A víz, mint univerzális oldószer.. Vizes oldatok.. Elektrolitikus disszociáció.. Elektrolit.. Gyenge és erős elektrolitok.. Elektromos töltéshordozók folyadékokban.. Pozitív és negatív ionok.. Elektrolízis.. Olvadékok.. Az elektromos áram jellege olvadékokban ..
Az elektromos áram kialakulásának egyik feltétele a szabad töltések jelenléte, amelyek képesek mozogni az elektromos áram hatására. elektromos mező. Beszéltünk az elektromos áram természetéről a fémekben és.
Ebben a leckében megpróbáljuk kitalálni milyen részecskék hordoznak elektromos töltést folyadékokban és olvadékokban.
A víz, mint univerzális oldószer
Mint tudjuk, a desztillált víz nem tartalmaz töltéshordozókat, ezért nem vezet elektromos áramot, vagyis dielektrikum. A szennyeződések jelenléte azonban már meglehetősen jó vezetővé teszi a vizet.
A víznek megvan az a fenomenális képessége, hogy szinte mindent feloldjon magában. kémiai elemek. Különféle anyagok (savak, lúgok, lúgok, sók stb.) vízben való feloldásakor az oldat az anyagmolekulák ionokká bomlása miatt vezetővé válik. Ezt a jelenséget elektrolitikus disszociációnak nevezik, és maga az oldat egy elektrolit, amely képes elektromos áramot vezetni. A Föld összes vízmedencéje kisebb-nagyobb mértékben természetes elektrolit.
A világóceán a periódusos rendszer szinte minden elemének ionjainak oldata.
A gyomornedv, a vér, a nyirok, az emberi testben lévő összes folyadék elektrolit. Minden állat és növény is elsősorban elektrolitokból áll.
A disszociáció mértéke szerint gyenge és erős elektrolitok vannak. A víz gyenge elektrolit, és a legtöbb szervetlen sav erős elektrolit. Az elektrolitokat a második típusú vezetőknek is nevezik.
Elektromos töltések hordozói folyadékban
Különböző anyagok vízben (vagy más folyadékban) oldva ionokra bomlanak.
Például a konyhasó NaCl (nátrium-klorid) vízben pozitív nátriumionokra (Na +) és negatív kloridionokra (Cl -) válik szét. Ha a keletkező elektrolitban a két pólus eltérő potenciálon van, akkor a negatív ionok a pozitív pólus felé sodródnak, míg a pozitív ionok a negatív pólus felé.
Így a folyadékban lévő elektromos áram pozitív és negatív ionok egymás felé irányuló áramlásaiból áll.
Míg az abszolút tiszta víz szigetelő, addig a még kis szennyeződéseket is (természetes vagy kívülről bevitt) ionizált anyagokat tartalmazó víz elektromos áramvezető.
Elektrolízis
Mivel az oldott anyag pozitív és negatív ionjai az elektromos tér hatására különböző irányba sodródnak, az anyag fokozatosan két részre válik szét.
Az anyagnak az alkotóelemekre történő szétválását elektrolízisnek nevezik.
Az elektrolitokat használják az elektrokémiában, kémiai áramforrásokban (galvanikus cellák és akkumulátorok), galvanizálási gyártási folyamatokban és más olyan technológiákban, amelyek a folyadékokban elektromos töltések elektromos tér hatására történő mozgásán alapulnak.
megolvad
Egy anyag disszociációja víz részvétele nélkül is lehetséges. Elég, ha megolvasztja az anyag kémiai összetételének kristályait, és megkapja az olvadékot. Az anyagolvadékok a vizes elektrolitokhoz hasonlóan a második típusú vezetők, ezért elektrolitoknak nevezhetjük őket. Elektromosság Az olvadékokban ugyanolyan természetű, mint a vizes elektrolitokban lévő áramnak - ezek a pozitív és negatív ionok ellenáramai.
Olvadékok felhasználásával a kohászatban az alumíniumot elektrolitikus úton nyerik alumínium-oxidból. Az alumínium-oxidon elektromos áram halad át, és az elektrolízis során az egyik elektródánál (katódnál) tiszta alumínium halmozódik fel. Ez egy nagyon energiaigényes folyamat, amely energiafelhasználás szempontjából a víz elektromos áram segítségével hidrogénné és oxigénné történő bomlásához hasonlít.
Az alumínium elektrolízis műhelyben
« Fizika – 10. évfolyam
Melyek az elektromos áram hordozói vákuumban?
Mi a mozgásuk természete?
A folyadékok, akárcsak a szilárd anyagok, lehetnek dielektrikumok, vezetők és félvezetők. A dielektrikumok közé tartozik a desztillált víz, a vezetők - az elektrolitok oldatai és olvadékai: savak, lúgok és sók. A folyékony félvezetők az olvadt szelén, a szulfidolvadékok stb.
elektrolitikus disszociáció.
Amikor az elektrolitok feloldódnak a poláris vízmolekulák elektromos mezőjének hatására, az elektrolitmolekulák ionokra bomlanak.
A molekulák ionokra bomlását a poláris vízmolekulák elektromos mezeje hatására ún. elektrolitikus disszociáció.
A disszociáció mértéke- az ionokká bomlott molekulák aránya az oldott anyagban.
A disszociáció mértéke függ a hőmérséklettől, az oldatkoncentrációtól és elektromos tulajdonságok oldószer.
A hőmérséklet emelkedésével nő a disszociáció mértéke, és ennek következtében nő a pozitív és negatív töltésű ionok koncentrációja.
A különböző előjelű ionok találkozásukkor ismét semleges molekulákká egyesülhetnek.
Állandó körülmények között az oldatban olyan dinamikus egyensúly jön létre, amelynél a másodpercenként ionokká bomló molekulák száma megegyezik az azonos idő alatt semleges molekulákká rekombináló ionpárok számával.
Ionvezetés.
A vizes oldatokban vagy elektrolitolvadékokban lévő töltéshordozók pozitív és negatív töltésű ionok.
Ha egy elektrolitoldatot tartalmazó edényt egy elektromos áramkörbe foglalnak, akkor a negatív ionok a pozitív elektród - az anód, a pozitív - a negatív katód felé kezdenek mozogni. Ennek eredményeként elektromos áram fog átfolyni az áramkörön.
Vezetőképesség vizes oldatok vagy elektrolitok olvadékát, amelyet ionok hajtanak végre, az ún ionvezetőképesség.
Elektrolízis. Az ionos vezetőképességnél az áram áthaladása az anyag átadásával jár. Az elektródákon elektrolitokat alkotó anyagok szabadulnak fel. Az anódnál a negatív töltésű ionok adják át extra elektronjaikat (a kémiában ezt oxidatív reakciónak nevezik), a katódon pedig a pozitív ionok nyerik el a hiányzó elektronokat (redukciós reakció).
A folyadékok elektromos vezetőképességgel is rendelkezhetnek. Ilyen vezetőképességgel például a folyékony fémek rendelkeznek.
Az anyag elektródán történő felszabadulási folyamatát, amely redoxreakciókkal jár együtt, ún elektrolízis.
Mi határozza meg egy adott idő alatt felszabaduló anyag tömegét? Nyilvánvaló, hogy a felszabaduló anyag m tömege egyenlő egy ion m 0i tömegének szorzatával azon ionok N i számával, amelyek a Δt idő alatt elérték az elektródát:
m = m 0i N i . (16.3)
Az ion tömege m 0i:
ahol M az anyag moláris (vagy atom) tömege, N A pedig az Avogadro-állandó, azaz az ionok száma egy mólban.
Az elektródát elérő ionok száma a
ahol Δq = IΔt az elektroliton áthaladó töltés a Δt idő alatt; q 0i az ion töltése, amelyet az atom n vegyértéke határoz meg: q 0i \u003d ne (e az elemi töltés). A molekulák disszociációja során például a KBr, amely egyértékű atomokból áll (n = 1), K + és Br - ionok jelennek meg. A réz-szulfát molekulák disszociációja kétszeres töltésű Cu 2+ és SO 2- 4 ionok megjelenéséhez vezet (n = 2). A (16.4) és (16.5) kifejezéseket behelyettesítve a (16.3) képletbe, és figyelembe véve, hogy Δq = IΔt, a q 0i = ne, kapjuk
Faraday törvénye.
Jelöljük k-val az anyag m tömege és az elektroliton áthaladó Δq = IΔt töltés közötti arányossági együtthatót:
ahol F \u003d eN A = 9,65 10 4 C / mol - Faraday állandó.
A k együttható az anyag természetétől függ (M és n értékei). A (16.6) képlet szerint megvan
m = kIΔt. (16,8)
Faraday elektrolízis törvénye:
Az elektródán felszabaduló anyag tömege a Δt idő alatt. az elektromos áram áthaladása során arányos az áramerősséggel és az idővel.
Ezt az elméletileg kapott állítást először Faraday állapította meg kísérletileg.
A (16.8) képletben szereplő k értéket nevezzük elektrokémiai ekvivalens adott anyag és kifejezve kilogramm medálonként(kg/C).
A (16.8) képletből látható, hogy a k együttható számszerűen megegyezik az 1 C-os töltés ionok általi átvitele során az elektródákon felszabaduló anyag tömegével.
Az elektrokémiai megfelelőjének egyszerű fizikai jelentése. Mivel M / N A \u003d m 0i és en \u003d q 0i, akkor a (16.7) képlet szerint k \u003d rn 0i / q 0i, azaz k az ion tömegének és töltésének aránya.
Az m és Δq értékeinek mérésével meghatározható a különböző anyagok elektrokémiai ekvivalense.
Tapasztalattal ellenőrizheti Faraday törvényének érvényességét. Szereljük össze a (16.25) ábrán látható telepítést. Mindhárom elektrolitfürdő ugyanabban az elektrolitoldatban van megtöltve, de a rajtuk áthaladó áramok eltérőek. Jelöljük az I1, I2, I3 átmenő áramok erősségét. Ekkor I 1 = I 2 + I 3 . Különböző fürdőkben megmérve az elektródákra felszabaduló anyagok m 1, m 2, m 3 tömegét, meggyőződhetünk arról, hogy azok arányosak a megfelelő I 1, I 2, I 3 áramokkal.
Az elektrontöltés meghatározása.
Az elektródán felszabaduló anyag tömegére vonatkozó (16.6) képlet használható az elektrontöltés meghatározására. Ebből a képletből az következik, hogy az elektron töltési modulusa egyenlő:
Ismerve az IΔt töltés áthaladása során felszabaduló anyag m tömegét, az M moláris tömegét, az n atom vegyértékét és az Avogadro-állandót N A, meghatározható az elektron töltési modulusa. Kiderül, hogy e = 1,6 10 -19 C.
Ily módon kapták meg először 1874-ben az elemi elektromos töltés értékét.
Az elektrolízis alkalmazása. Az elektrolízist széles körben használják a mérnöki munkákban különféle célokra. Elektrolitikusan fedje be az egyik fém felületét egy másik fém vékony rétegével ( nikkelezés, krómozás, aranyozás stb.). Ez a tartós bevonat megvédi a felületet a korróziótól. Ha biztosított az elektrolitikus bevonat jó lehámlása arról a felületről, amelyre a fémet lerakják (ezt például a felületre grafit felhordásával érik el), akkor a domborzati felületről másolat készíthető.
A lehúzható bevonatok előállításának folyamata - elektrotípia- fejlesztette ki B. S. Jacobi (1801-1874) orosz tudós, aki 1836-ban ezt a módszert alkalmazta a szentpétervári Szent Izsák-székesegyház üreges figuráinak elkészítésére.
Korábban a nyomdaiparban mátrixokból (egy készlet lenyomata műanyagra) domborzati felületről (sztereotípiák) nyerték a másolatokat, amelyekhez a mátrixokra vastag vas- vagy más anyagréteg került. Ez lehetővé tette a készlet megfelelő példányszámú reprodukálását.
Az elektrolízis eltávolítja a szennyeződéseket a fémekből. Így az ércből nyert nyers rezet vastag lemezek formájában öntik, amelyeket aztán anódként fürdőbe helyeznek. Az elektrolízis során az anódréz feloldódik, az értékes és ritka fémeket tartalmazó szennyeződések lehullanak az aljára, a tiszta réz pedig a katódon ülepedik.
Az alumíniumot olvadt bauxitból elektrolízissel nyerik. Ez volt az alumínium beszerzési módszere, amely olcsóvá és a vas mellett a legelterjedtebbé tette a technikában és a mindennapi életben.
Az elektrolízis segítségével elektronikus áramköri lapokat kapnak, amelyek minden elektronikai termék alapjául szolgálnak. A dielektrikumra vékony rézlemezt ragasztanak, amelyre speciális festékkel komplex mintázatú összekötő vezetékeket visznek fel. Ezután a lemezt elektrolitba helyezzük, ahol a rézréteg festékkel nem borított részeit bemarjuk. Ezt követően a festéket lemossák, és a mikroáramkör részletei megjelennek a táblán.
A vezető folyadékok közé tartoznak az olvadékok és az elektrolitoldatok, pl. sók, savak és lúgok.
Amikor az elektrolitok vízben oldódnak, molekuláik ionokra bomlanak – elektrolitikus disszociáció. A disszociáció mértéke, i.e. Az oldott anyagban lévő, ionokra bomló molekulák hányada függ a hőmérséklettől, az oldat koncentrációjától és az oldószer elektromos tulajdonságaitól. A hőmérséklet emelkedésével nő a disszociáció mértéke, és ennek következtében nő a pozitív és negatív töltésű ionok koncentrációja. A különböző előjelű ionok találkozásukkor ismét semleges molekulákká egyesülhetnek. Ezt a folyamatot rekombinációnak nevezik. Állandó körülmények között az oldatban olyan dinamikus egyensúly jön létre, amelynél a másodpercenként ionokká bomló molekulák száma megegyezik az azonos idő alatt semleges molekulákká rekombináló ionpárok számával.
Így a vezető folyadékokban a szabad töltéshordozók pozitív és negatív ionok. Ha az áramforráshoz csatlakoztatott elektródákat folyadékba helyezik, akkor ezek az ionok elkezdenek mozogni. Az egyik elektróda az áramforrás negatív pólusához csatlakozik - ezt katódnak nevezik -, a másik a pozitívhoz - az anódhoz. Áramforráshoz csatlakoztatva az elektrolitoldatban az ionok, a negatív ionok a pozitív elektród (anód), a pozitív ionok pedig a negatív (katód) felé kezdenek mozogni. Azaz elektromos áram jön létre. A folyadékok ilyen vezetőképességét ionosnak nevezik, mivel az ionok töltéshordozók.
Amikor az áram áthalad az elektrolit oldaton az elektródákon, egy anyag szabadul fel a redox reakciókkal kapcsolatban. Az anódnál a negatív töltésű ionok adják át extra elektronjaikat (oxidációs reakció), a katódon pedig a pozitív ionok fogadják be a hiányzó elektronokat (redukciós reakció). Ezt a folyamatot elektrolízisnek nevezik.
Az elektrolízis során az elektródákon anyag szabadul fel. A felszabaduló m anyag tömegének az áramerősségtől, az áram áthaladásának idejétől és magától az anyagtól való függését M. Faraday állapította meg. Ez a törvény elméletileg beszerezhető. Tehát a felszabaduló anyag tömege egyenlő egy m i ion tömegének azon N i ionok számával, amelyek a Dt idő alatt elérték az elektródát. Az ion tömege az anyag mennyiségének képlete szerint m i \u003d M / N a, ahol M moláris tömeg anyagok, N a az Avogadro-állandó. Az elektródot elérő ionok száma N i =Dq/q i, ahol Dq az a töltés, amely a Dt idő alatt áthaladt az elektroliton (Dq=I*Dt), q i az ion töltése, amelyet meghatározunk. az atom vegyértékével (q i = n*e, ahol n az atom vegyértéke, e az elemi töltés). Ezeket a képleteket behelyettesítve azt kapjuk, hogy m=M/(neN a)*IDt. Ha k-val (arányossági tényező) =M/(neN a) jelöljük, akkor m=kIDt-t kapunk. Ez Faraday első törvényének, az elektrolízis egyik törvényének matematikai jelölése. Az elektromos áram áthaladása során a Dt idő alatt az elektródán felszabaduló anyag tömege arányos az áramerősséggel és ezzel az időintervallummal. A k értékét egy adott anyag elektrokémiai egyenértékének nevezzük, amely számszerűen megegyezik az 1 C-os töltés ionok általi átvitele során az elektródákon felszabaduló anyag tömegével. [k]= 1 kg/C. k = M/(neN a) = 1/F*M/n , ahol F Faraday állandója. F \u003d eN a = 9,65 * 10 4 C / mol. A levezetett k=(1/F)*(M/n) képlet Faraday második törvénye.
Az elektrolízist széles körben alkalmazzák a mérnöki munkákban különféle célokra, például az egyik fém felületét egy másik vékony réteggel borítják (nikkelezés, krómozás, rézbevonat stb.). Ha biztosított az elektrolitikus bevonat megfelelő leválása a felületről, a felület topográfiájának másolata készíthető. Ezt a folyamatot galvanizálásnak nevezik. Ezenkívül elektrolízissel a fémeket megtisztítják a szennyeződésektől, például az ércből nyert vastag finomítatlan rézlemezeket fürdőbe helyezik anódként. Az elektrolízis során a réz feloldódik, a szennyeződések az aljára hullanak, a tiszta réz pedig a katódon ülepedik. Elektrolízis segítségével elektronikus áramköri lapokat is kapnak. A dielektrikumra vékony, összetett összekötő vezetékmintát ragasztanak, majd a lemezt az elektrolitba helyezik, ahol a rézréteg fedetlen részeit lemarják. Ezt követően a festéket lemossák, és a mikroáramkör részletei megjelennek a táblán.
A szabad elektronok irányított mozgásával jön létre, és ebben az esetben nem történik változás abban az anyagban, amelyből a vezető készül.
Az ilyen vezetőket, amelyekben az elektromos áram áthaladását nem kísérik anyaguk kémiai változásai, nevezzük az első típusú karmesterek. Ezek közé tartozik az összes fém, a szén és számos más anyag.
De vannak a természetben olyan elektromos áramvezetők is, amelyekben az áram áthaladása során kémiai jelenségek lépnek fel. Ezeket a vezetőket ún a második típusú karmesterek. Ide tartoznak elsősorban savak, sók és lúgok különféle vizes oldatai.
Ha vizet öntünk egy üvegedénybe, és néhány csepp kénsavat (vagy más savat vagy lúgot) adunk hozzá, majd veszünk két fémlemezt, és a lemezeket az edénybe süllyesztve vezetékeket rögzítünk hozzájuk, és áramot csatlakoztatunk kapcsolón és ampermérőn keresztül áramlik a vezetékek másik végére, majd az oldatból gáz szabadul fel, és ez folyamatosan folytatódik az áramkör bezárásáig. a savanyított víz valóban vezető. Ezenkívül a lemezeket gázbuborékok kezdik borítani. Ezután ezek a buborékok leválik a tányérokról, és kijönnek.
Amikor elektromos áram halad át az oldaton, kémiai változások gáz felszabadulását eredményezi.
A második típusú vezetőket elektrolitoknak nevezzük, és az elektrolitban bekövetkező jelenség, amikor elektromos áram halad át rajta.
Az elektrolitba mártott fémlemezeket elektródáknak nevezzük; az egyiket, amely az áramforrás pozitív pólusára van kötve, anódnak, a másikat, amely a negatív pólusra csatlakozik, katódnak nevezzük.
Mi okozza az elektromos áram áthaladását egy folyékony vezetőben? Kiderül, hogy az ilyen oldatokban (elektrolitok) a savmolekulák (lúgok, sók) oldószer (jelen esetben víz) hatására két komponensre bomlanak, ill. a molekula egyik részecskéje pozitív, a másik negatív elektromos töltésű.
A molekulák elektromos töltéssel rendelkező részecskéit ionoknak nevezzük. Amikor egy savat, sót vagy lúgot feloldunk vízben, nagyszámú pozitív és negatív ion is megjelenik az oldatban.
Most már ki kell derülnie, hogy miért haladt át elektromos áram a megoldáson, mert az áramforráshoz csatlakoztatott elektródák között ez keletkezett, vagyis az egyik pozitív, a másik negatív töltésűnek bizonyult. Ennek a potenciálkülönbségnek a hatására a pozitív ionok a negatív elektród - a katód - felé, a negatív ionok pedig az anód felé kezdtek mozogni.
Így az ionok kaotikus mozgása a negatív ionok, a másik irányba a pozitív ionok rendezett ellenmozgásává vált. Ez a töltésátviteli folyamat az elektromos áram áramlását alkotja az elektroliton keresztül, és addig megy végbe, amíg potenciálkülönbség van az elektródák között. A potenciálkülönbség megszűnésével az elektroliton áthaladó áram leáll, az ionok rendezett mozgása megzavarodik, ismét kaotikus mozgás lép fel.
Példaként tekintsük az elektrolízis jelenségét, amikor réz-szulfát CuSO4 oldatán elektromos áramot vezetünk át, és rézelektródákat engedünk bele.
Az elektrolízis jelensége, amikor az áram áthalad egy réz-szulfát oldaton: C - edény elektrolittal, B - áramforrás, C - kapcsoló
Az ionok ellenirányú mozgása is lesz az elektródák felé. A pozitív ion a réz (Cu) ion, a negatív ion pedig a savmaradék (SO4) ion lesz. A rézionok a katóddal érintkezve kisülnek (a hiányzó elektronokat magukhoz kapcsolják), azaz tiszta réz semleges molekulákká alakulnak, és a legvékonyabb (molekuláris) réteg formájában lerakódnak a katódra.
Az anódot elérve a negatív ionok is kisülnek (felesleges elektronokat adnak le). De ugyanakkor belépnek kémiai reakció anódrézzel, melynek eredményeként a savas SO4 maradékhoz Cu rézmolekula kerül, és réz-szulfát CuS O4 molekula keletkezik, amely visszakerül az elektrolitba.
Ettől kezdve kémiai folyamat szivárog hosszú idő, majd a katódra réz rakódik le, amely felszabadul az elektrolitból. Ebben az esetben a katódra került rézmolekulák helyett az elektrolit új rézmolekulákat kap a második elektród - az anód - feloldódása miatt.
Ugyanez a folyamat megy végbe, ha cinkelektródákat veszünk a réz helyett, és az elektrolit a cink-szulfát ZnSO4 oldata. A cink is átkerül az anódról a katódra.
És így, Különbség az elektromos áram között a fémekben és a folyadékvezetőkben abban rejlik, hogy a fémekben csak a szabad elektronok, azaz a negatív töltések töltéshordozók, míg az elektrolitokban ellentétes töltésű anyagrészecskék - ellentétes irányba mozgó ionok - hordozzák. Ezért ezt mondják Az elektrolitoknak ionos vezetőképességük van.
Az elektrolízis jelensége 1837-ben fedezte fel B. S. Jacobi, aki számos kísérletet végzett a kémiai áramforrások tanulmányozásával és javításával kapcsolatban. Jacobi megállapította, hogy az egyik réz-szulfát oldatba helyezett elektródát, amikor elektromos áram halad át rajta, réz borítja.
Ezt a jelenséget az ún galvanizálás, most rendkívül nagynak találja gyakorlati használat. Ennek egyik példája a fémtárgyak bevonása vékony más fémréteggel, azaz nikkelezés, aranyozás, ezüstözés stb.
gázok (beleértve a levegőt is) normál körülmények között ne vezessenek áramot. Például az egymással párhuzamosan felfüggesztett mezteleneket egy levegőréteg választja el egymástól.
Magas hőmérséklet, nagy potenciálkülönbség és egyéb okok hatására azonban a gázok, mint a folyadékvezetők, ionizálódnak, azaz nagy számban jelennek meg bennük a gázmolekulák részecskéi, amelyek elektromosság hordozóiként hozzájárulnak az áthaladáshoz. elektromos áram a gázon keresztül.
Ugyanakkor a gáz ionizációja eltér a folyékony vezető ionizációjától. Ha egy molekula folyadékban két töltött részre bomlik, akkor gázokban az ionizáció hatására az elektronok mindig minden molekuláról leválik, és egy ion a molekula pozitív töltésű része formájában marad.
Csak meg kell állítani a gáz ionizációját, mivel az megszűnik vezetőnek lenni, miközben a folyadék mindig elektromos áramvezető marad. Következésképpen a gáz vezetőképessége átmeneti jelenség, amely külső okok hatásától függ.
Van azonban egy másik, az úgynevezett ívkisülés vagy csak egy elektromos ív. Az elektromos ív jelenségét a 19. század elején fedezte fel az első orosz villamosmérnök, V. V. Petrov.
V. V. Petrov számos kísérletet végezve felfedezte, hogy az áramforráshoz csatlakoztatott két szén között folyamatos elektromos kisülés lép fel a levegőn keresztül, amit kísér erős fény. V. V. Petrov írásaiban azt írta, hogy ebben az esetben "a sötét béke elég erősen megvilágítható". Így először kaptak elektromos fényt, amelyet gyakorlatilag egy másik orosz villamosmérnök, Pavel Nikolaevich Yablochkov alkalmazott.
A "Yablochkov's Candle", amelynek munkája az elektromos ív használatán alapul, valódi forradalmat hozott az elektrotechnikában azokban a napokban.
Az ívkisülést napjainkban is fényforrásként használják, például keresőlámpákban, vetítőkben. Az ívkisülés magas hőmérséklete lehetővé teszi, hogy . Jelenleg számos iparágban használják a nagyon nagy árammal működő ívkemencéket: acél, öntöttvas, vasötvözetek, bronz stb. olvasztására. 1882-ben pedig N. N. Benardos használt először ívkisülést fém vágására és hegesztésére.
Gáz-fénycsövekben, fénycsövekben, feszültségstabilizátorokban az elektron- és ionsugarak előállításához ún. izzó gázkisülés.
Szikrakisülést használnak a nagy potenciálkülönbségek mérésére egy gömbrés segítségével, melynek elektródái két polírozott felületű fémgolyó. A golyókat elmozdítják egymástól, és mért potenciálkülönbséget alkalmaznak rájuk. Ezután a golyókat összehozzuk, amíg egy szikra nem ugrik közéjük. A golyók átmérőjének, a köztük lévő távolságnak, a levegő nyomásának, hőmérsékletének és páratartalmának ismeretében speciális táblázatok alapján találják meg a golyók közötti potenciálkülönbséget. Ezzel a módszerrel több tízezer voltos nagyságrendű potenciálkülönbség is mérhető néhány százalékos pontossággal.
Folyadékok, pl szilárd testek, lehetnek vezetők, félvezetők és dielektrikumok. Ebben a leckében a folyadékvezetőkre fogunk összpontosítani. És nem az elektronikus vezetőképességű folyadékokról (olvadt fémek), hanem a második típusú folyékony vezetőkről (sók, savak, bázisok oldatai és olvadékai). Az ilyen vezetők vezetőképessége ionos.
Meghatározás. A második típusú vezetők azok a vezetők, amelyekben kémiai folyamatok mennek végbe, amikor áram folyik.
A folyadékok áramvezetési folyamatának jobb megértéséhez a következő kísérlet mutatható be: Az áramforráshoz csatlakoztatott két elektródát vízfürdőbe helyeztük, az áramkörben egy izzót vehetünk áramjelzőnek. Ha bezár egy ilyen áramkört, a lámpa nem ég, ami azt jelenti, hogy nincs áram, ami azt jelenti, hogy megszakad az áramkör, és maga a víz nem vezet áramot. De ha egy bizonyos mennyiséget tesz a fürdőszobába - asztali só- és ismételje meg az áramkört, a lámpa kigyullad. Ez azt jelenti, hogy a szabad töltéshordozók, jelen esetben az ionok elkezdtek mozogni a fürdőben a katód és az anód között (1. ábra).
Rizs. 1. Tapasztalati séma
Az elektrolitok vezetőképessége
Honnan származnak az ingyenes költségek a második esetben? Amint azt az egyik előző leckében említettük, egyes dielektrikumok polárisak. A víznek ugyanazok a poláris molekulái vannak (2. ábra).
Rizs. 2. A vízmolekula polaritása
Amikor sót adunk a vízhez, a vízmolekulák úgy vannak orientálva, hogy negatív pólusaik a nátrium közelében, pozitív pólusaik a klór közelében legyenek. A töltések közötti kölcsönhatások következtében a vízmolekulák a sómolekulákat ellentétes ionpárokká bontják. A nátriumion pozitív, a klórion negatív töltésű (3. ábra). Ezek az ionok elektromos tér hatására mozognak az elektródák között.
Rizs. 3. A szabad ionok képződésének sémája
Amikor a nátriumionok megközelítik a katódot, az megkapja a hiányzó elektronjait, míg a kloridionok az anódhoz érve feladják a sajátjukat.
Elektrolízis
Mivel a folyadékokban az áram áramlása anyagátvitelhez kapcsolódik, ilyen árammal az elektrolízis folyamata megy végbe.
Meghatározás. Az elektrolízis egy redox reakciókhoz kapcsolódó folyamat, amelynek során egy anyag szabadul fel az elektródákon.
Azokat az anyagokat, amelyek az ilyen hasadás eredményeként ionos vezetőképességet biztosítanak, elektrolitoknak nevezzük. Ezt a nevet Michael Faraday angol fizikus javasolta (4. ábra).
Az elektrolízis lehetővé teszi, hogy oldatokból kellően tiszta formában nyerjenek anyagokat, ezért ritka anyagok, például nátrium, kalcium ... tiszta formában történő előállítására használják. Ez az úgynevezett elektrolitikus kohászat.
Faraday törvényei
Az elektrolízisről szóló első művében 1833-ban Faraday bemutatta az elektrolízis két törvényét. Az elsőben az elektródákon felszabaduló anyag tömegéről volt szó:
Faraday első törvénye kimondja, hogy ez a tömeg arányos az elektroliton áthaladó töltéssel:
Itt az arányossági együttható szerepét a mennyiség - az elektrokémiai egyenérték - játssza. Ez egy táblázatos érték, amely minden elektrolit esetében egyedi, és az is fő jellemzője. Az elektrokémiai egyenérték mérete:
Az elektrokémiai egyenérték fizikai jelentése az elektródán felszabaduló tömeg, amikor az 1 C-os elektromosság mennyisége áthalad az elektroliton.
Ha felidézi a képleteket az egyenáram témaköréből:
Ekkor Faraday első törvényét a következő formában ábrázolhatjuk:
Faraday második törvénye közvetlenül vonatkozik az elektrokémiai ekvivalens mérésére más állandókon keresztül egy adott elektrolitra:
Itt: az elektrolit moláris tömege; - elemi töltés; - elektrolit vegyérték; Avogadro száma.
Az értéket az elektrolit kémiai egyenértékének nevezzük. Vagyis az elektrokémiai ekvivalens ismeretéhez elég ismerni a kémiai egyenértéket, a képlet többi komponense világállandó.
Faraday második törvénye alapján az első törvény a következőképpen ábrázolható:
Faraday ezeknek az ionoknak a terminológiáját az elektróda alapján javasolta, amelyhez mozognak. A pozitív ionokat kationoknak nevezzük, mert a negatív töltésű katód felé mozognak, a negatív töltéseket anionoknak nevezzük, ahogy az anód felé haladnak.
A víznek a molekulát két ionra bontó fenti hatását elektrolitikus disszociációnak nevezzük.
Az olvadékok az oldatok mellett a második típusú vezetők is lehetnek. Ebben az esetben a szabad ionok jelenléte úgy érhető el, hogy magas hőmérsékleten nagyon aktív molekulamozgások, rezgések indulnak meg, amelyek hatására a molekulák ionokká bomlanak.
Az elektrolízis gyakorlati alkalmazása
Az elektrolízis első gyakorlati alkalmazását Jacobi orosz tudós 1838-ban alkalmazta. Elektrolízis segítségével a Szent Izsák-székesegyház figuráiról alkotott benyomást. Az elektrolízisnek ezt az alkalmazását galvanizálásnak nevezik. Egy másik alkalmazási terület a galvanizálás - egyik fém fedése egy másikkal (krómozás, nikkelezés, aranyozás stb., 5. ábra)
- Fatyf.narod.ru ().
- ChemiK ().
- Ens.tpu.ru ().
Házi feladat
- Mik azok az elektrolitok?
- Melyik az a két alapvetően különböző típusú folyadék, amelyben elektromos áram áramolhat?
- Melyek a szabad töltéshordozók kialakulásának lehetséges mechanizmusai?
- *Miért arányos az elektródán felszabaduló tömeg a töltéssel?
