไลต์

การแยกตัวด้วยไฟฟ้า

กระบวนการที่อิเล็กโทรไลต์สลายตัวเป็นไอออนเรียกว่าการแยกตัวด้วยไฟฟ้า

S. Arrhenius ซึ่งยึดมั่นในทฤษฎีฟิสิกส์ของสารละลาย ไม่ได้คำนึงถึงอันตรกิริยาของอิเล็กโทรไลต์กับน้ำ และเชื่อว่ามีไอออนอิสระในสารละลาย ในทางตรงกันข้าม นักเคมีชาวรัสเซีย I.A. Kablukov และ V.A. Kistyakovsky ใช้ทฤษฎีทางเคมีของ D.I. Mendeleev เพื่ออธิบายการแยกตัวด้วยไฟฟ้าและพิสูจน์ว่าเมื่ออิเล็กโทรไลต์ละลายปฏิกิริยาทางเคมีของสารที่ละลายกับน้ำจะเกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไฮเดรตและ จากนั้นพวกมันก็แยกตัวออกเป็นไอออน พวกเขาเชื่อว่าสารละลายไม่ได้ประกอบด้วยไอออนอิสระ ไม่ใช่ "เปล่า" แต่เป็นไอออนที่มีน้ำ ซึ่งก็คือ "ห่อหุ้ม" ของโมเลกุลน้ำ ดังนั้นการแยกตัวของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์จึงเกิดขึ้นในลำดับต่อไปนี้:

ก) การวางแนวของโมเลกุลน้ำรอบขั้วของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์

b) ความชุ่มชื้นของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์

c) ไอออไนซ์ของมัน

d) การสลายตัวเป็นไอออนไฮเดรต

เมื่อสัมพันธ์กับระดับการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์จะถูกแบ่งออกเป็นแบบแรงและแบบอ่อน

- อิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่ง- ส่วนที่แยกตัวออกเกือบสมบูรณ์เมื่อละลาย

ระดับความแตกแยกของพวกเขามีแนวโน้มที่จะเป็นเอกภาพ

- อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ- ส่วนที่เกือบจะไม่แยกตัวออกเมื่อละลาย ระดับการแยกตัวออกจากกันมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์

จากนี้เราสรุปได้ว่าพาหะของประจุไฟฟ้า (พาหะของกระแสไฟฟ้า) ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ไม่ใช่อิเล็กตรอน แต่มีประจุบวกและลบ ไอออนไฮเดรต .

การพึ่งพาอุณหภูมิของความต้านทานอิเล็กโทรไลต์

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นกระบวนการแยกตัวได้รับการอำนวยความสะดวก การเคลื่อนที่ของไอออนเพิ่มขึ้นและ ความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์ลดลง .

แคโทดและแอโนด แคตไอออนและแอนไอออน

จะเกิดอะไรขึ้นกับไอออนภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า?

กลับไปที่อุปกรณ์ของเรา:

ในสารละลาย CuSO 4 แยกตัวออกเป็นไอออน - Cu 2+ และ SO 4 2- ไอออนที่มีประจุบวกคิว 2+ (ไอออนบวก)ถูกดึงดูดไปยังอิเล็กโทรดที่มีประจุลบ – แคโทดโดยจะรับอิเล็กตรอนที่หายไปและลดลงเหลือทองแดงที่เป็นโลหะซึ่งเป็นสารธรรมดา หากคุณถอดแคโทดออกจากอุปกรณ์หลังจากกระแสผ่านสารละลายจะสังเกตเห็นได้ง่ายว่ามีการเคลือบสีน้ำตาลแดง - นี่คือทองแดงที่เป็นโลหะ

กฎข้อแรกของฟาราเดย์

เราทราบได้ไหมว่าทองแดงถูกปล่อยออกมามากแค่ไหน? ด้วยการชั่งน้ำหนักแคโทดก่อนและหลังการทดลอง จึงสามารถระบุมวลของโลหะที่สะสมอยู่ได้อย่างแม่นยำ การวัดแสดงให้เห็นว่ามวลของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสไฟฟ้าและเวลาอิเล็กโทรไลซิส:

โดยที่ K คือสัมประสิทธิ์สัดส่วนหรือที่เรียกว่า เทียบเท่าเคมีไฟฟ้า .

ดังนั้น มวลของสารที่ปล่อยออกมาจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของกระแสไฟฟ้าและเวลาอิเล็กโทรไลซิส แต่กระแสเมื่อเวลาผ่านไป (ตามสูตร):

มีค่าใช้จ่าย

ดังนั้น, มวลของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดจะเป็นสัดส่วนกับประจุหรือปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์

M=K'q

กฎข้อนี้ถูกค้นพบโดยการทดลองในปี พ.ศ. 2386 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ไมเคิล ฟาราเดย์ และถูกเรียกว่า กฎข้อแรกของฟาราเดย์ .

กฎข้อที่สองของฟาราเดย์

ค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าคืออะไรและขึ้นอยู่กับอะไร? Michael Faraday ก็ตอบคำถามนี้ด้วย

จากการทดลองหลายครั้ง เขาได้ข้อสรุปว่าค่านี้เป็นคุณลักษณะเฉพาะของสารแต่ละชนิด ตัวอย่างเช่นในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายลาพิส (ซิลเวอร์ไนเตรต AgNO 3) จี้ 1 อันจะปล่อยเงิน 1.1180 มก. เงินจะถูกปล่อยออกมาในปริมาณเท่ากันทุกประการในระหว่างการอิเล็กโทรลิซิสโดยมีประจุเกลือเงิน 1 จี้ เมื่อเกลือของโลหะอื่นอิเล็กโทรลิซิส จี้ 1 อันจะปล่อยโลหะนั้นออกมาอีกจำนวนหนึ่ง ดังนั้น , ค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของสารคือมวลของสารนี้ที่ปล่อยออกมาระหว่างอิเล็กโทรไลซิส 1 คูลอมบ์ของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารละลาย . นี่คือคุณค่าของสารบางชนิด:

จากตารางเราจะเห็นว่าค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของสารต่างๆ แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของมันขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารอย่างไร? คำตอบสำหรับคำถามนี้ได้รับจาก กฎข้อที่สองของฟาราเดย์ :

ค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าของสารต่างๆ จะเป็นสัดส่วนกับน้ำหนักอะตอมของสารและแปรผกผันกับตัวเลขที่แสดงความจุทางเคมีของสารเหล่านั้น

n – ความจุ

เอ – น้ำหนักอะตอม

- เรียกว่าเคมีเทียบเท่ากับสารที่กำหนด

– สัมประสิทธิ์สัดส่วนซึ่งเป็นค่าคงที่สากลอยู่แล้ว กล่าวคือ มีค่าเท่ากันสำหรับสารทั้งหมด หากเราวัดค่าเทียบเท่าเคมีไฟฟ้าในหน่วย g/k เราจะพบว่ามันเท่ากับ 1.037´10 -5 g/k

เมื่อรวมกฎข้อที่หนึ่งและสองของฟาราเดย์เข้าด้วยกันเราจะได้:

สูตรนี้มีความหมายทางกายภาพง่ายๆ: F เป็นตัวเลขเท่ากับประจุที่ต้องส่งผ่านอิเล็กโทรไลต์ใดๆ เพื่อปล่อยสารบนอิเล็กโทรดในปริมาณเท่ากับสารเคมีหนึ่งตัวที่เทียบเท่ากัน F เรียกว่าเลขฟาราเดย์ และมีค่าเท่ากับ 96400 k/g

โมลและจำนวนโมเลกุลในนั้น เบอร์ของอาโวกาโดร

จากหลักสูตรเคมีชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 เรารู้ว่าในการวัดปริมาณของสารที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี ได้มีการเลือกหน่วยพิเศษ - โมล ในการวัดสารหนึ่งโมล คุณต้องใช้มวลของสารนั้นเท่ากับมวลโมเลกุลสัมพัทธ์

ตัวอย่างเช่น น้ำ 1 โมล (H 2 O) เท่ากับ 18 กรัม (1 + 1 + 16 = 18) ออกซิเจน 1 โมล (O 2) เท่ากับ 32 กรัม และเหล็ก 1 โมล (Fe) เท่ากับ 56 กรัม . แต่สิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับเราถูกกำหนดไว้แล้วว่าสารใด ๆ 1 โมลอยู่เสมอ ประกอบด้วย จำนวนโมเลกุลเท่ากัน .

โมลคือปริมาณของสารที่มี 6 ´ 10 23 โมเลกุลของสารนี้

เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี A. Avogadro หมายเลขนี้ ( เอ็น) ถูกเรียก ค่าคงตัวของอาโวกาโดรหรือ เบอร์ของอาโวกาโดร .

จากสูตร มันเป็นไปตามนั้นถ้า คิว=ฟ, ที่ . ซึ่งหมายความว่าเมื่อมีประจุเท่ากับ 96,400 คูลอมบ์ผ่านอิเล็กโทรไลต์ สารใดๆ จำนวนกรัมจะถูกปล่อยออกมา กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในการที่จะปล่อยสารโมโนวาเลนต์หนึ่งโมล ประจุจะต้องไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์ คิว=ฟจี้ แต่เรารู้ว่าโมลของสารใดๆ มีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน ยังไม่มีข้อความ=6x10 23. สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถคำนวณประจุของหนึ่งไอออนของสารโมโนวาเลนต์ - ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น - ประจุของอิเล็กตรอนหนึ่ง (!):

การประยุกต์อิเล็กโทรไลซิส

วิธีอิเล็กโทรไลต์เพื่อให้ได้โลหะบริสุทธิ์ (การกลั่น, การกลั่น) อิเล็กโทรไลซิสพร้อมกับการละลายของขั้วบวก

ตัวอย่างที่ดีคือการทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า (การกลั่น) ของทองแดง ทองแดงที่ได้รับโดยตรงจากแร่จะถูกหล่อลงในแผ่นและวางเป็นขั้วบวกในสารละลาย CuSO 4 ด้วยการเลือกแรงดันไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดของอ่าง (0.20-0.25 V) จึงมั่นใจได้ว่ามีเพียงทองแดงที่เป็นโลหะเท่านั้นที่ถูกปล่อยออกมาที่แคโทด ในกรณีนี้สิ่งเจือปนจากต่างประเทศจะเข้าสู่สารละลาย (โดยไม่ถูกปล่อยออกมาที่แคโทด) หรือตกลงไปที่ด้านล่างของอ่างในรูปของตะกอน ("ตะกอนแอโนด") แคตไอออนของสารแอโนดจะรวมกับแอนไอออน SO 4 2 และที่แรงดันไฟฟ้านี้ มีเพียงทองแดงที่เป็นโลหะเท่านั้นที่ถูกปล่อยออกมาที่แคโทด ดูเหมือนว่าขั้วบวกจะ "ละลาย" การทำให้บริสุทธิ์นี้ทำให้เรามีความบริสุทธิ์ถึง 99.99% (“สี่เก้า”) โลหะมีค่า (ทอง Au, เงิน Ag) ก็บริสุทธิ์เช่นกัน (การกลั่น)

ปัจจุบัน อลูมิเนียม (Al) ทั้งหมดถูกขุดด้วยไฟฟ้า (จากการหลอมอะลูมิเนียม)

การชุบด้วยไฟฟ้า

การชุบด้วยไฟฟ้า – สาขาไฟฟ้าเคมีประยุกต์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเคลือบโลหะบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ทั้งที่เป็นโลหะและไม่ใช่โลหะ เมื่อกระแสไฟฟ้าตรงผ่านสารละลายเกลือของพวกมัน เทคโนโลยีการชุบด้วยไฟฟ้าแบ่งออกเป็น การชุบด้วยไฟฟ้า และ การผ่าตัดเสริมด้วยไฟฟ้า .

อิเล็กโทรไลซิสสามารถใช้เพื่อเคลือบวัตถุที่เป็นโลหะด้วยชั้นของโลหะอื่นได้ กระบวนการนี้เรียกว่า การชุบด้วยไฟฟ้า. ความสำคัญทางเทคนิคโดยเฉพาะคือการเคลือบด้วยโลหะที่ออกซิไดซ์ยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการชุบนิเกิลและโครเมียม รวมถึงการชุบเงินและทอง ซึ่งมักใช้เพื่อปกป้องโลหะจากการกัดกร่อน เพื่อให้ได้การเคลือบตามที่ต้องการ วัตถุจะถูกทำความสะอาดอย่างทั่วถึง ลดคราบไขมันให้ดี และวางเป็นแคโทดในอ่างอิเล็กโทรไลต์ที่มีเกลือของโลหะที่ต้องการเคลือบวัตถุ สำหรับการเคลือบที่สม่ำเสมอยิ่งขึ้น จะเป็นประโยชน์ถ้าใช้แผ่นสองแผ่นเป็นขั้วบวกโดยวางวัตถุไว้ระหว่างแผ่นเหล่านั้น

นอกจากนี้ ด้วยกระแสไฟฟ้า คุณไม่เพียงแต่สามารถเคลือบวัตถุด้วยโลหะชั้นหนึ่งหรืออีกชั้นหนึ่งเท่านั้น แต่ยังสามารถทำสำเนาโลหะนูนของวัตถุเหล่านั้นได้ด้วย (เช่น เหรียญ เหรียญรางวัล) กระบวนการนี้คิดค้นโดยนักฟิสิกส์และวิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซียซึ่งเป็นสมาชิกของ Russian Academy of Sciences Boris Semenovich Jacobi (1801-1874) ในวัยสี่สิบของศตวรรษที่ 19 และเรียกว่า การชุบด้วยไฟฟ้า . ในการทำสำเนาภาพนูนของวัตถุ ขั้นแรกหล่อจะต้องทำจากวัสดุพลาสติกบางชนิด เช่น ขี้ผึ้ง การหล่อนี้ถูด้วยกราไฟท์และแช่ในอ่างอิเล็กโทรไลต์เป็นแคโทด โดยมีชั้นโลหะเกาะอยู่ ใช้ในการพิมพ์ในการผลิตแบบฟอร์มสิ่งพิมพ์

นอกเหนือจากที่กล่าวข้างต้น อิเล็กโทรไลซิสยังพบการใช้งานในด้านอื่นๆ:

การได้รับฟิล์มป้องกันออกไซด์บนโลหะ (อโนไดซ์)

การรักษาพื้นผิวเคมีไฟฟ้าของผลิตภัณฑ์โลหะ (การขัดเงา);

การพ่นสีเคมีไฟฟ้าของโลหะ (เช่น ทองแดง ทองเหลือง สังกะสี โครเมียม ฯลฯ)

การทำน้ำให้บริสุทธิ์คือการกำจัดสิ่งสกปรกที่ละลายน้ำได้ออกไป ผลลัพธ์ที่ได้คือสิ่งที่เรียกว่าน้ำอ่อน (คุณสมบัติคล้ายกับน้ำกลั่น)

การลับคมเครื่องมือตัดด้วยเคมีไฟฟ้า (เช่น มีดผ่าตัด มีดโกน ฯลฯ)

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้:

1. Gurevich A.E. “ ฟิสิกส์ ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8" มอสโกสำนักพิมพ์ "Drofa" 1999

2. Gabrielyan O. S. “เคมี ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8" มอสโกสำนักพิมพ์ "Drofa" 1997

3. “หนังสือเรียนฟิสิกส์เบื้องต้น เรียบเรียงโดยนักวิชาการ G. S. Landsberg - เล่มที่ 2 - ไฟฟ้าและแม่เหล็ก” มอสโก "วิทยาศาสตร์" 2515

4. เอริก เอ็ม. โรเจอร์ส "ฟิสิกส์สำหรับจิตใจที่อยากรู้อยากเห็น (วิธีการ ธรรมชาติ และปรัชญาของวิทยาศาสตร์กายภาพ)" "สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน" พ.ศ. 2509 เล่มที่ 3 - ไฟฟ้าและแม่เหล็ก การแปลมอสโก “โลก” 1971

5. A. N. Remizov “ หลักสูตรฟิสิกส์อิเล็กทรอนิกส์และไซเบอร์เนติกส์สำหรับสถาบันการแพทย์” มอสโก "โรงเรียนมัธยม" 2525

ของเหลวก็เหมือนกับสารอื่นๆ ที่สามารถเป็นตัวนำ เซมิคอนดักเตอร์ และไดอิเล็กทริกได้ ตัวอย่างเช่น น้ำกลั่นจะเป็นอิเล็กทริก และสารละลายและการละลายของอิเล็กโทรไลต์จะเป็นตัวนำ สารกึ่งตัวนำจะเป็นเช่นซีลีเนียมหลอมเหลวหรือซัลไฟด์ละลาย

การนำไอออนิก

การแยกตัวด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการสลายตัวของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์ให้เป็นไอออนภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของโมเลกุลน้ำขั้วโลก ระดับการแยกตัวคือสัดส่วนของโมเลกุลที่แตกตัวออกเป็นไอออนในสารที่ละลาย

ระดับการแยกตัวจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความเข้มข้นของสารละลาย คุณสมบัติของตัวทำละลาย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ระดับการแยกตัวก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

หลังจากที่โมเลกุลถูกแยกออกเป็นไอออน พวกมันจะเคลื่อนที่แบบสุ่ม ในกรณีนี้ไอออนสองตัวที่มีสัญญาณต่างกันสามารถรวมตัวกันใหม่ได้นั่นคือพวกมันสามารถรวมตัวเป็นโมเลกุลที่เป็นกลางได้อีกครั้ง ในกรณีที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงภายนอกในสารละลาย ควรสร้างสมดุลไดนามิก ด้วยจำนวนโมเลกุลที่แตกออกเป็นไอออนต่อหน่วยเวลาจะเท่ากับจำนวนโมเลกุลที่จะรวมตัวกันอีกครั้ง

ตัวพาประจุในสารละลายที่เป็นน้ำและการละลายของอิเล็กโทรไลต์จะเป็นไอออน หากภาชนะที่มีสารละลายหรือละลายเชื่อมต่อกับวงจร ไอออนที่มีประจุบวกจะเริ่มเคลื่อนที่ไปทางแคโทดและไอออนลบ - ไปทางขั้วบวก จากการเคลื่อนไหวนี้ กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้น การนำไฟฟ้าชนิดนี้เรียกว่าการนำไฟฟ้าแบบไอออนิก

นอกจากการนำไอออนิกในของเหลวแล้ว ยังสามารถนำไฟฟ้าได้ด้วย การนำไฟฟ้าประเภทนี้เป็นลักษณะเฉพาะ เช่น ของโลหะเหลว ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ด้วยการนำไอออนิก การผ่านของกระแสจะสัมพันธ์กับการถ่ายโอนของสสาร

กระแสไฟฟ้า

สารที่เป็นส่วนหนึ่งของอิเล็กโทรไลต์จะเกาะอยู่บนอิเล็กโทรด กระบวนการนี้เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส อิเล็กโทรไลซิสเป็นกระบวนการปล่อยสารที่อิเล็กโทรดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดอกซ์

อิเล็กโทรไลซิสพบการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในด้านฟิสิกส์และเทคโนโลยี เมื่อใช้อิเล็กโทรไลซิส พื้นผิวของโลหะหนึ่งจะถูกเคลือบด้วยชั้นบางๆ ของโลหะอีกชิ้นหนึ่ง เช่น การชุบโครเมียมและการชุบนิเกิล

เมื่อใช้อิเล็กโทรไลซิส คุณสามารถสร้างสำเนาจากพื้นผิวนูนได้ ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องถอดชั้นของโลหะที่เกาะอยู่บนพื้นผิวของอิเล็กโทรดออกได้อย่างง่ายดาย เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ บางครั้งกราไฟท์จึงถูกนำมาใช้กับพื้นผิว

กระบวนการเพื่อให้ได้สารเคลือบที่ลอกออกได้ง่ายเช่นนี้เรียกว่าการชุบด้วยไฟฟ้า วิธีการนี้ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Boris Jacobi เมื่อสร้างร่างกลวงสำหรับมหาวิหารเซนต์ไอแซคในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก