Sıvılarda elektrik akımı. Yüklerin, anyonların ve katyonların hareketi. Sıvılarda elektrik akımı - teori, elektroliz Sıvılarda akım akışının mekanizması

« 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.

Kesinlikle herkes sıvıların elektrik enerjisini iyi iletebildiğini bilir. Ayrıca tüm iletkenlerin türlerine göre çeşitli alt gruplara ayrıldığı da bilinen bir gerçektir. Makalemizde sıvılarda, metallerde ve diğer yarı iletkenlerde elektrik akımının nasıl gerçekleştirildiğinin yanı sıra elektroliz yasalarını ve türlerini de ele almayı öneriyoruz.

Elektroliz teorisi

Bahsettiğimiz şeyin anlaşılmasını kolaylaştırmak için teoriyle başlamayı öneriyoruz; elektrik yükünü bir tür sıvı olarak düşünürsek, elektrik 200 yılı aşkın süredir bilinmektedir. Yükler bireysel elektronlardan oluşur, ancak bunlar o kadar küçüktür ki büyük yükler sürekli bir sıvı akışı gibi davranır.

Katı cisimler gibi sıvı iletkenler de üç tipte olabilir:

• yarı iletkenler (selenyum, sülfürler ve diğerleri);
• dielektrikler (alkali çözeltiler, tuzlar ve asitler);
• iletkenler (örneğin plazmada).

Elektrik molar alanının etkisi altında elektrolitlerin çözündüğü ve iyonların parçalandığı sürece ayrışma denir. Buna karşılık, iyonlara bozunan moleküllerin veya çözünen maddedeki bozunmuş iyonların oranı tamamen çeşitli iletkenlerin ve eriyiklerin fiziksel özelliklerine ve sıcaklığına bağlıdır. İyonların yeniden birleşebileceğini veya tekrar bir araya gelebileceğini hatırlamak önemlidir. Koşullar değişmezse bozunmuş ve birleşmiş iyonların sayısı eşit oranda orantılı olacaktır.

İyonlar elektrolitlerde enerji iletirler çünkü hem pozitif hem de negatif yüklü parçacıklar olabilirler. Sıvı (veya daha doğrusu sıvı içeren kap güç kaynağına bağlandığında), parçacıklar zıt yüklere doğru hareket etmeye başlayacaktır (pozitif iyonlar katotlara, negatif iyonlar ise anotlara çekilmeye başlayacaktır). Bu durumda enerji doğrudan iyonlar tarafından taşınır, dolayısıyla bu tür iletkenliğe iyonik denir.

Bu tür iletim sırasında akım iyonlar tarafından taşınır ve elektrotlarda elektrolit bileşenleri olan maddeler salınır. Kimyasal açıdan düşünürsek oksidasyon ve redüksiyon meydana gelir. Böylece gaz ve sıvılardaki elektrik akımı elektroliz kullanılarak taşınır.

Fizik kanunları ve sıvılarda akım

Evlerimizdeki ve ekipmanlarımızdaki elektrik, kural olarak metal tellerle iletilmez. Bir metalde elektronlar atomdan atoma hareket edebilir ve dolayısıyla negatif yük taşıyabilir.

Sıvı olarak, İtalyan bilim adamı Alessandro Volta'nın adını taşıyan volt biriminde voltaj olarak bilinen elektrik voltajı şeklinde taşınırlar.

Video: Sıvılarda elektrik akımı: tam teori

Ayrıca elektrik akımı yüksek gerilimden alçak gerilime doğru akar ve Andre-Marie Ampere'den adını alan amper olarak bilinen birimlerle ölçülür. Ve teoriye ve formüle göre, voltajı artırırsanız gücü de orantılı olarak artacaktır. Bu ilişki Ohm kanunu olarak bilinir. Örnek olarak sanal amper karakteristiği aşağıdadır.

Ohm Yasası (telin uzunluğu ve kalınlığı ile ilgili ek ayrıntılarla birlikte) genellikle fizik derslerinde öğretilen ilk şeylerden biridir; bu nedenle birçok öğrenci ve öğretmen, gazlar ve sıvılardaki elektrik akımını fizikte temel bir yasa olarak ele alır.

Yüklerin hareketini kendi gözlerinizle görmek için, tuzlu su, düz dikdörtgen elektrotlar ve güç kaynakları içeren bir şişe hazırlamanız gerekir; ayrıca enerjinin güçten iletileceği bir ampermetre kurulumuna da ihtiyacınız olacak; elektrotlara besleme.

İletken görevi gören plakalar sıvıya indirilmeli ve voltaj açılmalıdır. Bundan sonra parçacıkların kaotik hareketi başlayacak, ancak tıpkı iletkenler arasında manyetik alanın ortaya çıkmasından sonra olduğu gibi bu işlem de düzenlenecektir.

İyonlar yük alışverişinde bulunmaya ve birleşmeye başlar başlamaz, anotlar katotlara, katotlar ise anotlara dönüşecektir. Ancak burada elektrik direncini dikkate almanız gerekir. Elbette teorik eğri önemli bir rol oynar, ancak asıl etki sıcaklık ve ayrışma seviyesidir (hangi taşıyıcıların seçildiğine bağlı olarak) ve alternatif veya doğru akımın seçilip seçilmediğidir. Bu deneysel çalışmayı tamamladığınızda katı cisimlerin (metal plakalar) üzerinde ince bir tuz tabakasının oluştuğunu fark edebilirsiniz.

Elektroliz ve vakum

Vakum ve sıvılardaki elektrik akımı oldukça karmaşık bir konudur. Gerçek şu ki, bu tür ortamlarda gövdelerde tamamen hiçbir yük yoktur, bu da onun bir dielektrik olduğu anlamına gelir. Yani amacımız elektron atomunun hareketine başlayabilmesi için gerekli koşulları yaratmaktır.

Bunu yapmak için modüler bir cihaz, iletkenler ve metal plakalar kullanmanız ve ardından yukarıdaki yöntemdeki gibi ilerlemeniz gerekir.

Elektroliz Uygulamaları

Bu işlem hayatın hemen her alanında uygulanmaktadır. En temel iş bile bazen sıvılara elektrik akımının müdahalesini gerektirir.

Bu basit işlem kullanılarak katı gövdeler herhangi bir metalden (örneğin nikel veya krom kaplama) ince bir katmanla kaplanır. Bu, korozyon süreçleriyle mücadele etmenin olası yollarından biridir. Transformatörlerin, sayaçların ve diğer elektrikli cihazların imalatında da benzer teknolojiler kullanılmaktadır.

Mantığımızın, sıvılarda elektrik akımı olgusunu incelerken ortaya çıkan tüm soruları yanıtladığını umuyoruz. Daha iyi yanıtlara ihtiyacınız varsa, size ücretsiz olarak tavsiyelerde bulunmaktan mutluluk duyacakları elektrikçiler forumunu ziyaret etmenizi öneririz.

Sıvılar elektriksel özellikleri açısından çok çeşitlidir. Erimiş metaller, katı haldeki metaller gibi, yüksek konsantrasyonda serbest elektronlarla bağlantılı olarak yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir.

Saf su, alkol, gazyağı gibi birçok sıvı, molekülleri elektriksel olarak nötr olduğundan ve serbest yük taşıyıcıları olmadığından iyi dielektriklerdir.

Elektrolitler. Özel bir sıvı sınıfı, inorganik asitlerin, tuzların ve bazların sulu çözeltilerini, iyonik kristallerin eriyiklerini vb. içeren elektrolitlerden oluşur. Elektrolitler, geçişi mümkün kılan yüksek iyon konsantrasyonlarının varlığıyla karakterize edilir. elektrik akımı. Bu iyonlar, erime ve çözünme sırasında, solvent moleküllerinin elektrik alanlarının etkisi altında çözünen maddenin molekülleri ayrı pozitif ve negatif yüklü iyonlara ayrıştığında ortaya çıkar. Bu işleme elektrolitik ayrışma denir.

Elektrolitik ayrışma. Belirli bir maddenin ayrışma derecesi, yani iyonlara ayrılan çözünen moleküllerin oranı sıcaklığa, çözelti konsantrasyonuna ve çözücünün dielektrik sabitine bağlıdır. Sıcaklık arttıkça ayrışma derecesi artar. Zıt işaretli iyonlar yeniden birleşerek nötr moleküllere dönüşebilir. Sabit dış koşullar altında, rekombinasyon ve ayrışma süreçlerinin birbirini telafi ettiği çözümde dinamik bir denge kurulur.

Niteliksel olarak, ayrışma derecesinin a çözünmüş maddenin konsantrasyonuna bağımlılığı aşağıdaki basit argümanlar kullanılarak belirlenebilir. Birim hacim çözünmüş bir maddenin moleküllerini içeriyorsa, bunların bir kısmı ayrışır ve geri kalanı ayrışmaz. Çözeltinin birim hacmi başına temel ayrışma eylemlerinin sayısı, bölünmemiş moleküllerin sayısıyla orantılıdır ve bu nedenle A'nın, elektrolitin doğasına ve sıcaklığa bağlı bir katsayı olduğu yere eşittir. Rekombinasyon olaylarının sayısı, farklı iyonların çarpışma sayısıyla, yani hem bu iyonların hem de diğer iyonların sayısıyla orantılıdır. Bu nedenle, B'nin belirli bir sıcaklıkta belirli bir madde için sabit olan bir katsayı olduğu yere eşittir.

Dinamik denge durumunda

Oran konsantrasyona bağlı değildir. Çözeltinin konsantrasyonu ne kadar düşükse birliğe o kadar yakın olduğu görülebilir: çok seyreltik çözeltilerde çözünen maddenin hemen hemen tüm molekülleri ayrışır.

Çözücünün dielektrik sabiti ne kadar yüksek olursa, çözünen moleküllerdeki iyonik bağlar o kadar zayıflar ve dolayısıyla ayrışma derecesi de o kadar büyük olur. Böylece hidroklorik asit, suda çözündüğünde yüksek elektrik iletkenliğine sahip bir elektrolit üretirken, etil eter içindeki çözeltisi elektriği çok zayıf iletir.

Olağandışı elektrolitler. Ayrıca çok sıra dışı elektrolitler de var. Örneğin elektrolit, çok yüksek viskoziteye sahip, aşırı soğutulmuş bir sıvı olan camdır. Isıtıldığında cam yumuşar ve viskozitesi büyük ölçüde azalır. Camda bulunan sodyum iyonları fark edilir derecede hareketli hale gelir ve elektrik akımının geçişi mümkün hale gelir, ancak normal sıcaklıklarda cam iyi bir yalıtkandır.

Pirinç. 106. Camın ısıtıldığında elektriksel iletkenliğinin gösterilmesi

Bunun açık bir gösterimi, diyagramı Şekil 2'de gösterilen deneyde görülebilir. 106. Bir cam çubuk, bir reostat vasıtasıyla bir aydınlatma ağına bağlanmaktadır. Çubuk soğukken, camın yüksek direnci nedeniyle devredeki akım ihmal edilebilir düzeydedir. Çubuk bir gaz yakıcı ile 300-400 °C sıcaklığa ısıtılırsa, direnci birkaç on ohma düşecek ve L ampulünün filamanı ısınacaktır. Artık K tuşuyla ampule kısa devre yapabilirsiniz. Bu durumda devrenin direnci azalacak ve akım artacaktır. Bu koşullar altında çubuk, elektrik akımıyla etkili bir şekilde ısıtılacak ve brülör çıkarılsa bile parlak bir şekilde parlayana kadar parlayacaktır.

İyonik iletkenlik. Elektrik akımının elektrolitten geçişi Ohm kanunu ile tanımlanır.

Elektrolitteki elektrik akımı, uygulanan keyfi olarak düşük bir voltajda meydana gelir.

Elektrolitteki yük taşıyıcıları pozitif ve negatif yüklü iyonlardır. Elektrolitlerin elektriksel iletkenlik mekanizması birçok yönden yukarıda açıklanan gazların elektriksel iletkenlik mekanizmasına benzer. Temel farklar, gazlarda yük taşıyıcılarının hareketine karşı direncin esas olarak nötr atomlarla çarpışmalarından kaynaklanmasıdır. Elektrolitlerde iyonların hareketliliği, çözücü içinde hareket ederken iç sürtünmeden (viskozite) kaynaklanır.

Sıcaklık arttıkça metallerin aksine elektrolitlerin iletkenliği artar. Bunun nedeni, sıcaklık arttıkça ayrışma derecesinin artması ve viskozitenin azalmasıdır.

Elektrik akımının geçişine maddenin kimyasal bileşiminde herhangi bir değişikliğin eşlik etmediği, metallerin ve yarı iletkenlerin özelliği olan elektronik iletkenliğin aksine, iyonik iletkenlik, maddenin transferi ile ilişkilidir.

ve elektrolitlerde bulunan maddelerin elektrotlar üzerinde salınması. Bu işleme elektroliz denir.

Elektroliz. Elektrot üzerine bir madde salındığında, elektrota bitişik elektrolit bölgedeki karşılık gelen iyonların konsantrasyonu azalır. Böylece ayrışma ve rekombinasyon arasındaki dinamik denge burada bozulur: Elektroliz sonucu maddenin ayrışması burada meydana gelir.

Elektroliz ilk olarak suyun bir voltaik kolondan gelen akımla ayrışması sırasında gözlemlendi. Birkaç yıl sonra ünlü kimyager G. Davy, sodyumu kostik sodadan elektroliz yoluyla izole ederek keşfetti. Elektrolizin niceliksel yasaları, M. Faraday tarafından deneysel olarak oluşturulmuştur. Elektroliz olgusunun mekanizmasına dayanarak bunların gerekçelendirilmesi kolaydır.

Faraday'ın yasaları. Her iyon, temel yükün (e) katı olan bir elektrik yüküne sahiptir. Başka bir deyişle, iyonun yükü, karşılık gelen kimyasal elementin veya bileşiğin değerine eşit bir tam sayıdır. Elektrottan bir akım geçtiğinde iyonların salındığını varsayalım. Mutlak değerdeki yükleri eşittir Pozitif iyonlar katoda ulaşır ve yükleri, akım kaynağından teller aracılığıyla katoda akan elektronlar tarafından nötrleştirilir. Negatif iyonlar anoda yaklaşır ve aynı sayıda elektron tellerden akım kaynağına gider. Bu durumda kapalı bir elektrik devresinden bir yük geçer.

Elektrotlardan biri üzerinde salınan maddenin kütlesini ve iyonun (atom veya molekül) kütlesini ifade edelim. Bu nedenle, bu kesrin pay ve paydasını Avogadro sabiti ile çarptığımızda şunu elde ettiğimiz açıktır:

Faraday sabiti olan atom veya molar kütle nerede ifadeyle belirlenir?

(4)'ten Faraday sabitinin "bir mol elektrik" anlamına geldiği açıktır, yani bir mol temel yükün toplam elektrik yüküdür:

Formül (3) her iki Faraday yasasını da içerir. Elektroliz sırasında salınan maddenin kütlesinin devreden geçen yük ile orantılı olduğunu söylüyor (Faraday'ın birinci yasası):

Katsayı belirli bir maddenin elektrokimyasal eşdeğeri olarak adlandırılır ve şu şekilde ifade edilir:

kilogram başına coulomb İyonun özgül yükünün tersi anlamına gelir.

K'nın elektrokimyasal eşdeğeri, maddenin kimyasal eşdeğeriyle orantılıdır (Faraday'ın ikinci yasası).

Faraday yasaları ve temel yük. Faraday'ın zamanında elektriğin atomik doğası kavramı henüz mevcut olmadığından, elektroliz yasalarının deneysel keşfi önemsiz olmaktan çok uzaktı. Tam tersine, esasen bu fikirlerin geçerliliğinin ilk deneysel kanıtı olarak hizmet eden Faraday yasalarıydı.

Faraday sabitinin deneysel ölçümü, Millikan'ın yağ damlaları ile yaptığı deneylerde temel elektrik yükünün doğrudan ölçümünden çok önce, temel yükün değerine ilişkin sayısal bir tahminin elde edilmesini ilk kez mümkün kıldı. Elektriğin atomik yapısı fikrinin, maddenin atomik yapısı fikrinin bile henüz herkes tarafından paylaşılmadığı 19. yüzyılın 30'lu yıllarında yapılan elektroliz deneylerinde kesin deneysel onay alması dikkat çekicidir. Bilim insanları. Helmholtz, Kraliyet Cemiyeti'ne yaptığı ve Faraday'ın anısına adadığı ünlü konuşmasında bu durumu şu şekilde yorumladı:

"Kimyasal element atomlarının varlığını kabul edersek, o zaman hem pozitif hem de negatif elektriğin, elektrik atomları gibi davranan belirli temel niceliklere bölündüğü sonucuna varmaktan kaçınamayız."

Kimyasal akım kaynakları.Çinko gibi bir metal suya batırılırsa, polar su moleküllerinin etkisi altında belirli miktarda pozitif çinko iyonu, metalin kristal kafesinin yüzey katmanından suya doğru hareket etmeye başlayacaktır. Sonuç olarak çinko negatif, su ise pozitif olarak yüklenecektir. Metal ile su arasındaki arayüzde elektriksel çift katman adı verilen ince bir katman oluşur; yoğunluğu sudan metale yönlendirilen güçlü bir elektrik alanı vardır. Bu alan çinko iyonlarının suya daha fazla geçişini engeller ve bunun sonucunda metalden suya gelen iyonların ortalama sayısının sudan metale dönen iyonların sayısına eşit olduğu dinamik bir denge ortaya çıkar.

Metal, aynı metalin bir tuzunun sulu bir çözeltisine, örneğin bir çinko sülfat çözeltisi içindeki çinkoya daldırıldığında da dinamik denge kurulacaktır. Çözeltide tuz iyonlara ayrışır. Ortaya çıkan çinko iyonları, elektrottan çözeltiye giren çinko iyonlarından farklı değildir. Elektrolitteki çinko iyonlarının konsantrasyonunun artması, bu iyonların çözeltiden metale geçişini kolaylaştırır ve zorlaştırır.

metalden çözeltiye geçiş. Bu nedenle, bir çinko sülfat çözeltisinde, daldırılmış çinko elektrot, negatif yüklü olmasına rağmen, saf suya göre daha zayıftır.

Bir metal bir çözeltiye daldırıldığında metal her zaman negatif yüklü hale gelmez. Örneğin, bir bakır elektrot bir bakır sülfat çözeltisine daldırılırsa, elektrot üzerindeki çözeltiden iyonlar çökelmeye başlayacak ve onu pozitif olarak yükleyecektir. Bu durumda elektrikli çift katmandaki alan kuvveti bakırdan çözeltiye yönlendirilir.

Bu nedenle, bir metal suya veya aynı metalin iyonlarını içeren sulu bir çözeltiye daldırıldığında, metal ile çözelti arasındaki arayüzde aralarında bir potansiyel fark ortaya çıkar. Bu potansiyel farkının işareti ve büyüklüğü metalin türüne (bakır, çinko vb.) ve çözeltideki iyonların konsantrasyonuna bağlıdır ve neredeyse sıcaklık ve basınçtan bağımsızdır.

Bir elektrolite daldırılan farklı metallerden oluşan iki elektrot, galvanik bir hücre oluşturur. Örneğin bir Volta hücresinde çinko ve bakır elektrotlar sulu bir sülfürik asit çözeltisine daldırılır. İlk başta çözelti ne çinko iyonları ne de bakır iyonları içerir. Ancak daha sonra bu iyonlar elektrotlardan çözeltiye girer ve dinamik denge oluşur. Elektrotlar birbirine tel ile bağlanmadığı sürece elektrolitin potansiyeli her noktada aynı olup, elektrotların potansiyelleri elektrolitin potansiyelinden farklı olduğu için ara yüzeylerinde oluşan çift tabakalar nedeniyle farklılık gösterir. elektrolit. Bu durumda çinkonun elektrot potansiyeli -0,763 V'a, bakırın ise bu potansiyel sıçramalardan oluşan elektromotor kuvveti eşit olacaktır.

Galvanik elemanlı bir devredeki akım. Galvanik hücrenin elektrotları bir tel ile bağlanırsa, bu tel aracılığıyla elektronlar negatif elektrottan (çinko) pozitif elektrota (bakır) doğru hareket edecek ve bu da elektrotlar ile içinde bulundukları elektrolit arasındaki dinamik dengeyi bozacaktır. daldırılmış. Elektrot ile elektrolit arasında sabit bir potansiyel sıçraması ile elektriksel çift tabakayı aynı durumda tutmak için çinko iyonları elektrottan çözeltiye doğru hareket etmeye başlayacaktır. Benzer şekilde bakır elektrotta bakır iyonları çözeltiden çıkmaya ve elektrot üzerinde çökelmeye başlayacaktır. Bu durumda, negatif elektrotun yakınında iyon eksikliği oluşur ve pozitif elektrotun yakınında bu tür iyonların fazlalığı oluşur. Çözeltideki toplam iyon sayısı değişmeyecektir.

Açıklanan işlemlerin bir sonucu olarak, elektronların hareketi ile bağlantı telinde ve iyonlar tarafından elektrolitte oluşturulan kapalı bir devrede bir elektrik akımı sağlanacaktır. Bir elektrik akımı geçtiğinde, çinko elektrot yavaş yavaş çözülür ve pozitif (bakır) üzerinde bakır biriktirilir.

elektrot. İyon konsantrasyonu çinko elektrotta artar ve bakır elektrotta azalır.

Galvanik elemanlı bir devredeki potansiyel. Bir kimyasal element içeren düzgün olmayan bir kapalı devrede elektrik akımının açıklanan geçiş modeli, Şekil 2'de şematik olarak gösterilen devre boyunca potansiyel dağılımına karşılık gelir. 107. Dış devrede, yani elektrotları bağlayan telde, potansiyel, homojen bir Ohm yasasına uygun olarak pozitif (bakır) elektrot A'daki değerden negatif (çinko) elektrot B'deki değere düzgün bir şekilde azalır. kondüktör. İç devrede, yani elektrotlar arasındaki elektrolitte, potansiyel, çinko elektrot yakınındaki bir değerden bakır elektrot yakınındaki bir değere kadar kademeli olarak azalır. Dış devrede akım bakır elektrottan çinko elektrota akarsa, elektrolitin içinde çinkodan bakıra akar. Elektriksel çift katmanlardaki potansiyel sıçramalar, dış (bu durumda kimyasal) kuvvetlerin etkisinin bir sonucu olarak yaratılır. Elektrik yüklerinin dış kuvvetler nedeniyle çift katmanlar halinde hareketi, elektrik kuvvetlerinin hareket yönünün tersi yönde gerçekleşir.

Pirinç. 107. Kimyasal element içeren bir zincir boyunca potansiyel dağılım

Şekil 2'deki potansiyel değişimin eğimli bölümleri. 107, kapalı devrenin dış ve iç bölümlerinin elektrik direncine karşılık gelir. Bu bölümler boyunca toplam potansiyel düşüşü, çift katmanlardaki potansiyel sıçramaların, yani elemanın elektromotor kuvvetinin toplamına eşittir.

Elektrik akımının galvanik hücreden geçişi, elektrotlar üzerinde salınan yan ürünler ve elektrolitte konsantrasyon farkının ortaya çıkması nedeniyle karmaşıklaşır. Bu olaylara elektrolitik polarizasyon denir. Örneğin Volta elemanlarında devre kapatıldığında pozitif iyonlar bakır elektroda doğru hareket eder ve üzerinde biriktirilir. Sonuç olarak, bir süre sonra bakır elektrotun yerini hidrojen elektrot alır. Hidrojenin elektrot potansiyeli bakırın elektrot potansiyelinden 0,337 V daha düşük olduğundan elementin emk'si yaklaşık aynı miktarda azalır. Ayrıca bakır elektrot üzerinde salınan hidrojen, elemanın iç direncini artırır.

Hidrojenin zararlı etkilerini azaltmak için depolarizatörler kullanılır - çeşitli oksitleyici maddeler. Örneğin, en sık kullanılan element olan Leclanche (“kuru” piller)

Pozitif elektrot, sıkıştırılmış bir manganez peroksit ve grafit kütlesi ile çevrelenmiş bir grafit çubuktur.

Piller. Pratik olarak önemli bir galvanik hücre türü, deşarj olduktan sonra elektrik enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesiyle ters şarj işleminin mümkün olduğu pillerdir. Elektrik akımının üretimi sırasında tüketilen maddeler, elektroliz yoluyla aküye geri kazandırılır.

Aküyü şarj ederken sülfürik asit konsantrasyonunun arttığı, bunun da elektrolit yoğunluğunun artmasına neden olduğu görülebilir.

Böylece, şarj işlemi sırasında elektrotlarda keskin bir asimetri yaratılır: biri kurşun olur, diğeri kurşun peroksit olur. Şarj edilmiş bir pil, bir akım kaynağı olarak hizmet edebilen galvanik bir hücredir.

Elektrik enerjisi tüketicileri aküye bağlandığında devreden şarj akımının tersi yönde bir elektrik akımı akacaktır. Kimyasal reaksiyonlar ters yönde ilerler ve pil orijinal durumuna geri döner. Her iki elektrot da bir tuz tabakasıyla kaplanacak ve sülfürik asit konsantrasyonu orijinal değerine dönecektir.

Şarj edilmiş bir akü için EMF yaklaşık 2,2 V'tur. Boşalırken 1,85 V'a düşer. Kurşun sülfat oluşumu geri döndürülemez hale geldiğinden ve akü bozulduğundan daha fazla boşaltma önerilmez.

Bir pilin boşaldığında verebileceği maksimum şarj miktarına kapasitesi denir. Pil kapasitesi genellikle

amper saat cinsinden ölçülür. Plakaların yüzeyi ne kadar büyük olursa, o kadar büyük olur.

Elektroliz uygulamaları. Elektroliz metalurjide kullanılır. Alüminyum ve saf bakırın en yaygın elektrolitik üretimi. Dekoratif ve koruyucu kaplamalar (nikel kaplama, krom kaplama) elde etmek için elektroliz kullanılarak bazı maddelerin diğerlerinin yüzeyinde ince tabakalar oluşturulması mümkündür. Soyulabilir kaplamalar (elektroplasti) üretme süreci, bunu St. Petersburg'daki St. Isaac Katedrali'ni süsleyen içi boş heykeller yapmak için kullanan Rus bilim adamı B. S. Jacobi tarafından geliştirildi.

Metallerde ve elektrolitlerde elektriksel iletkenliğin fiziksel mekanizması arasındaki fark nedir?

Belirli bir maddenin ayrışma derecesinin neden çözücünün dielektrik sabitine bağlı olduğunu açıklayın.

Yüksek derecede seyreltik elektrolit çözeltilerinde neredeyse tüm çözünen moleküllerin neden ayrıştığını açıklayın.

Elektrolitlerin elektriksel iletkenlik mekanizmasının gazların elektriksel iletkenlik mekanizmasına nasıl benzediğini açıklayın. Neden sabit dış koşullar altında elektrik akımı uygulanan voltajla orantılıdır?

Elektrik yükünün korunumu yasası, elektroliz yasasının (3) türetilmesinde nasıl bir rol oynar?

Bir maddenin elektrokimyasal eşdeğeri ile iyonlarının özgül yükü arasındaki ilişkiyi açıklayın.

Birkaç elektrolitik banyo varsa, ancak akımı ölçmek için hiçbir alet yoksa, farklı maddelerin elektrokimyasal eşdeğerlerinin oranı deneysel olarak nasıl belirlenebilir?

Bir DC ağında elektrik sayacı oluşturmak için elektroliz olgusu nasıl kullanılabilir?

Faraday yasaları neden elektriğin atomik doğası hakkındaki fikirlerin deneysel kanıtı olarak değerlendirilebilir?

Metal elektrotlar suya ve bu metallerin iyonlarını içeren bir elektrolite daldırıldığında hangi işlemler meydana gelir?

Akımın geçişi sırasında galvanik hücrenin elektrotlarının yakınındaki elektrolitte meydana gelen süreçleri açıklayın.

Voltaik hücre içindeki pozitif iyonlar neden negatif (çinko) elektrottan pozitif (bakır) elektrota doğru hareket eder? İyonların bu şekilde hareket etmesine neden olan bir devrede potansiyel dağılımı nasıl oluşur?

Asit aküsünün şarj derecesi neden bir hidrometre, yani bir sıvının yoğunluğunu ölçen bir cihaz kullanılarak kontrol edilebilir?

Pillerdeki işlemler "kuru" pillerdeki işlemlerden temel olarak nasıl farklıdır?

Pil c'yi şarj etme sürecinde harcanan elektrik enerjisinin hangi kısmı, şarj işlemi sırasında voltajın terminallerinde muhafaza edilmesi durumunda, deşarj sırasında kullanılabilir.

Konuyla ilgili rapor:

Elektrik

sıvılarda

(elektrolitler)

Elektroliz

Faraday yasaları

Temel elektrik yükü

Öğrenciler 8 o sınıf « B »

L Oginova M aryalar A ndreevny

Moskova 2003

91 Nolu Okul

giriiş

Hayatımızdaki pek çok şey sudaki tuz çözeltilerinin (elektrolitler) elektriksel iletkenliğiyle bağlantılıdır. Kalbin ilk atışından (% 80'i su olan insan vücudundaki “canlı” elektrik) sokaktaki arabalara, oyunculara ve cep telefonlarına (bu cihazların ayrılmaz bir parçası “piller” - elektrokimyasal piller ve çeşitli pillerdir) - arabalardaki kurşun asitten en pahalı cep telefonlarındaki lityum polimere kadar). Zehirli dumanlar içen devasa fıçılarda alüminyum, yüksek sıcaklıklarda eritilen boksitten elektroliz yoluyla üretiliyor - uçaklar için "kanatlı" metal ve Fanta için teneke kutular. Yabancı bir arabanın krom kaplı radyatör ızgarasından kulaktaki gümüş kaplama küpeye kadar etraftaki her şey bir zamanlar bir çözelti veya erimiş tuzlarla ve dolayısıyla sıvılardaki elektrik akımıyla karşı karşıya kalmıştır. Bu fenomenin bütün bir bilim olan elektrokimya tarafından incelenmesi boşuna değil. Ancak artık bu olgunun fiziksel temeliyle daha çok ilgileniyoruz.

Çözeltideki elektrik akımı. Elektrolitler

8.sınıf fizik derslerinden iletkenlerdeki (metallerdeki) yükün negatif yüklü elektronlar tarafından taşındığını biliyoruz.

Yüklü parçacıkların düzenli hareketine elektrik akımı denir.

Ancak bir cihazı (grafit elektrotlarla) monte edersek:

daha sonra ampermetre iğnesinin saptığından emin olacağız - akım çözeltiden akıyor! Çözeltide hangi yüklü parçacıklar var?

1877 yılında, çeşitli maddelerin çözeltilerinin elektriksel iletkenliğini inceleyen İsveçli bilim adamı Svante Arrhenius, bunun tuzun suda çözünmesiyle oluşan iyonlardan kaynaklandığı sonucuna vardı. CuSO 4 molekülü suda çözündüğünde iki farklı yüklü iyona (Cu 2+ ve SO 4 2-) parçalanır (ayrışır). Basitleştirilmiş süreçler aşağıdaki formülle yansıtılabilir:

CuSO 4 ŞCu 2+ +SO 4 2-

Tuzların, alkalilerin ve asitlerin çözeltileri elektrik akımını iletir.

Çözeltileri elektrik akımını ileten maddelere elektrolit denir.

Şeker, alkol, glikoz ve diğer bazı maddelerin çözeltileri elektriği iletmez.

Çözeltileri elektrik akımını iletmeyen maddelere elektrolit olmayan maddeler denir.

Elektrolitik ayrışma

Elektrolitin iyonlara parçalanması işlemine elektrolitik ayrışma denir.

Çözeltilerin fiziksel teorisine bağlı kalan S. Arrhenius, elektrolitin su ile etkileşimini dikkate almamış ve çözeltilerde serbest iyonların bulunduğuna inanmıştır. Bunun tersine, Rus kimyagerler I.A. Kablukov ve V.A. Kistyakovsky, elektrolitik ayrışmayı açıklamak için D.I. daha sonra iyonlara ayrışırlar. Çözeltilerin serbest, "çıplak" iyonlar değil, hidratlanmış, yani "bir kat su molekülleri ile kaplanmış" iyonlar içerdiğine inanıyorlardı. Sonuç olarak, elektrolit moleküllerinin ayrışması aşağıdaki sırayla gerçekleşir:

a) su moleküllerinin bir elektrolit molekülünün kutupları etrafında yönelimi

b) elektrolit molekülünün hidrasyonu

c) iyonizasyonu

d) hidratlı iyonlara ayrışması

Elektrolitik ayrışma derecesine bağlı olarak elektrolitler güçlü ve zayıf olarak ikiye ayrılır.

- Güçlü elektrolitler- çözündüğünde neredeyse tamamen ayrışanlar.

Ayrışma dereceleri birlik eğilimindedir.

- Zayıf elektrolitler- çözündüğünde neredeyse ayrışmayanlar. Ayrışma dereceleri sıfıra eğilimlidir.

Bundan, elektrolit çözeltilerdeki elektrik yükü taşıyıcılarının (elektrik akımı taşıyıcıları) elektronlar değil, pozitif ve negatif yüklü olduğu sonucuna varıyoruz. hidratlı iyonlar .

Elektrolit direncinin sıcaklığa bağımlılığı

Sıcaklık arttıkça ayrışma süreci kolaylaştırılır, iyonların hareketliliği artar ve elektrolit direnci düşer .

Katot ve anot. Katyonlar ve anyonlar

Elektrik akımının etkisi altındaki iyonlara ne olur?

Cihazımıza dönelim:

Çözeltide CuSO 4, Cu 2+ ve SO 4 2- iyonlarına ayrıştı. Pozitif yüklü iyon Cu 2+ (katyon) negatif yüklü bir elektrot tarafından çekilir – katot Eksik elektronları aldığı ve basit bir madde olan metalik bakıra indirgendiği yer. Çözeltiden akım geçtikten sonra katodu cihazdan çıkarırsanız, kırmızı-kahverengi bir kaplamayı fark etmek kolaydır - bu metalik bakırdır.

Faraday'ın ilk yasası

Ne kadar bakırın açığa çıktığını öğrenebilir miyiz? Deneyden önce ve sonra katodu tartarak biriken metalin kütlesi doğru bir şekilde belirlenebilir. Ölçümler, elektrotlar üzerinde salınan maddenin kütlesinin akım gücüne ve elektroliz süresine bağlı olduğunu göstermektedir:

burada K orantılılık katsayısıdır, aynı zamanda denir elektrokimyasal eşdeğer .

Sonuç olarak, salınan maddenin kütlesi, akımın gücü ve elektroliz süresi ile doğru orantılıdır. Ancak zaman içinde güncel (formüle göre):

bir ücret var.

Bu yüzden, Elektrot üzerinde salınan maddenin kütlesi, yükle veya elektrolitten geçen elektrik miktarıyla orantılıdır.

M=K'q

Bu yasa, 1843 yılında İngiliz bilim adamı Michael Faraday tarafından deneysel olarak keşfedildi ve denir. Faraday'ın ilk yasası .

Faraday'ın ikinci yasası

Elektrokimyasal eşdeğer nedir ve neye bağlıdır? Michael Faraday da bu soruyu yanıtladı.

Çok sayıda deneye dayanarak, bu değerin her maddenin karakteristik özelliği olduğu sonucuna vardı. Yani, örneğin, bir lapis (gümüş nitrat AgNO 3) çözeltisinin elektrolizi sırasında, 1 kolye 1.1180 mg gümüş açığa çıkarır; Elektroliz sırasında herhangi bir gümüş tuzunun 1 kolye yüküyle tam olarak aynı miktarda gümüş açığa çıkar. Başka bir metalin tuzunun elektrolizi sırasında, 1 kolye o metalin başka bir miktarını serbest bırakır. Böylece , Bir maddenin elektrokimyasal eşdeğeri, bir çözeltiden akan 1 coulomb elektriğin elektroliz sırasında açığa çıkardığı bu maddenin kütlesidir. . İşte bazı maddeler için değerleri:

Tablodan çeşitli maddelerin elektrokimyasal eşdeğerlerinin birbirinden önemli ölçüde farklı olduğunu görüyoruz. Elektrokimyasal eşdeğerinin değeri bir maddenin hangi özelliklerine bağlıdır? Bu sorunun cevabı şu şekilde verilmektedir: Faraday'ın ikinci yasası :

Çeşitli maddelerin elektrokimyasal eşdeğerleri atom ağırlıklarıyla orantılı, kimyasal değerliklerini ifade eden sayılarla ters orantılıdır.

n - değerlik

A – atom ağırlığı

- belirli bir maddenin kimyasal eşdeğeri denir

– zaten evrensel bir sabit olan orantı katsayısı, yani tüm maddeler için aynı değere sahiptir. Elektrokimyasal eşdeğeri g/k cinsinden ölçersek 1,037´10 -5 g/k'ye eşit olduğunu buluruz.

Faraday'ın birinci ve ikinci yasalarını birleştirerek şunu elde ederiz:

Bu formülün basit bir fiziksel anlamı vardır: F, elektrotlardaki bir maddenin bir kimyasal eşdeğere eşit miktarda salınması için herhangi bir elektrolitten geçmesi gereken yüke sayısal olarak eşittir. F'ye Faraday sayısı denir ve 96400 kg/g'ye eşittir.

Mol ve içindeki molekül sayısı. Avogadro sayısı

8. sınıf kimya dersinden, kimyasal reaksiyonlarda yer alan maddelerin miktarını ölçmek için özel bir birimin (mol) seçildiğini biliyoruz. Bir maddenin bir molünü ölçmek için, onun bağıl moleküler kütlesi kadar gramını almanız gerekir.

Örneğin 1 mol su (H 2 O) 18 grama (1 + 1 + 16 = 18), 1 mol oksijen (O 2) 32 gram ve 1 mol demir (Fe) 56 gramdır. Ancak bizim için özellikle önemli olan, herhangi bir maddenin 1 molünün her zaman olduğu tespit edilmiştir. içerir aynı sayıda molekül .

Bir mol 6 tane içeren madde miktarıdır ´ Bu maddenin 10 23 molekülü.

İtalyan bilim adamı A. Avogadro'nun onuruna bu sayı ( N) denir Avogadro sabiti veya Avogadro sayısı .

Formülden şu şekildedir: eğer q=F, O . Bu, elektrolitten 96.400 coulomb'a eşit bir yük geçtiğinde herhangi bir maddenin gramının açığa çıkacağı anlamına gelir. Başka bir deyişle, bir mol tek değerlik maddenin salınması için elektrolitten bir yükün akması gerekir. q=F kolyeler. Ancak bir maddenin herhangi bir molünün aynı sayıda molekül içerdiğini biliyoruz. N=6x10 23. Bu, tek değerlikli bir maddenin bir iyonunun yükünü - temel elektrik yükünü - bir (!) elektronun yükünü hesaplamamızı sağlar:

Elektroliz Uygulamaları

Saf metallerin elde edilmesi için elektrolitik yöntem (rafinasyon, rafinasyon). Anodun çözünmesiyle birlikte elektroliz

Bunun iyi bir örneği bakırın elektrolitik saflaştırılmasıdır (rafinasyonu). Doğrudan cevherden elde edilen bakır, plakalara dökülerek CuSO4 çözeltisine anot olarak yerleştirilir. Banyo elektrotları üzerindeki voltajı (0,20-0,25 V) seçerek katotta yalnızca metalik bakırın salınmasını sağlamak mümkündür. Bu durumda, yabancı yabancı maddeler ya çözeltiye karışır (katotta salınmadan) ya da çökelti (“anot çamuru”) şeklinde banyonun dibine düşer. Anot maddesinin katyonları SO4 2-anyonu ile birleşir ve bu voltajda katotta yalnızca metalik bakır açığa çıkar. Anot “çözünüyor” gibi görünüyor. Bu saflaştırma %99,99 (“dört dokuz”) saflığa ulaşmamızı sağlar. Değerli metaller (altın Au, gümüş Ag) da benzer şekilde saflaştırılır (rafinasyon).

Şu anda, tüm alüminyum (Al) elektrolitik olarak (boksit eriyiğinden) çıkarılmaktadır.

Elektrokaplama

Elektrokaplama - doğrudan elektrik akımı bunların tuzlarının çözeltilerinden geçtiğinde hem metal hem de metal olmayan ürünlerin yüzeyine metal kaplamaların uygulanması işlemleriyle ilgilenen uygulamalı elektrokimya alanı. Elektrokaplama teknolojisi aşağıdakilere ayrılmıştır: galvanik kaplama Ve galvanoplasti .

Elektroliz, metal nesneleri başka bir metal tabakasıyla kaplamak için kullanılabilir. Bu süreç denir galvanik kaplama. Oksitlenmesi zor metallerle yapılan kaplamalar, özellikle nikel ve krom kaplama ile gümüş ve altın kaplama özellikle teknik öneme sahiptir ve bunlar genellikle metalleri korozyondan korumak için kullanılır. İstenilen kaplamaları elde etmek için nesne iyice temizlenir, iyice yağdan arındırılır ve nesnenin kaplanması istenen metalin tuzunu içeren elektrolitik banyoya katot olarak yerleştirilir. Daha düzgün bir kaplama için, nesneyi aralarına yerleştirerek anot olarak iki plaka kullanmak faydalıdır.

Ayrıca, elektroliz yoluyla, nesneleri yalnızca bir metal veya başka bir katmanla kaplamakla kalmaz, aynı zamanda bunların kabartma metal kopyalarını da (örneğin madeni paralar, madalyalar) yapabilirsiniz. Bu süreç, 19. yüzyılın kırklı yıllarında Rus fizikçi ve elektrik mühendisi, Rusya Bilimler Akademisi üyesi Boris Semenovich Jacobi (1801-1874) tarafından icat edildi ve adı verildi. galvanik kaplama . Bir nesnenin rölyef kopyasını yapmak için önce balmumu gibi plastik bir malzemeden bir kalıp yapılır. Bu döküm grafit ile ovalanır ve katot olarak elektrolitik bir banyoya daldırılır, burada üzerine bir metal tabakası biriktirilir. Bu, basılı formların üretiminde baskıda kullanılır.

Yukarıda belirtilenlere ek olarak, elektroliz başka alanlarda da uygulama alanı bulmuştur:

Metaller üzerinde oksit koruyucu filmlerin elde edilmesi (anodizasyon);

Bir metal ürünün elektrokimyasal yüzey işlemi (parlatma);

Metallerin elektrokimyasal boyanması (örneğin bakır, pirinç, çinko, krom vb.);

Suyun arıtılması, çözünebilir yabancı maddelerin ondan uzaklaştırılmasıdır. Sonuç, yumuşak su olarak adlandırılan sudur (özellikleri damıtılmış suya benzer);

Kesici aletlerin elektrokimyasal olarak bilenmesi (örneğin cerrahi bıçaklar, traş makineleri vb.).

Kullanılan literatürün listesi:

1. Gurevich A. E. “Fizik. Elektromanyetik olaylar. 8. sınıf" Moskova, Yayınevi "Drofa". 1999

2. Gabrielyan O. S. “Kimya. 8. sınıf" Moskova, Yayınevi "Drofa". 1997

3. “Akademisyen G. S. Landsberg tarafından düzenlenen temel fizik ders kitabı - Cilt II - elektrik ve manyetizma.” Moskova, “Bilim” 1972.

4. Eric M. Rogers. "Sorgulayan Zihin için Fizik (fizik biliminin yöntemleri, doğası ve felsefesi)". "Princeton University Press" 1966. Cilt III - elektrik ve manyetizma. Tercüme Moskova, “Mir” 1971.

5. A. N. Remizov “Tıp enstitüleri için fizik, elektronik ve sibernetik dersi.” Moskova, "Yüksek Okul" 1982.

Sıvılar, diğer maddeler gibi iletken, yarı iletken ve dielektrik olabilir. Örneğin, damıtılmış su bir dielektrik olacaktır ve elektrolitlerin çözeltileri ve eriyikleri iletken olacaktır. Yarı iletkenler örneğin erimiş selenyum veya sülfit eriyikleri olacaktır.

İyonik iletkenlik

Elektrolitik ayrışma, polar su moleküllerinin elektrik alanının etkisi altında elektrolit moleküllerinin iyonlara ayrışması işlemidir. Ayrışma derecesi, çözünmüş bir maddede iyonlara parçalanan moleküllerin oranıdır.

Ayrışmanın derecesi çeşitli faktörlere bağlı olacaktır: sıcaklık, çözelti konsantrasyonu, çözücü özellikleri. Sıcaklık arttıkça ayrışma derecesi de artacaktır.

Moleküller iyonlara ayrıldıktan sonra rastgele hareket ederler. Bu durumda farklı işaretlere sahip iki iyon yeniden birleşebilir, yani tekrar nötr moleküller halinde birleşebilirler. Çözümde dışsal değişikliklerin olmaması durumunda dinamik denge kurulmalıdır. Bununla birlikte birim zamanda iyonlara ayrılan molekül sayısı, tekrar birleşecek molekül sayısına eşit olacaktır.

Sulu çözeltilerde ve elektrolitlerin eriyiklerinde yük taşıyıcıları iyonlar olacaktır. Devreye çözelti veya eriyik içeren bir kap bağlanırsa, pozitif yüklü iyonlar katoda, negatif yüklü iyonlar ise anoda doğru hareket etmeye başlayacaktır. Bu hareket sonucunda bir elektrik akımı ortaya çıkacaktır. Bu tür iletkenliğe iyonik iletkenlik denir.

Sıvılarda iyonik iletkenliğin yanı sıra elektronik iletkenliğe de sahip olabilir. Bu tür iletkenlik, örneğin sıvı metallerin karakteristik özelliğidir. Yukarıda belirtildiği gibi iyonik iletimde akımın geçişi maddenin aktarımıyla ilişkilidir.

Elektroliz

Elektrolitlerin parçası olan maddeler elektrotlara yerleşecektir. Bu işleme elektroliz denir. Elektroliz, redoks reaksiyonlarıyla ilişkili bir elektrotta bir maddenin salınması işlemidir.

Elektroliz fizik ve teknolojide geniş uygulama alanı bulmuştur. Elektroliz kullanılarak bir metalin yüzeyi başka bir metalin ince bir tabakasıyla kaplanır. Örneğin krom kaplama ve nikel kaplama.

Elektrolizi kullanarak kabartma yüzeyden bir kopya alabilirsiniz. Bunun için elektrot yüzeyine yerleşen metal tabakasının kolaylıkla çıkarılabilmesi gerekir. Bunu başarmak için bazen yüzeye grafit uygulanır.

Bu tür kolaylıkla soyulabilir kaplamaların elde edilmesi işlemine elektrokaplama adı verilir. Bu yöntem, Rus bilim adamı Boris Jacobi tarafından St. Petersburg'daki St. Isaac Katedrali için içi boş figürler yaparken geliştirildi.