Sıvılarda elektrik akımı. Yüklerin, anyonların ve katyonların hareketi. Sıvılarda elektrik akımı: kökeni, niceliksel ve niteliksel özellikleri Sıvılarda akımı yaratan şey

Serbest elektronların yönlendirilmiş hareketi ile oluşur ve bu durumda iletkenin yapıldığı maddede hiçbir değişiklik meydana gelmez.

Elektrik akımının geçişine, maddelerindeki kimyasal değişikliklerin eşlik etmediği bu tür iletkenlere denir. birinci türden iletkenler. Bunlar tüm metalleri, kömürü ve diğer bazı maddeleri içerir.

Ancak doğada, akımın geçişi sırasında kimyasal olayların meydana geldiği elektrik akımı iletkenleri de vardır. Bu iletkenlere denir ikinci tür iletkenler. Bunlar esas olarak sudaki çeşitli asit, tuz ve alkali çözeltilerini içerir.

Bir cam kaba su döküp birkaç damla sülfürik asit (veya başka bir asit veya alkali) eklerseniz ve ardından iki metal plaka alıp iletkenleri bunlara bağlarsanız, bu plakaları kaba indirir ve bir akım kaynağını iletkenlerin diğer uçlarına anahtar ve ampermetre aracılığıyla bağlandıktan sonra çözeltiden gaz çıkacak ve devre kapalı olduğu sürece sürekli olarak devam edecektir çünkü Asitlenmiş su gerçekten bir iletkendir. Ayrıca plakalar gaz kabarcıklarıyla kaplanmaya başlayacaktır. Bu kabarcıklar daha sonra plakalardan kopacak ve dışarı çıkacak.

Bir elektrik akımı bir çözeltiden geçtiğinde kimyasal değişiklikler meydana gelir ve bunun sonucunda gaz açığa çıkar.

İkinci tür iletkenlere elektrolitler denir ve içinden bir elektrik akımı geçtiğinde elektrolitte meydana gelen olaya da denir.

Bir elektrolite batırılan metal plakalara elektrot adı verilir; bunlardan akım kaynağının pozitif kutbuna bağlanan birine anot, negatif kutba bağlanan diğerine ise katot adı verilir.

Sıvı bir iletkende elektrik akımının geçişini ne belirler? Bu tür çözeltilerde (elektrolitler) bir çözücünün (bu durumda su) etkisi altındaki asit moleküllerinin (alkali, tuz) iki bileşene ayrıldığı ve Molekülün bir parçacığı pozitif elektrik yüküne, diğeri ise negatif elektrik yüküne sahiptir.

Bir molekülün elektrik yükü taşıyan parçacıklarına iyon denir. Bir asit, tuz veya alkali suda çözündüğünde, çözeltide çok sayıda pozitif ve negatif iyon ortaya çıkar.

Artık elektrik akımının neden çözümden geçtiği açıklığa kavuşturulmalı, çünkü akım kaynağına bağlı elektrotlar arasında bir voltaj oluşturuldu, yani biri pozitif, diğeri negatif yüklü olduğu ortaya çıktı. Bu potansiyel farkının etkisi altında, pozitif iyonlar negatif elektrota (katoda), negatif iyonlar ise anoda doğru karışmaya başladı.

Böylece iyonların kaotik hareketi, negatif iyonların bir yönde, pozitif iyonların ise diğer yönde düzenli bir karşı hareketi haline geldi. Bu yük aktarımı işlemi, elektrolit boyunca elektrik akımının akışını oluşturur ve elektrotlar arasında potansiyel bir fark olduğu sürece gerçekleşir. Potansiyel farkın ortadan kalkmasıyla elektrolitten geçen akım durur, iyonların düzenli hareketi bozulur ve kaotik hareket yeniden başlar.

Örnek olarak, içine bakır elektrotlar indirilmiş bir bakır sülfat CuSO4 çözeltisinden bir elektrik akımı geçerken elektroliz olgusunu ele alalım.

Akım bir bakır sülfat çözeltisinden geçtiğinde elektroliz olgusu: C - elektrolitli kap, B - akım kaynağı, C - anahtar

Burada iyonların elektrotlara karşı bir hareketi de olacaktır. Pozitif iyon bakır iyonu (Cu), negatif iyon ise asit kalıntı iyonu (SO4) olacaktır. Katotla temas halinde olan bakır iyonları boşalacak (eksik elektronları bağlayacak), yani nötr saf bakır moleküllerine dönüşecek ve ince (moleküler) bir tabaka şeklinde katot üzerinde biriktirilecektir.

Anoda ulaşan negatif iyonlar da boşaltılır (fazla elektronları bırakırlar). Ancak aynı zamanda anotun bakırı ile kimyasal bir reaksiyona girerler, bunun sonucunda asidik kalıntı SO4'e bir bakır molekülü Cu eklenir ve geri döndürülen bir bakır sülfat CuS O4 molekülü oluşur. elektrolite.

Bu kimyasal işlem uzun sürdüğü için katotta elektrolitten salınan bakır birikir. Bu durumda, katoda giden bakır molekülleri yerine elektrolit, ikinci elektrotun (anot) çözünmesi nedeniyle yeni bakır molekülleri alır.

Bakır elektrotlar yerine çinko elektrotlar alınırsa ve elektrolit çinko sülfat ZnSO4 çözeltisi ise aynı işlem meydana gelir. Çinko ayrıca anottan katoda aktarılacaktır.

Böylece, metallerdeki ve sıvı iletkenlerdeki elektrik akımı arasındaki fark Metallerde yük taşıyıcılarının yalnızca serbest elektronlar, yani negatif yükler olması, elektrolitlerde ise zıt yönlerde hareket eden maddenin zıt yüklü parçacıkları - iyonlar tarafından taşınması gerçeğinde yatmaktadır. Bu yüzden öyle diyorlar Elektrolitler iyonik iletkenlik gösterir.

Elektroliz fenomeni 1837 yılında kimyasal akım kaynaklarının araştırılması ve iyileştirilmesi üzerine çok sayıda deney gerçekleştiren B. S. Jacobi tarafından keşfedildi. Jacobi, bakır sülfat çözeltisine yerleştirilen elektrotlardan birinin içinden elektrik akımı geçtiğinde bakırla kaplandığını buldu.

Bu fenomene denir galvanik kaplama, artık son derece geniş pratik uygulama alanı buluyor. Bunun bir örneği, metal nesnelerin ince bir başka metal tabakasıyla (nikel kaplama, altın kaplama, gümüş kaplama vb.) kaplanmasıdır.

Gazlar (hava dahil) normal koşullar altında elektrik akımını iletmezler. Örneğin birbirine paralel asılı duran çıplaklar, kendilerini bir hava tabakasıyla birbirlerinden izole edilmiş halde buluyorlar.

Bununla birlikte, yüksek sıcaklığın, büyük potansiyel farklılıkların ve diğer nedenlerin etkisi altında, sıvı iletkenler gibi gazlar iyonize olur, yani içlerinde büyük miktarlarda gaz molekülü parçacıkları görünür, bu da elektriğin taşıyıcıları olarak elektriğin geçişini kolaylaştırır. gazdan geçen akım.

Ancak aynı zamanda bir gazın iyonlaşması sıvı bir iletkenin iyonlaşmasından farklıdır. Bir sıvıda bir molekül iki yüklü parçaya ayrışırsa, o zaman gazlarda iyonizasyonun etkisi altında elektronlar her zaman her molekülden ayrılır ve iyon, molekülün pozitif yüklü bir kısmı şeklinde kalır.

Gazın iyonlaşması durduğunda iletkenliği sona erecek, sıvı ise her zaman elektrik akımını iletken olarak kalacaktır. Sonuç olarak, gaz iletkenliği dış nedenlerin etkisine bağlı olarak geçici bir olgudur.

Ancak, adında başka bir tane daha var ark deşarjı veya sadece bir elektrik arkı. Elektrik arkı olgusu 19. yüzyılın başında ilk Rus elektrik mühendisi V.V.

V.V. Petrov, çok sayıda deney yaparak, bir akım kaynağına bağlı iki kömür arasında, parlak ışıkla birlikte havada sürekli bir elektrik boşalmasının meydana geldiğini keşfetti. V.V. Petrov yazılarında bu durumda "karanlık barışın oldukça parlak bir şekilde aydınlatılabileceğini" yazdı. Başka bir Rus elektrik mühendisi Pavel Nikolaevich Yablochkov tarafından pratik olarak uygulanan elektrik ışığı ilk kez bu şekilde elde edildi.

Çalışması elektrik arkının kullanımına dayanan Yablochkov Mumu, o günlerde elektrik mühendisliğinde gerçek bir devrim yarattı.

Ark deşarjı günümüzde hala ışık kaynağı olarak, örneğin spot ışıklarında ve projeksiyon cihazlarında kullanılmaktadır. Ark deşarjının yüksek sıcaklığı bunun için kullanılmasına izin verir. Şu anda, çok yüksek bir akımla çalışan ark fırınları bir dizi endüstride kullanılmaktadır: çelik, dökme demir, ferroalyajlar, bronz vb. eritmek için. Ve 1882'de N.N. Benardos, metali kesmek ve kaynaklamak için ilk kez ark deşarjını kullandı.

Gaz lambası tüplerinde, floresan lambalarda, voltaj dengeleyicilerde, sözde kızdırma gazı deşarjı.

Elektrotları cilalı yüzeye sahip iki metal top olan bir bilye aralığı kullanılarak büyük potansiyel farklarını ölçmek için bir kıvılcım deşarjı kullanılır. Toplar birbirinden ayrılır ve onlara ölçülmüş bir potansiyel fark uygulanır. Daha sonra toplar, aralarında bir kıvılcım atlayana kadar birbirine yaklaştırılır. Topların çapını, aralarındaki mesafeyi, basıncı, sıcaklığı ve havanın nemini bilerek, özel tablolar kullanarak toplar arasındaki potansiyel farkı bulun. Bu yöntem, onbinlerce volt mertebesindeki potansiyel farkları yüzde birkaç doğrulukla ölçebilir.

Herkes elektrik akımının tanımını biliyor. Yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketi olarak temsil edilir. Farklı ortamlardaki bu tür hareketlerin temel farklılıkları vardır. Bu olgunun temel bir örneği olarak sıvılardaki elektrik akımının akışı ve yayılımı düşünülebilir. Bu tür olaylar çeşitli özelliklerle karakterize edilir ve çeşitli sıvıların etkisi altında olmayan normal koşullar altında meydana gelen yüklü parçacıkların düzenli hareketinden ciddi şekilde farklıdır.

Şekil 1. Sıvılarda elektrik akımı. Author24 - öğrenci çalışmalarının çevrimiçi değişimi

Sıvılarda elektrik akımının oluşumu

Elektrik akımı iletme işlemi metal cihazlar (iletkenler) aracılığıyla gerçekleştirilmesine rağmen, sıvılardaki akım, belirli bir nedenden dolayı benzer atom ve molekülleri kazanmış veya kaybetmiş yüklü iyonların hareketine bağlıdır. Böyle bir hareketin göstergesi, iyonların geçtiği belirli bir maddenin özelliklerindeki değişikliktir. Bu nedenle, çeşitli sıvılarda akımın oluşumuna ilişkin spesifik bir kavram oluşturmak için elektrik akımının temel tanımına güvenmek gerekir. Negatif yüklü iyonların ayrışmasının, pozitif değerlere sahip bir akım kaynağı bölgesine doğru hareketi teşvik ettiği belirlenmiştir. Bu tür işlemlerde pozitif yüklü iyonlar ters yönde - negatif akım kaynağına doğru hareket edecektir.

Sıvı iletkenler üç ana tipe ayrılır:

• yarı iletkenler;
• dielektrikler;
• iletkenler.

Tanım 1

Elektrolitik ayrışma, belirli bir çözeltinin moleküllerinin negatif ve pozitif yüklü iyonlara ayrışması işlemidir.

Kullanılan sıvıların bileşiminde ve kimyasal özelliklerinde bir değişiklik sonrasında sıvılarda elektrik akımının oluşabileceği tespit edilebilir. Bu, geleneksel bir metal iletken kullanıldığında elektrik akımının başka yollarla yayılması teorisiyle tamamen çelişir.

Faraday'ın deneyleri ve elektrolizi

Sıvılardaki elektrik akımının akışı, yüklü iyonların hareketinin bir ürünüdür. Sıvılarda elektrik akımının oluşması ve yayılmasıyla ilgili problemler, ünlü bilim adamı Michael Faraday'ın çalışmasının sebebi oldu. Çok sayıda pratik çalışmanın yardımıyla, elektroliz işlemi sırasında salınan maddenin kütlesinin zamana ve elektriğe bağlı olduğuna dair kanıtlar bulabildi. Bu durumda deneylerin yapıldığı zaman önemlidir.

Bilim adamı ayrıca elektroliz sürecinde belirli bir miktarda madde salınırken aynı miktarda elektrik yükünün gerekli olduğunu da bulmayı başardı. Bu miktar doğru bir şekilde belirlenmiş ve Faraday sayısı adı verilen sabit bir değerde sabitlenmiştir.

Sıvılarda elektrik akımının yayılma koşulları farklıdır. Su molekülleri ile etkileşime girer. Geleneksel bir metal iletken kullanılarak yapılan deneylerde gözlemlenmeyen iyonların tüm hareketini önemli ölçüde engellerler. Bundan, elektrolitik reaksiyonlar sırasında akım üretiminin o kadar büyük olmayacağı sonucu çıkmaktadır. Ancak çözeltinin sıcaklığı arttıkça iletkenlik giderek artar. Bu, elektrik akımının voltajının arttığı anlamına gelir. Ayrıca elektroliz işlemi sırasında, kullanılan madde veya çözücünün molekül sayısının çokluğu nedeniyle belirli bir molekülün negatif veya pozitif iyon yüklerine parçalanma olasılığının arttığı fark edildi. Çözelti belirli bir normun üzerindeki iyonlarla doyurulduğunda ters işlem meydana gelir. Çözeltinin iletkenliği tekrar azalmaya başlar.

Şu anda, elektroliz işlemi bilim ve üretimin birçok alanında ve alanında uygulama alanı bulmuştur. Endüstriyel işletmeler bunu metal üretiminde veya işlenmesinde kullanır. Elektrokimyasal reaksiyonlar şunları içerir:

• tuzların elektrolizi;
• elektrokaplama;
• yüzeylerin parlatılması;
• diğer redoks işlemleri.

Vakum ve sıvılarda elektrik akımı

Elektrik akımının sıvılarda ve diğer ortamlarda yayılması, kendine has özellikleri, özellikleri ve özellikleri olan oldukça karmaşık bir süreçtir. Gerçek şu ki, bu tür ortamlarda vücutlarda tamamen hiçbir yük yoktur, bu yüzden bunlara genellikle dielektrik denir. Araştırmanın temel amacı atomların ve moleküllerin hareket etmeye başlayabileceği koşulları yaratmak ve elektrik akımı üretme sürecini başlatmaktı. Bunun için özel mekanizmalar veya cihazlar kullanmak gelenekseldir. Bu tür modüler cihazların ana elemanı metal plakalar formundaki iletkenlerdir.

Akımın ana parametrelerini belirlemek için iyi bilinen teorileri ve formülleri kullanmak gerekir. En yaygın olanı Ohm kanunudur. Akımın gerilime bağımlılığı ilkesinin uygulandığı evrensel bir amper karakteristiği görevi görür. Gerilimin Amper birimiyle ölçüldüğünü hatırlayın.

Su ve tuzla deneyler yapmak için tuzlu su içeren bir kap hazırlamak gerekir. Bu, sıvılarda elektrik akımının oluşması sırasında meydana gelen süreçlerin pratik ve görsel olarak anlaşılmasını sağlayacaktır. Kurulumda ayrıca dikdörtgen elektrotlar ve güç kaynakları bulunmalıdır. Deneylere tam ölçekli hazırlık için amper kurulumuna sahip olmanız gerekir. Enerjinin güç kaynağından elektrotlara iletilmesine yardımcı olacaktır.

Metal plakalar iletken görevi görecektir. Kullanılan sıvıya batırılırlar ve ardından voltaj uygulanır. Parçacıkların hareketi hemen başlar. Kaotik bir şekilde gerçekleşir. İletkenler arasında bir manyetik alan oluştuğunda, parçacık hareketinin tüm süreçleri düzenlenir.

İyonlar yükleri değiştirmeye ve birleşmeye başlar. Böylece katotlar anotlara, anotlar da katotlara dönüşür. Bu süreçte dikkate alınması gereken birkaç önemli faktör daha vardır:

• ayrışma düzeyi;
• sıcaklık;
• elektrik direnci;
• alternatif veya doğru akım kullanımı.

Deneyin sonunda plakaların üzerinde bir tuz tabakası oluşur.

Hemen hemen herkes elektrik akımının tanımını bilir. Ancak asıl mesele elektrik akımının kökeninin ve farklı ortamlardaki hareketinin birbirinden oldukça farklı olmasıdır. Özellikle sıvılardaki elektrik akımı, aynı metal iletkenlerden bahsettiğimizden biraz farklı özelliklere sahiptir.

Temel fark, sıvılardaki akımın, yüklü iyonların, yani herhangi bir nedenden ötürü elektron kaybetmiş veya kazanmış atomların ve hatta moleküllerin hareketi olmasıdır. Üstelik bu hareketin göstergelerinden biri de bu iyonların geçtiği maddenin özelliklerinin değişmesidir. Elektrik akımının tanımına dayanarak, ayrışma sırasında negatif yüklü iyonların pozitif ve pozitif olanlara, tam tersine negatife doğru hareket edeceğini varsayabiliriz.

Çözelti moleküllerinin pozitif ve negatif yüklü iyonlara ayrışması sürecine bilimde elektrolitik ayrışma denir. Böylece, sıvılardaki elektrik akımı, aynı metal iletkenin aksine, bu sıvıların bileşiminin ve kimyasal özelliklerinin değişmesi nedeniyle ortaya çıkar ve bu da yüklü iyonların hareketi ile sonuçlanır.

Sıvılardaki elektrik akımı, kökeni, niceliksel ve niteliksel özellikleri, ünlü fizikçi M. Faraday'ın uzun süre üzerinde çalıştığı temel sorunlardan biriydi. Özellikle, çok sayıda deneyin yardımıyla, elektroliz sırasında açığa çıkan maddenin kütlesinin doğrudan elektrik miktarına ve bu elektrolizin gerçekleştirildiği süreye bağlı olduğunu kanıtlayabildi. Bu kütle maddenin cinsi dışında başka hiçbir sebebe bağlı değildir.

Ayrıca Faraday, sıvılardaki akımı inceleyerek deneysel olarak elektroliz sırasında herhangi bir maddenin bir kilogramının salınması için aynı miktarın gerekli olduğunu buldu. 9.65.10 7 k.'ye eşit olan bu miktara Faraday sayısı adı verildi.

Metal iletkenlerin aksine, sıvılardaki elektrik akımı çevrelenir ve bu da maddenin iyonlarının hareketini önemli ölçüde engeller. Bu bakımdan herhangi bir elektrolitte yalnızca küçük bir voltaj akımı üretilebilir. Aynı zamanda çözeltinin sıcaklığı artarsa ​​iletkenliği artar ve alan artar.

Elektrolizin başka ilginç bir özelliği daha var. Bütün mesele şu ki, maddenin kendisinin ve çözücünün molekül sayısı ne kadar fazla olursa, belirli bir molekülün pozitif ve negatif yüklü iyonlara parçalanma olasılığı da o kadar yüksek olur. Aynı zamanda belirli bir anda çözelti iyonlarla aşırı doygun hale gelir ve ardından çözeltinin iletkenliği azalmaya başlar. Dolayısıyla en güçlü iyon konsantrasyonunun son derece düşük olduğu bir çözeltide meydana gelecektir, ancak bu tür çözeltilerdeki elektrik akımı yoğunluğu son derece düşük olacaktır.

Elektroliz işlemi, elektrokimyasal reaksiyonlarla ilişkili çeşitli endüstriyel işlemlerde geniş uygulama alanı bulmuştur. Bunlardan en önemlileri elektrolitler kullanılarak metal üretimi, klor ve türevlerini içeren tuzların elektrolizi, redoks reaksiyonları, hidrojen gibi gerekli bir maddenin üretimi, yüzey cilalaması ve elektrokaplamadır. Örneğin, birçok mekanik ve alet yapım işletmesinde, metalin gereksiz yabancı maddeler olmadan üretilmesi anlamına gelen rafinasyon yöntemi çok yaygındır.

Sıvılardaki elektrik akımı pozitif ve negatif iyonların hareketinden kaynaklanır. Elektronların hareket ettiği iletkenlerdeki akımın aksine. Dolayısıyla, eğer bir sıvıda iyon yoksa, o zaman bu bir dielektriktir, örneğin damıtılmış sudur. Yük taşıyıcılar bir maddenin iyonları yani molekülleri ve atomları olduğundan, böyle bir sıvıdan elektrik akımı geçtiğinde kaçınılmaz olarak maddenin kimyasal özelliklerinin değişmesine yol açacaktır.

Bir sıvıda pozitif ve negatif iyonlar nereden gelir? Hemen söyleyelim ki, tüm sıvılar yük taşıyıcısı oluşturma yeteneğine sahip değildir. İçinde göründükleri kişilere elektrolitler denir. Bunlar asit ve alkali tuzlarının çözeltilerini içerir. Örneğin tuzu suda çözerken sofra tuzu alın NaCl bir çözücünün, yani suyun etkisi altında pozitif bir iyona ayrışır Hayır katyon ve negatif iyon denir Cl anyon denir. İyon oluşumu sürecine elektrolitik ayrışma denir.

Bir deney yapalım; bunun için bir cam şişeye, iki metal elektrota, bir ampermetreye ve bir doğru akım kaynağına ihtiyacımız olacak. Şişeyi sudaki sofra tuzu çözeltisiyle dolduracağız. Daha sonra bu çözeltiye iki adet dikdörtgen elektrot yerleştiriyoruz. Elektrotları bir ampermetre aracılığıyla doğru akım kaynağına bağlarız.

Şekil 1 - Tuz solüsyonlu şişe

Akım açıldığında, tuz iyonlarının etkisi altında hareket etmeye başlayacağı plakalar arasında bir elektrik alanı oluşacaktır. Pozitif iyonlar katoda, negatif iyonlar ise anoda doğru ilerleyecektir. Aynı zamanda kaotik bir hareket yapacaklar. Ama aynı zamanda alanın etkisi altında, ona düzenli bir şeyler eklenecektir.

Yalnızca elektronların, yani tek tür yükün hareket ettiği iletkenlerin aksine, elektrolitlerde iki tür yük hareket eder. Bunlar pozitif ve negatif iyonlardır. Birbirlerine doğru hareket ediyorlar.

Pozitif sodyum iyonu katoda ulaştığında eksik elektronu kazanacak ve bir sodyum atomuna dönüşecektir. Klor iyonunda da benzer bir süreç meydana gelecektir. Klor iyonu ancak anoda ulaştığında bir elektron vererek klor atomuna dönüşecektir. Böylece elektronların hareketi nedeniyle dış devrede akım korunur. Ve bir elektrolitte iyonların elektronları bir kutuptan diğerine aktardığı görülüyor.

Elektrolitlerin elektriksel direnci oluşan iyonların sayısına bağlıdır. Güçlü elektrolitler çözündüğünde çok yüksek bir ayrışma oranına sahiptir. Zayıfların değeri düşüktür. Sıcaklık aynı zamanda elektrolitin elektriksel direncini de etkiler. Arttıkça sıvının viskozitesi azalır ve ağır ve hantal iyonlar daha hızlı hareket etmeye başlar. Buna bağlı olarak direnç azalır.

Sofra tuzu çözeltisi bir bakır sülfat çözeltisi ile değiştirilirse. Daha sonra üzerinden akım geçtiğinde bakır katyonu katoda ulaşıp oradaki eksik elektronları aldığında bakır atomuna indirgenecektir. Ve bundan sonra elektrodu çıkarırsanız, üzerinde bakır birikintileri bulabilirsiniz. Bu işleme elektroliz denir.

« Fizik - 10. sınıf"

Boşlukta elektrik akımının taşıyıcıları nelerdir?
Hareketlerinin doğası nedir?

Sıvılar, katılar gibi dielektrik, iletken ve yarı iletken olabilir. Dielektrikler damıtılmış suyu içerir, iletkenler ise elektrolitlerin çözeltilerini ve eriyiklerini içerir: asitler, alkaliler ve tuzlar. Sıvı yarı iletkenler erimiş selenyum, erimiş sülfürler vb.'dir.

Elektrolitik ayrışma.

Elektrolitler, polar su moleküllerinin elektrik alanının etkisi altında çözündüğünde, elektrolit molekülleri iyonlara ayrışır.

Polar su moleküllerinin elektrik alanının etkisi altında moleküllerin iyonlara parçalanmasına denir. elektrolitik ayrışma.

Ayrışma derecesi- çözünmüş bir maddedeki iyonlara parçalanan moleküllerin oranı.

Ayrışmanın derecesi sıcaklığa, çözelti konsantrasyonuna ve çözücünün elektriksel özelliklerine bağlıdır.

Sıcaklık arttıkça ayrışma derecesi artar ve sonuç olarak pozitif ve negatif yüklü iyonların konsantrasyonu artar.

Farklı işaretlerdeki iyonlar bir araya geldiğinde tekrar nötr moleküller halinde birleşebilirler.

Sabit koşullar altında, çözeltide, saniyede iyonlara parçalanan molekül sayısının, aynı zamanda nötr moleküllere yeniden birleşen iyon çiftlerinin sayısına eşit olduğu dinamik bir denge kurulur.

İyonik iletkenlik.

Sulu çözeltilerdeki veya elektrolit eriyiklerindeki yük taşıyıcıları pozitif ve negatif yüklü iyonlardır.

Elektrolit çözeltisi olan bir kap bir elektrik devresine bağlanırsa, negatif iyonlar pozitif elektroda - anoda ve pozitif iyonlar - negatife - katoda hareket etmeye başlayacaktır. Sonuç olarak devreden bir elektrik akımı akacaktır.

İyonlar tarafından gerçekleştirilen sulu çözeltilerin veya elektrolit eriyiklerinin iletkenliğine denir. iyonik iletkenlik.

Elektroliz.İyonik iletimde akımın geçişi maddenin aktarımıyla ilişkilidir. Elektrotlarda elektrolitleri oluşturan maddeler açığa çıkar. Anotta negatif yüklü iyonlar fazladan elektronlarını verirler (kimyada buna oksidasyon reaksiyonu denir) ve katotta pozitif iyonlar eksik elektronları alır (indirgeme reaksiyonu).

Sıvılar ayrıca elektronik iletkenliğe de sahip olabilir. Örneğin sıvı metaller böyle bir iletkenliğe sahiptir.

Redoks reaksiyonlarıyla ilişkili olarak elektrotta bir maddenin salınması sürecine denir. elektroliz.

Belirli bir süre içinde salınan bir maddenin kütlesini ne belirler? Açığa çıkan maddenin m kütlesinin, bir iyonun m 0i kütlesinin, Δt süresi boyunca elektroda ulaşan iyonların N i sayısı ile çarpımına eşit olduğu açıktır:

m = m 0i N ben . (16.3)

İyon m 0i'nin kütlesi şuna eşittir:

burada M, maddenin molar (veya atomik) kütlesidir ve NA, Avogadro sabitidir, yani bir moldeki iyon sayısıdır.

Elektrota ulaşan iyonların sayısı eşittir

burada Δq = IΔt, Δt süresi boyunca elektrolitten geçen yüktür; q 0i, atomun değerlik n'si tarafından belirlenen iyonun yüküdür: q 0i = ne (e, temel yüktür). Tek değerlikli atomlardan (n = 1) oluşan KBr gibi moleküllerin ayrışması sırasında K + ve Br - iyonları ortaya çıkar. Bakır sülfat moleküllerinin ayrışması, çift yüklü Cu2+ ve SO2-4 iyonlarının (n = 2) ortaya çıkmasına neden olur. (16.4) ve (16.5) ifadelerini formül (16.3)'te değiştirerek ve Δq = IΔt, a q 0i = ne olduğunu dikkate alarak şunu elde ederiz:

Faraday yasası.

Maddenin kütlesi m ile elektrolitten geçen Δq = IΔt yükü arasındaki orantı katsayısını k ile gösterelim:

burada F = eN A = 9,65 10 4 C/mol - Faraday sabiti.

K katsayısı, maddenin doğasına bağlıdır (M ve n değerleri). Formül (16.6)'ya göre elimizde

m = kIΔt. (16.8)

Faraday'ın elektroliz yasası:

Δt süresi boyunca elektrot üzerinde salınan maddenin kütlesi. bir elektrik akımı geçtiğinde akımın şiddeti ve zamanla orantılıdır.

Teorik olarak elde edilen bu ifade ilk kez Faraday tarafından deneysel olarak ortaya konmuştur.

Formül (16.8)'deki k miktarına denir elektrokimyasal eşdeğer bu maddenin ve şu şekilde ifade edilir: kolye başına kilogram(kg/Cl).

Formül (16.8)'den k katsayısının, iyonlar 1 C'ye eşit bir yük aktardığında elektrotlar üzerinde salınan maddenin kütlesine sayısal olarak eşit olduğu açıktır.

Elektrokimyasal eşdeğerinin basit bir fiziksel anlamı vardır. M/N A = m 0i ve еn = q 0i olduğundan, formül (16.7)'ye göre k = rn 0i /q 0i, yani k, iyonun kütlesinin yüküne oranıdır.

M ve Δq değerlerini ölçerek çeşitli maddelerin elektrokimyasal eşdeğerlerini belirlemek mümkündür.

Faraday yasasının geçerliliğini deneysel olarak doğrulayabilirsiniz. Şekil (16.25)'de gösterilen kurulumu yapalım. Her üç elektrolitik banyo da aynı elektrolit çözeltisiyle doldurulmuştur ancak içlerinden geçen akımlar farklıdır. Mevcut güçlü yönlerimizi I1, I2, I3 ile gösterelim. O zaman ben 1 = ben 2 + ben 3. Farklı banyolardaki elektrotlar üzerinde salınan maddelerin m 1 , m 2 , m 3 kütleleri ölçülerek bunların karşılık gelen akım güçleri I 1 , I 2 , I 3 ile orantılı oldukları doğrulanabilir.

Elektron yükünün belirlenmesi.

Elektrotun yükünü belirlemek için elektrot üzerinde salınan maddenin kütlesine ilişkin formül (16.6) kullanılabilir. Bu formülden elektron yükünün modülünün şuna eşit olduğu sonucu çıkar:

IΔt yükünün geçişi sırasında salınan maddenin m kütlesini, M molar kütlesini, n atomun değerliliğini ve Avogadro sabiti NA'yı bilerek, elektron yükünün modülünün değerini bulabiliriz. e = 1,6 10 -19 C'ye eşit olduğu ortaya çıktı.

Temel elektrik yükünün değeri ilk kez 1874'te bu şekilde elde edildi.

Elektroliz uygulaması. Elektroliz teknolojide çeşitli amaçlarla yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir metalin yüzeyini elektrolitik olarak diğerinin ince bir tabakasıyla kaplayın ( nikel kaplama, krom kaplama, altın kaplama ve benzeri.). Bu dayanıklı kaplama yüzeyi korozyona karşı korur. Elektrolitik kaplamanın metalin biriktirildiği yüzeyden iyi bir şekilde soyulmasını sağlarsanız (bu, örneğin yüzeye grafit uygulanarak elde edilir), o zaman kabartma yüzeyinden bir kopya alabilirsiniz.

Soyulabilir kaplamalar elde etme süreci - elektrotip- 1836'da St. Petersburg'daki St. Isaac Katedrali için içi boş figürler yapmak için bu yöntemi kullanan Rus bilim adamı B. S. Jacobi (1801-1874) tarafından geliştirildi.

Daha önce, baskı endüstrisinde, matrislerin üzerine kalın bir demir veya başka bir madde tabakasının biriktirildiği matrislerden (plastik bir malzeme üzerinde bir tür baskı) bir rölyef yüzeyinden (klişeler) kopyalar elde ediliyordu. Bu, setin gerekli sayıda kopya halinde çoğaltılmasını mümkün kıldı.

Elektroliz kullanılarak metaller yabancı maddelerden arındırılır. Böylece cevherden elde edilen ham bakır kalın levhalar halinde dökülerek anot olarak banyoya yerleştirilir. Elektroliz sırasında anottaki bakır çözülür, değerli ve nadir metalleri içeren yabancı maddeler dibe düşer ve katotta saf bakır yerleşir.

Elektroliz kullanılarak erimiş boksitten alüminyum elde edilir. Alüminyumu ucuz ve demirle birlikte teknolojide ve günlük yaşamda en yaygın hale getiren de bu üretim yöntemiydi.

Elektroliz kullanılarak tüm elektronik ürünlerin temelini oluşturan elektronik devre kartları elde edilir. Dielektrik üzerine ince bir bakır plaka yapıştırılır ve üzerine karmaşık bir bağlantı teli deseni özel boya ile boyanır. Daha sonra plaka, bakır tabakanın boyayla kaplanmayan alanlarının kazındığı bir elektrolite yerleştirilir. Bundan sonra boya yıkanır ve mikro devrenin detayları tahtada belirir.