Електричний струм в електролітах. Провідниками електричного струму є не тільки метали й напівпровідники

Провідниками електричного струму є не тільки метали й напівпровідники. Електричний струм проводять розчини багатьох речовин у воді. Як показує дослід, чиста вода не проводить електричний струм, тобто в ній немає вільних носіїв електричних зарядів. Електричний струм не проводять кристали кухонної солі, натрій хлориду. Проте розчин натрій хлориду є гарним провідником електричного струму. Розчини солей, кислот і основ, здатні проводити електричний струм, називають електролітами.

Під час розчинення електролітів під впливом електричного поля полярних молекул води відбувається розпад молекул електролітів на іони. Цей процес називають електролітичною дисоціацією, в результаті якої нейтральні молекули розпадаються на позитивні та негативні іони. В електроліті з'являються вільні носії зарядів і він починає проводити струм. Оскільки заряд у водних розчинах чи розплавах електролітів переноситься іонами, то таку провідність називають іонною. За іонної провідності проходження струму пов'язано із перенесенням речовини. На електродах відбувається виділення речовин, які входять до складу електроліту. На аноді негативно заряджені частинки віддають свої зайві електрони (окиснювальна реакція), а на катоді позитивні іони отримують електрони (реакція відновлення). Процес виділення на електроді речовини, пов'язаний із окиснювально-відновлювальними реакціями, називають електролізом.

Розглянемо явище електролізу на прикладі мідного купоросу. В результаті електролітичної дисоціації CuSO₄ = Cu^{2 +} + SO₄ ^{2 +}.

Позитивно заряджені іони міді під дією електричного струму будуть переміщуватися до катода, де отримають електрони і виділяться на ньому у вигляді нейтральних атомів міді . Негативно заряджені іони під дією електричного поля перемістяться до анода, де віддадуть вільні електрони і також виділяться на ньому.

Електролітична дисоціація

Процес розпаду електроліту на іони називається електролітичноїдисоціацією.

С. Арреніус, який дотримувався фізичної теорії розчинів, невраховував взаємодії електроліту з водою і вважав, що в розчинахзнаходяться вільні іони. На відміну від нього російські хіміки І. А. Каблуков і В. А. Кістяківський застосували до пояснення електролітичної дисоціаціїхімічну теорію Д. І. Менделєєва і довели, що при розчиненніелектроліту відбувається хімічна взаємодія розчиненої речовини зводою, що призводить до утворення гідратів, а потім вони дисоціюють наіони. Вони вважали, що в розчинах знаходяться не вільні, а не «голі» іони,а гідратованих, тобто «одягнені в шубку» з молекул води. Отже,дисоціація молекул електролітів відбувається в наступній послідовності:

а) орієнтація молекул води навколо полюсів молекули електроліту

б) гідратація молекули електроліту

в) її іонізація

г) розпад її на гідратованих іони

По відношенню до ступеня електролітичної дисоціації електролітиділяться на сильні і слабкі.

- Сильні електроліти - такі, які при розчиненні практично повністю дисоціюють. У них значення ступеня дисоціації прагне до одиниці.

- Слабкі електроліти - такі, які при розчиненні майже не дисоціюють. Їх ступінь дисоціації наближається до нуля.

З цього робимо висновок, що переносниками електричного заряду

(носіями електричного струму) у розчинах електролітів є не електрони, а позитивно і негативно заряджені іони гідратованих.

Закон електролізу був експериментально встановлений англійським фізиком М. Фарадеєм у 1833 році. Закон Фарадея визначає кількості первинних продуктів, що виділяються на електродах при електролізі: Маса m речовини, яка виділяється на електроді, прямо пропорційна заряду Q, який пройшов через електроліт:

m = kQ = kIt.

Величину k називають електрохімічним еквівалентом. Маса виділяється на електроді речовини дорівнює масі всіх іонів, які прийшли до електрода:

Тут m0 і q0 - маса і заряд одного іона, - число іонів, які прийшли до

електрода при проходженні через електроліт заряду Q. Таким чином, електрохімічний еквівалент k дорівнює відношенню маси m0 іона даної речовини до його заряду q0. Так як заряд іона дорівнює добутку валентності речовини n на елементарний заряд e (q0 = ne), то вираз для електрохімічного еквівалента k можна записати у вигляді

Тут NA - стала Авогадро, M = m0NA - молярна маса речовини, F = eNA - постійна Фарадея. F = eNA = 96485 Кл / моль.

Постійна Фарадея чисельно дорівнює заряду, який необхідно пропустити через електроліт для виділення на електроді одного моля одновалентного речовини. Закон Фарадея для електролізу набуває вигляду:

Явище електролізу широко застосовується в сучасному промисловому виробництві та вдома. Прикладом є мобілні телефони, плеєри тощо, невід'ємною частиною цих пристроїв є батарейки та різні акумулятори --від свинцево-кислотних в автомобілях до літій-полімерних у найдорожчих мобільних телефонах. У величезних, димлячих отруйними парами чанах з розплавленого при величезній температурі бокситу електролізом отримуютьалюміній - «крилатий» метал для літаків і банок для «Фанти». Все навколо від хромованої решітки радіатора іномарки до посрібленою сережки ввусі коли-небудь стикалися з розчином або розплавом солей, а отже і з електрострумом в рідинах.

Поиск по сайту: