Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Общие сведения. Вещества, водные растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами




 

Вещества, водные растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. В отличие от металлов, имеющих электронную проводимость и полупроводников, имеющих электронно-дырочную проводимость, электролиты обладают ионной проводимостью.

Иногда электролитами называют и сами проводящие растворы, хотя более правильное выражение – раствор электролита.

Молекулы воды в незначительной степени распадаются на ионы:

. (1)

Концентрация ионов водорода определяет кислотность раствора, а концентрация ионов гидроксила характеризует щелочность раствора. В чистой воде концентрации ионов Н + и ОН - равны. Чистая вода диссоциирует очень слабо. В 1 моль воды при 22º С распадается на ионы всего моль.

Однако получить такую воду очень трудно, т.к. в воздухе всегда присутствует углекислый газ, который, растворяясь воде, увеличивает концентрацию водородных ионов. Так как вода имеет большую диэлектрическую проницаемость () и молекулы воды обладают значительным дипольным моментом ( Кл∙м), то вокруг молекул воды на межатомных расстояниях ( нм) существует довольно сильное электрическое поле. Последнее является непосредственной причиной, ослабляющей силу электростатического притяжения ионов в молекулах растворенного вещества. Поэтому в процессе растворения соли или щелочи за счет тепловых соударений происходит распад молекул на анионы и катионы. Если молекулы растворенного вещества в воде не диссоциируют на ионы, то раствор не является проводником. Например, водные растворы сахаров, глицерина – изоляторы.

Результатом диссоциации является образование сольватов (гидратов), когда молекулы воды «обволакивают» ионы, образуя вокруг них сольватную оболочку (рисунок 1).

Рисунок 1 Сольватные оболочки: а – катиона; б – аниона

 

Для возникновения электрического тока в электролите, необходимо в ванну с раствором электролита опустить электроды из проводящего материала (металл, уголь и т.п.), к которым подключить источник тока (рисунок 2). Такое устройство называется гальванической или электролитической ванной.

Рисунок 2 Электролитическая ванна: 1 - ванна с раствором

медного купороса; 2 - катод; 3 – источник тока; 4 анод;

и - скорости положительных и отрицательных ионов

На ион в электролите действуют две силы: сила со стороны электрического поля и сила сопротивления движению со стороны среды . Сила, действующая со стороны электрического поля, вычисляется по формуле:

, (2)

где - заряд иона, Кл; - напряженность электрического поля, .

Сила , обусловленная взаимодействием молекул, окружающих ион, пропорциональна скорости :

, (3)

где - коэффициент сопротивления движению ионов в среде.

При движении иона в электролите между силами быстро устанавливается равновесие и движение иона между электродами можно рассматривать как равномерное и прямолинейное, поэтому:

. (4)

Из (4) следует:

. (5)

Если обозначить , то . Коэффициент b называется подвижностью ионов. Физический смысл подвижности в том, что она характеризует скорость ионов в электролите при напряженности электрического поля Е = 1 .

Так как ток в электролитах представляет собой упорядоченное движение ионов обоих знаков, обусловленное действием внешнего электрического поля, то плотность тока в электролите определяется выражением:

, (6)

где n + и - - концентрации катионов и анионов; + и -- - скорости их дрейфа, + и - - их заряды.

Происходящие на катоде и на аноде окислительно-восстанови-тельные реакции подчиняются законам Фарадея.

Первый закон: масса выделившегося на электроде вещества пропорциональна протекшему через электролит заряду:

 

, (7)

 

где - электрохимический эквивалент; I – сила тока, А; t - время, с.

Электрохимические эквиваленты ряда элементов приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 Значения электрохимических эквивалентов

для некоторых веществ

Вещество Атомная масса, а.е.м Валентность Электрохимический эквивалент, кг/Кл
Серебро 107,9 1 1,118×10-6
Медь 63,6 2 3,249×10-7
Цинк 65,37 2 3,281×10-7
Водород 1,006 1 1,045×10-8
Кислород 16,00 2 0,829×10-7
Хлор 35,46   3,674×10-7  

 

Второй закон: электрохимические эквиваленты элементов прямо пропорциональны их химическим эквивалентам:

, (8)

где F - число Фарадея (F= 96500 ); M – молярная масса выделившегося на электроде вещества; n – его валентность, - химический эквивалент.

Продукты электровосстановления или электроокисления ионов электролита могут вступить в химические реакции с раствором вблизи электрода. Такие процессы называются вторичными реакциями.

Все эти процессы находят применение в различных отраслях техники, многие из них используются также в медицине.

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-09-20; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2715 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Лучшая месть – огромный успех. © Фрэнк Синатра
==> читать все изречения...

2288 - | 2172 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.012 с.