Ջուրը որպես ունիվերսալ լուծիչ.. Ջրային լուծույթներ.. Էլեկտրոլիտային դիսոցացիա.. Էլեկտրոլիտ.. Թույլ և ուժեղ էլեկտրոլիտներ.. Էլեկտրական լիցքերի կրողներ հեղուկներում.. Դրական և բացասական իոններ.. Էլեկտրոլիզ.. Հալվածքներ.. Էլեկտրական հոսանքի բնույթը հալոցներում ..
Էլեկտրական հոսանքի առաջացման պայմաններից մեկը ազատ լիցքերի առկայությունն է, որը կարող է շարժվել էլեկտրական դաշտ. Մենք խոսեցինք մետաղներում էլեկտրական հոսանքի բնույթի և.
Այս դասում մենք կփորձենք պարզել ինչ մասնիկներ են էլեկտրական լիցք կրում հեղուկներում և հալվում:
Ջուրը որպես ունիվերսալ լուծիչ
Ինչպես գիտենք, թորած ջուրը չի պարունակում լիցքակիրներ և հետևաբար չի փոխանցում էլեկտրական հոսանք, այսինքն՝ այն դիէլեկտրիկ է։ Այնուամենայնիվ, ցանկացած կեղտերի առկայությունը ջուրն արդեն դարձնում է բավականին լավ հաղորդիչ:
Ջուրն ունի գրեթե ամեն ինչ իր մեջ լուծելու ֆենոմենալ հատկություն։ քիմիական տարրեր. Երբ տարբեր նյութեր (թթուներ, ալկալիներ, հիմքեր, աղեր և այլն) լուծվում են ջրում, լուծույթը դառնում է հաղորդիչ՝ նյութի մոլեկուլների իոնների տրոհման պատճառով։ Այս երեւույթը կոչվում է էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիա, իսկ լուծույթն ինքնին էլեկտրոլիտ է, որն ընդունակ է էլեկտրական հոսանք անցկացնել։ Երկրի վրա գտնվող բոլոր ջրային ավազանները, այս կամ այն չափով, բնական էլեկտրոլիտներ են:
Համաշխարհային օվկիանոսը պարբերական համակարգի գրեթե բոլոր տարրերի իոնների լուծույթն է։
Ստամոքսային հյութը, արյունը, ավիշը, մարդու օրգանիզմի բոլոր հեղուկները էլեկտրոլիտներ են։ Բոլոր կենդանիները և բույսերը նույնպես հիմնականում բաղկացած են էլեկտրոլիտներից:
Ըստ դիսոցման աստիճանի՝ լինում են թույլ և ուժեղ էլեկտրոլիտներ։ Ջուրը թույլ էլեկտրոլիտ է, իսկ անօրգանական թթուների մեծ մասը ուժեղ էլեկտրոլիտներ են: Էլեկտրոլիտները կոչվում են նաև երկրորդ տեսակի հաղորդիչներ։
Էլեկտրական լիցքերի կրողներ հեղուկի մեջ
Տարբեր նյութերի ջրի (կամ այլ հեղուկի) մեջ լուծվելու դեպքում դրանք քայքայվում են իոնների։
Օրինակ, սովորական կերակրի աղը NaCl (նատրիումի քլորիդ) ջրի մեջ բաժանվում է դրական նատրիումի իոնների (Na +) և բացասական քլորիդ իոնների (Cl -): Եթե ստացված էլեկտրոլիտի երկու բևեռները տարբեր պոտենցիալներում են, ապա բացասական իոնները շարժվում են դեպի դրական բևեռ, իսկ դրական իոնները՝ դեպի բացասական բևեռ:
Այսպիսով, հեղուկում էլեկտրական հոսանքը բաղկացած է դրական և բացասական իոնների հոսքերից, որոնք ուղղված են միմյանց:
Թեև բացարձակապես մաքուր ջուրը մեկուսիչ է, այն ջուրը, որը պարունակում է նույնիսկ փոքր կեղտեր (բնական կամ դրսից բերված) իոնացված նյութ, էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչ է:
Էլեկտրոլիզ
Քանի որ լուծվող նյութի դրական և բացասական իոնները էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ շեղվում են տարբեր ուղղություններով, նյութն աստիճանաբար բաժանվում է երկու մասի։
Նյութի այս տարանջատումը իր բաղկացուցիչ տարրերի մեջ կոչվում է էլեկտրոլիզ:
Էլեկտրոլիտները օգտագործվում են էլեկտրաքիմիայում, քիմիական հոսանքի աղբյուրներում (գալվանական բջիջներ և մարտկոցներ), էլեկտրոլիտային արտադրության գործընթացներում և այլ տեխնոլոգիաներում, որոնք հիմնված են էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ հեղուկներում էլեկտրական լիցքերի շարժման վրա:
հալվում է
Նյութի տարանջատումը հնարավոր է առանց ջրի մասնակցության։ Բավական է հալեցնել նյութի քիմիական բաղադրության բյուրեղները և ստանալ հալոցքը։ Նյութերի հալոցները, ինչպես ջրային էլեկտրոլիտները, երկրորդ տեսակի հաղորդիչներ են, և, հետևաբար, դրանք կարող են կոչվել էլեկտրոլիտներ: Էլեկտրականությունհալոցներում ունի նույն բնույթը, ինչ հոսանքը ջրային էլեկտրոլիտներում. դրանք դրական և բացասական իոնների հակահոսքեր են:
Օգտագործելով հալվածքներ, մետաղագործության մեջ ալյումինը ստացվում է էլեկտրոլիտիկ եղանակով կավահողից։ Էլեկտրական հոսանք անցնում է ալյումինի օքսիդի միջով և էլեկտրոլիզի ժամանակ մաքուր ալյումինը կուտակվում է էլեկտրոդներից մեկում (կաթոդ): Սա շատ էներգատար գործընթաց է, որը էներգիայի սպառման առումով նման է էլեկտրական հոսանքի միջոցով ջրի տարրալուծմանը ջրածնի և թթվածնի:
Ալյումինի էլեկտրոլիզի խանութում
« Ֆիզիկա - 10 դասարան»
Որո՞նք են էլեկտրական հոսանքի կրիչները վակուումում:
Ո՞րն է նրանց շարժման բնույթը:
Հեղուկները, ինչպես պինդները, կարող են լինել դիէլեկտրիկներ, հաղորդիչներ և կիսահաղորդիչներ։ Դիէլեկտրիկները ներառում են թորած ջուր, հաղորդիչներ՝ էլեկտրոլիտների լուծույթներ և հալվածքներ՝ թթուներ, ալկալիներ և աղեր։ Հեղուկ կիսահաղորդիչներն են հալած սելենը, սուլֆիդային հալոցքները և այլն։
էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիա.
Երբ էլեկտրոլիտները լուծվում են ջրի բևեռային մոլեկուլների էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ, էլեկտրոլիտի մոլեկուլները քայքայվում են իոնների:
Բևեռային ջրի մոլեկուլների էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ մոլեկուլների տարրալուծումը իոնների մեջ կոչվում է. էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիա.
Տարանջատման աստիճանը- լուծված նյութի մոլեկուլների մասնաբաժինը, որոնք քայքայվել են իոնների:
Դիսոցացման աստիճանը կախված է ջերմաստիճանից, լուծույթի կոնցենտրացիայից և էլեկտրական հատկություններվճարունակ.
Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ դիսոցման աստիճանը մեծանում է և, հետևաբար, մեծանում է դրական և բացասական լիցքավորված իոնների կոնցենտրացիան։
Տարբեր նշանների իոնները հանդիպելիս կրկին կարող են միավորվել չեզոք մոլեկուլների մեջ։
Մշտական պայմաններում լուծույթում հաստատվում է դինամիկ հավասարակշռություն, որի դեպքում մոլեկուլների թիվը, որոնք վայրկյանում քայքայվում են իոնների, հավասար է իոնների զույգերի թվին, որոնք միաժամանակ վերամիավորվում են չեզոք մոլեկուլների մեջ։
Իոնային հաղորդունակություն.
Ջրային լուծույթներում կամ էլեկտրոլիտային հալոցներում լիցքակիրները դրական և բացասական լիցքավորված իոններ են:
Եթե էլեկտրոլիտային լուծույթով անոթը ներառված է էլեկտրական միացումում, ապա բացասական իոնները կսկսեն շարժվել դեպի դրական էլեկտրոդ՝ անոդ, իսկ դրականը՝ դեպի բացասական՝ կաթոդ: Արդյունքում էլեկտրական հոսանք կհոսի շղթայի միջով:
Հաղորդունակություն ջրային լուծույթներկամ էլեկտրոլիտների հալվածքները, որն իրականացվում է իոնների միջոցով, կոչվում է իոնային հաղորդունակություն.
Էլեկտրոլիզ.Իոնային հաղորդունակությամբ հոսանքի անցումը կապված է նյութի փոխանցման հետ։ Էլեկտրոդների վրա էլեկտրոլիտներ կազմող նյութերն ազատվում են։ Անոդում բացասական լիցքավորված իոնները նվիրաբերում են իրենց լրացուցիչ էլեկտրոնները (քիմիայում դա կոչվում է օքսիդատիվ ռեակցիա), իսկ կաթոդում դրական իոնները ստանում են բացակայող էլեկտրոնները (վերականգնման ռեակցիա)։
Հեղուկները կարող են ունենալ նաև էլեկտրոնային հաղորդունակություն: Նման հաղորդունակություն ունեն, օրինակ, հեղուկ մետաղները։
Էլեկտրոդում նյութի արտազատման գործընթացը, որը կապված է ռեդոքսային ռեակցիաների հետ, կոչվում է էլեկտրոլիզ.
Ի՞նչն է որոշում տվյալ ժամանակում արձակված նյութի զանգվածը: Ակնհայտ է, որ արձակված նյութի m զանգվածը հավասար է մեկ իոնի m 0i զանգվածի արտադրյալին իոնների N i թվով, որոնք հասել են էլեկտրոդին Δt ժամանակի ընթացքում.
m = m 0i N i. (16.3)
Իոնների զանգվածը m 0i է.
որտեղ M-ը նյութի մոլային (կամ ատոմային) զանգվածն է, իսկ N A-ն Ավոգադրոյի հաստատունն է, այսինքն՝ մեկ մոլում իոնների քանակը:
Էլեկտրոդին հասնող իոնների թիվը կազմում է
որտեղ Δq = IΔt-ն էլեկտրոլիտի միջով անցած լիցքն է Δt ժամանակի ընթացքում; q 0i-ը իոնի լիցքն է, որը որոշվում է ատոմի n վալենտությամբ՝ q 0i \u003d ne (e-ն տարրական լիցքն է): Միավալենտ ատոմներից (n = 1) կազմված մոլեկուլների, օրինակ KBr-ի տարանջատման ժամանակ առաջանում են K + և Br - իոններ։ Պղնձի սուլֆատի մոլեկուլների տարանջատումը հանգեցնում է կրկնակի լիցքավորված Cu 2+ և SO 2-4 իոնների առաջացմանը (n = 2): (16.4) և (16.5) արտահայտությունները փոխարինելով (16.3) բանաձևով և հաշվի առնելով, որ Δq = IΔt, a q 0i = ne, մենք ստանում ենք.
Ֆարադայի օրենքը.
k-ով նշանակենք նյութի m զանգվածի և էլեկտրոլիտով անցնող Δq = IΔt լիցքի համաչափության գործակիցը.
որտեղ F \u003d eN A \u003d 9,65 10 4 C / մոլ - Ֆարադայի հաստատուն.
k գործակիցը կախված է նյութի բնույթից (M և n արժեքները): Ըստ բանաձևի (16.6) ունենք
m = kIΔt. (16.8)
Ֆարադեի էլեկտրոլիզի օրենքը.
Δt ժամանակի ընթացքում էլեկտրոդի վրա արձակված նյութի զանգվածը. էլեկտրական հոսանքի անցման ժամանակ, համաչափ է հոսանքի և ժամանակի ուժգնությանը:
Տեսականորեն ստացված այս հայտարարությունը առաջին անգամ փորձնականորեն հաստատվել է Ֆարադեյի կողմից:
(16.8) բանաձևում k արժեքը կոչվում է էլեկտրաքիմիական համարժեքտրված էություն և արտահայտված կիլոգրամ մեկ կախազարդ(կգ/C):
Բանաձևից (16.8) երևում է, որ k գործակիցը թվայինորեն հավասար է էլեկտրոդների վրա թողարկված նյութի զանգվածին իոններով 1 C լիցք փոխանցելու ժամանակ։
Էլեկտրաքիմիական համարժեքն ունի պարզ ֆիզիկական իմաստ. Քանի որ M / N A \u003d m 0i և en \u003d q 0i, ապա ըստ (16.7) բանաձևի k \u003d rn 0i / q 0i, այսինքն, k-ն իոնի զանգվածի հարաբերակցությունն է դրա լիցքին:
m-ի և Δq-ի արժեքները չափելով՝ կարելի է որոշել տարբեր նյութերի էլեկտրաքիմիական համարժեքները։
Դուք կարող եք ստուգել Ֆարադայի օրենքի վավերականությունը փորձով: Եկեք հավաքենք Նկար (16.25) պատկերված տեղադրումը: Բոլոր երեք էլեկտրոլիտային բաղնիքները լցված են նույն էլեկտրոլիտային լուծույթով, սակայն դրանց միջով անցնող հոսանքները տարբեր են։ Նշենք հոսանքների ուժգնությունը I1, I2, I3 միջով։ Հետո ես 1 = I 2 + I 3: Չափելով տարբեր լոգանքներում էլեկտրոդների վրա արձակված նյութերի m 1, m 2, m 3 զանգվածները, կարելի է համոզվել, որ դրանք համաչափ են I 1, I 2, I 3 համապատասխան հոսանքներին։
Էլեկտրոնի լիցքի որոշում.
Էլեկտրոնի լիցքը որոշելու համար կարող է օգտագործվել էլեկտրոդի վրա արձակված նյութի զանգվածի բանաձևը (16.6): Այս բանաձևից հետևում է, որ էլեկտրոնային լիցքի մոդուլը հավասար է.
Իմանալով IΔt լիցքի անցման ժամանակ արձակված նյութի m զանգվածը, M մոլային զանգվածը, n ատոմների վալենտությունը և Ավոգադրոյի հաստատունը՝ N A, կարելի է գտնել էլեկտրոնային լիցքի մոդուլի արժեքը։ Ստացվում է հավասար է e = 1,6 10 -19 C:
Հենց այս կերպ է առաջին անգամ ստացվել տարրական էլեկտրական լիցքի արժեքը 1874 թվականին։
Էլեկտրոլիզի կիրառում.Էլեկտրոլիզը լայնորեն կիրառվում է ճարտարագիտության մեջ՝ տարբեր նպատակներով։ Էլեկտրոլիտով ծածկել մի մետաղի մակերեսը մյուսի բարակ շերտով ( նիկելապատում, քրոմապատում, ոսկիապատումև այլն): Այս ամուր ծածկույթը պաշտպանում է մակերեսը կոռոզիայից: Եթե էլեկտրոլիտիկ ծածկույթի լավ շերտավորումն ապահովված է այն մակերևույթից, որի վրա դրված է մետաղը (դա ձեռք է բերվում, օրինակ, մակերեսին գրաֆիտ քսելով), ապա ռելիեֆի մակերեսից կարելի է պատճեն ստանալ:
Կլպվող ծածկույթների ստացման գործընթացը. էլեկտրոտիպ- մշակվել է ռուս գիտնական Բ. Ս. Յակոբիի (1801-1874) կողմից, ով 1836 թվականին կիրառեց այս մեթոդը՝ Սանկտ Պետերբուրգի Սուրբ Իսահակի տաճարի համար խոռոչ ֆիգուրներ պատրաստելու համար:
Նախկինում տպագրական արդյունաբերության մեջ ռելիեֆային մակերևույթից (կարծրատիպեր) պատճեններ էին ստացվում մատրիցներից (կոմպլեկտի դրոշմը պլաստիկ նյութի վրա), որի համար մատրիցների վրա դրվում էր երկաթի կամ այլ նյութի հաստ շերտ։ Սա հնարավորություն տվեց վերարտադրել հավաքածուն անհրաժեշտ քանակությամբ օրինակներով։
Էլեկտրոլիզը հեռացնում է կեղտը մետաղներից: Այսպիսով, հանքաքարից ստացված չմշակված պղինձը ձուլվում է հաստ թիթեղների տեսքով, որոնք այնուհետև որպես անոդ տեղադրվում են լոգանքի մեջ։ Էլեկտրոլիզի ժամանակ անոդ պղինձը լուծվում է, արժեքավոր և հազվագյուտ մետաղներ պարունակող կեղտերը ընկնում են հատակին, իսկ կաթոդի վրա նստում է մաքուր պղինձ։
Ալյումինը ստացվում է հալած բոքսիտից էլեկտրոլիզով։ Ալյումինի ստացման այս մեթոդն էր, որ այն դարձրեց էժան և երկաթի հետ միասին՝ ամենատարածվածը տեխնոլոգիայի և առօրյա կյանքում:
Էլեկտրոլիզի օգնությամբ ստացվում են էլեկտրոնային տպատախտակներ, որոնք ծառայում են որպես բոլոր էլեկտրոնային արտադրանքների հիմքը։ Դիէլեկտրիկի վրա սոսնձված է բարակ պղնձե ափսե, որի վրա հատուկ ներկով կիրառվում է միացնող լարերի բարդ նախշ: Այնուհետեւ թիթեղը տեղադրվում է էլեկտրոլիտի մեջ, որտեղ փորագրվում են պղնձի շերտի այն հատվածները, որոնք ներկով չեն պատված։ Դրանից հետո ներկը լվանում է, և միկրոշրջանի մանրամասները հայտնվում են տախտակի վրա:
Հեղուկները, որոնք հաղորդիչ են, ներառում են հալվածքներ և էլեկտրոլիտային լուծույթներ, այսինքն. աղեր, թթուներ և ալկալիներ:
Երբ էլեկտրոլիտները լուծվում են ջրի մեջ, դրանց մոլեկուլները քայքայվում են իոնների՝ էլեկտրոլիտային դիսոցացիա։ Դիսոցացիայի աստիճանը, այսինքն. Լուծված նյութի մոլեկուլների մասնաբաժինը, որը քայքայվել է իոնների, կախված է ջերմաստիճանից, լուծույթի կոնցենտրացիայից և լուծիչի էլեկտրական հատկություններից։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ դիսոցման աստիճանը մեծանում է և, հետևաբար, մեծանում է դրական և բացասական լիցքավորված իոնների կոնցենտրացիան։ Տարբեր նշանների իոնները հանդիպելիս կրկին կարող են միավորվել չեզոք մոլեկուլների մեջ։ Այս գործընթացը կոչվում է ռեկոմբինացիա: Մշտական պայմաններում լուծույթում հաստատվում է դինամիկ հավասարակշռություն, որի դեպքում մոլեկուլների թիվը, որոնք վայրկյանում քայքայվում են իոնների, հավասար է իոնների զույգերի թվին, որոնք միաժամանակ վերամիավորվում են չեզոք մոլեկուլների մեջ։
Այսպիսով, հաղորդիչ հեղուկներում ազատ լիցքակիրները դրական և բացասական իոններ են: Եթե հոսանքի աղբյուրին միացված էլեկտրոդները տեղադրվեն հեղուկի մեջ, ապա այդ իոնները կսկսեն շարժվել։ Էլեկտրոդներից մեկը միացված է հոսանքի աղբյուրի բացասական բևեռին՝ այն կոչվում է կաթոդ, մյուսը միացված է դրականին՝ անոդին։ Էլեկտրոլիտի լուծույթում իոնները հոսանքի աղբյուրին միացնելիս բացասական իոնները սկսում են շարժվել դեպի դրական էլեկտրոդ (անոդ), իսկ դրական իոնները՝ համապատասխանաբար դեպի բացասական (կաթոդ): Այսինքն՝ հաստատվում է էլեկտրական հոսանք։ Հեղուկներում նման հաղորդունակությունը կոչվում է իոնային, քանի որ իոնները լիցքակիրներ են:
Երբ հոսանքն անցնում է էլեկտրոլիտային լուծույթով էլեկտրոդների վրա, նյութ է արտազատվում, որը կապված է ռեդոքս ռեակցիաների հետ: Անոդում բացասական լիցքավորված իոնները տալիս են իրենց լրացուցիչ էլեկտրոնները (օքսիդացման ռեակցիա), իսկ կաթոդում դրական իոնները ընդունում են բացակայող էլեկտրոնները (վերականգնման ռեակցիա)։ Այս գործընթացը կոչվում է էլեկտրոլիզ:
Էլեկտրոլիզի ժամանակ էլեկտրոդների վրա նյութ է արտազատվում։ Ազատված m նյութի զանգվածի կախվածությունը հոսանքի ուժգնությունից, հոսանքի անցման ժամանակից և բուն նյութից հաստատվել է Մ.Ֆարադեյի կողմից։ Այս օրենքը կարելի է ձեռք բերել տեսականորեն: Այսպիսով, արձակված նյութի զանգվածը հավասար է մեկ իոնի m i զանգվածի արտադրյալին N i իոնների քանակով, որոնք հասել են էլեկտրոդին Dt ժամանակի ընթացքում։ Իոնի զանգվածը ըստ նյութի քանակի բանաձևի m i \u003d M / N a է, որտեղ M է մոլային զանգվածնյութեր, N a-ն Ավոգադրոյի հաստատունն է։ Էլեկտրոդին հասած իոնների թիվը N i =Dq/q i է, որտեղ Dq-ը էլեկտրոլիտով անցած լիցքն է Dt ժամանակի ընթացքում (Dq=I*Dt), q i-ն իոնի լիցքն է, որը որոշվում է. ատոմի վալենտությամբ (q i = n*e, որտեղ n-ը ատոմի վալենտությունն է, e-ն տարրական լիցքն է)։ Այս բանաձևերը փոխարինելով՝ մենք ստանում ենք, որ m=M/(neN a)*IDt: Եթե նշանակենք k-ով (համաչափության գործակից) =M/(neN a), ապա կունենանք m=kIDt: Սա Ֆարադայի առաջին օրենքի մաթեմատիկական նշումն է՝ էլեկտրոլիզի օրենքներից մեկը։ Էլեկտրոդի վրա թողարկված նյութի զանգվածը Dt ժամանակի ընթացքում էլեկտրական հոսանքի ժամանակ համաչափ է հոսանքի ուժգնությանը և այս ժամանակային միջակայքին։ k-ի արժեքը կոչվում է տվյալ նյութի էլեկտրաքիմիական համարժեք, որը թվայինորեն հավասար է էլեկտրոդների վրա թողարկված նյութի զանգվածին իոններով 1 C լիցքը փոխանցելու ժամանակ։ [k]= 1 կգ/C: k = M/(neN a) = 1/F*M/n, որտեղ F-ը Ֆարադեյի հաստատունն է: F \u003d eN a \u003d 9,65 * 10 4 C / մոլ: Ստացված k=(1/F)*(M/n) բանաձևը Ֆարադեյի երկրորդ օրենքն է։
Էլեկտրոլիզը լայնորեն կիրառվում է ճարտարագիտության մեջ տարբեր նպատակներով, օրինակ՝ մի մետաղի մակերեսը ծածկված է մյուսի բարակ շերտով (նիկելապատում, քրոմապատում, պղնձապատում և այլն)։ Եթե ապահովված է մակերևույթից էլեկտրոլիտիկ ծածկույթի լավ կլեպ, ապա կարելի է ստանալ մակերեսի տեղագրության պատճենը: Այս գործընթացը կոչվում է էլեկտրալվացում: Նաև էլեկտրոլիզի միջոցով մետաղները մաքրվում են կեղտից, օրինակ՝ հանքաքարից ստացված չզտված պղնձի հաստ թիթեղները որպես անոդ տեղադրվում են լոգարանում։ Էլեկտրոլիզի ժամանակ պղինձը լուծվում է, կեղտերը ընկնում են հատակը, իսկ մաքուր պղինձը նստում է կաթոդի վրա։ Էլեկտրոլիզի օգնությամբ ստացվում են նաև էլեկտրոնային տպատախտակներ։ Դիէլեկտրիկի վրա սոսնձվում է միացնող լարերի բարակ բարդ նախշը, այնուհետև թիթեղը տեղադրվում է էլեկտրոլիտի մեջ, որտեղ փորագրվում են պղնձի շերտի չծածկված հատվածները: Դրանից հետո ներկը լվանում է, և միկրոշրջանի մանրամասները հայտնվում են տախտակի վրա:
Այն ձևավորվում է ազատ էլեկտրոնների ուղղորդված շարժումից, և որ այս դեպքում նյութի մեջ փոփոխություն չի լինում, որից հաղորդիչը կազմված է։
Այնպիսի հաղորդիչները, որոնցում էլեկտրական հոսանքի անցումը չի ուղեկցվում իրենց նյութի քիմիական փոփոխություններով, կոչվում են առաջին տեսակի դիրիժորներ. Դրանք ներառում են բոլոր մետաղները, ածուխը և մի շարք այլ նյութեր։
Բայց բնության մեջ կան նաև էլեկտրական հոսանքի այնպիսի հաղորդիչներ, որոնցում հոսանքի անցման ժամանակ տեղի են ունենում քիմիական երևույթներ։ Այս դիրիժորները կոչվում են երկրորդ տեսակի դիրիժորներ. Դրանք ներառում են հիմնականում թթուների, աղերի և ալկալիների ջրի մեջ առկա տարբեր լուծույթներ:
Եթե ջուրը լցնեք ապակե տարայի մեջ և դրան ավելացնեք մի քանի կաթիլ ծծմբաթթու (կամ որևէ այլ թթու կամ ալկալի), այնուհետև վերցրեք երկու մետաղական թիթեղներ և հաղորդիչներ կցեք դրանց վրա՝ իջեցնելով այդ թիթեղները անոթի մեջ և միացրեք հոսանք. անջատիչի և ամպաչափի միջոցով աղբյուրը հաղորդիչների մյուս ծայրերը, այնուհետև գազը կթողարկվի լուծույթից, և այն շարունակաբար կշարունակվի մինչև շղթայի փակումը: թթվացված ջուրն իսկապես հաղորդիչ է: Բացի այդ, թիթեղները կսկսեն ծածկվել գազի փուչիկներով։ Հետո այս փուչիկները կպոկվեն ափսեներից և դուրս կգան։
Երբ լուծույթով էլեկտրական հոսանք է անցնում, քիմիական փոփոխություններարդյունքում գազի արտանետում:
Երկրորդ տեսակի հաղորդիչները կոչվում են էլեկտրոլիտներ, և այն երևույթը, որը տեղի է ունենում էլեկտրոլիտում, երբ նրա միջով էլեկտրական հոսանք է անցնում:
Էլեկտրոլիտի մեջ ընկղմված մետաղական թիթեղները կոչվում են էլեկտրոդներ; դրանցից մեկը, որը կապված է ընթացիկ աղբյուրի դրական բևեռին, կոչվում է անոդ, իսկ մյուսը, որը կապված է բացասական բևեռին, կոչվում է կաթոդ։
Ինչն է առաջացնում էլեկտրական հոսանքի անցումը հեղուկ հաղորդիչում: Պարզվում է, որ նման լուծույթներում (էլեկտրոլիտներ) թթվային մոլեկուլները (ալկալիներ, աղեր) լուծիչի (այս դեպքում՝ ջրի) ազդեցության տակ քայքայվում են երկու բաղադրիչի, և մոլեկուլի մի մասնիկը դրական էլեկտրական լիցք ունի, իսկ մյուսը՝ բացասական։
Էլեկտրական լիցք ունեցող մոլեկուլի մասնիկները կոչվում են իոններ։ Երբ թթու, աղ կամ ալկալի լուծվում է ջրի մեջ, լուծույթում հայտնվում են մեծ թվով դրական և բացասական իոններ։
Հիմա պետք է պարզ դառնա, թե ինչու է լուծույթով էլեկտրական հոսանք անցել, քանի որ հոսանքի աղբյուրին միացված էլեկտրոդների արանքում այն ստեղծվել է, այսինքն՝ մեկը դրական լիցքավորված է, մյուսը՝ բացասական։ Այս պոտենցիալ տարբերության ազդեցության տակ դրական իոնները սկսեցին շարժվել դեպի բացասական էլեկտրոդ՝ կաթոդ, իսկ բացասական իոնները՝ դեպի անոդ։
Այսպիսով, իոնների քաոսային շարժումը դարձել է բացասական իոնների պատվիրված հակաշարժումը մի ուղղությամբ, իսկ դրականը մյուս ուղղությամբ։ Լիցքի փոխանցման այս գործընթացը կազմում է էլեկտրական հոսանքի հոսքը էլեկտրոլիտի միջով և տեղի է ունենում այնքան ժամանակ, քանի դեռ կա էլեկտրոդների միջև պոտենցիալ տարբերություն: Պոտենցիալ տարբերության անհետացման հետ մեկտեղ էլեկտրոլիտի միջոցով հոսանքը դադարում է, իոնների կանոնավոր շարժումը խախտվում է, և նորից քաոսային շարժում է սկսվում:
Որպես օրինակ, դիտարկենք էլեկտրոլիզի երևույթը, երբ էլեկտրական հոսանք անցնում է պղնձի սուլֆատի CuSO4 լուծույթով, որի մեջ իջեցված են պղնձի էլեկտրոդները:
Էլեկտրոլիզի երևույթը, երբ հոսանքն անցնում է պղնձի սուլֆատի լուծույթով. C - անոթ էլեկտրոլիտով, B - հոսանքի աղբյուր, C - անջատիչ
Կլինի նաև իոնների հակադարձ շարժում դեպի էլեկտրոդներ: Դրական իոնը կլինի պղնձի (Cu) իոնը, իսկ բացասական իոնը՝ թթվային մնացորդը (SO4) իոնը։ Պղնձի իոնները, կաթոդի հետ շփվելիս, լիցքաթափվելու են (կցելով բացակայող էլեկտրոններն իրենց վրա), այսինքն՝ դրանք կվերածվեն մաքուր պղնձի չեզոք մոլեկուլների և կտեղադրվեն կաթոդի վրա՝ ամենաբարակ (մոլեկուլային) շերտի տեսքով։
Բացասական իոնները, հասնելով անոդին, նույնպես լիցքաթափվում են (հեռացնում են ավելորդ էլեկտրոնները): Բայց միաժամանակ մտնում են քիմիական ռեակցիաանոդ պղնձով, որի արդյունքում SO4 թթվային մնացորդին ավելացվում է Cu պղնձի մոլեկուլ և առաջանում է պղնձի սուլֆատի CuS O4 մոլեկուլ, որը հետ է վերադարձվում էլեկտրոլիտ։
Քանի որ այս քիմիական գործընթացարտահոսքեր երկար ժամանակ, ապա պղինձը նստում է կաթոդի վրա, որն ազատվում է էլեկտրոլիտից։ Այս դեպքում կաթոդ գնացած պղնձի մոլեկուլների փոխարեն էլեկտրոլիտը ստանում է նոր պղնձի մոլեկուլներ երկրորդ էլեկտրոդի՝ անոդի լուծարման պատճառով։
Նույն գործընթացը տեղի է ունենում, եթե պղնձի փոխարեն վերցվեն ցինկ էլեկտրոդներ, իսկ էլեկտրոլիտը ցինկի սուլֆատի ZnSO4 լուծույթ է: Ցինկը նույնպես կտեղափոխվի անոդից կաթոդ։
Այսպիսով, Մետաղների և հեղուկ հաղորդիչների էլեկտրական հոսանքի տարբերությունըկայանում է նրանում, որ մետաղներում միայն ազատ էլեկտրոնները, այսինքն՝ բացասական լիցքերը, լիցքակիրներ են, մինչդեռ էլեկտրոլիտներում այն կրում են նյութի հակառակ լիցքավորված մասնիկները՝ հակառակ ուղղություններով շարժվող իոնները։ Ուստի ասում են էլեկտրոլիտներն ունեն իոնային հաղորդունակություն։
Էլեկտրոլիզի երեւույթըՀայտնաբերվել է 1837 թվականին Բ. Ջակոբին պարզել է, որ պղնձի սուլֆատի լուծույթում դրված էլեկտրոդներից մեկը, երբ դրա միջով էլեկտրական հոսանք է անցնում, պատված է պղնձով։
Այս երեւույթը կոչվում է էլեկտրապատում, այժմ գտնում է չափազանց մեծ գործնական օգտագործում. Դրա օրինակներից մեկն է մետաղական առարկաների պատումը այլ մետաղների բարակ շերտով, օրինակ՝ նիկելապատում, ոսկեզօծում, արծաթապատում և այլն։
գազեր (ներառյալ օդը) նորմալ պայմաններէլեկտրաէներգիա մի անցկացրեք. Օրինակ՝ մերկները, միմյանց զուգահեռ կախված լինելով, միմյանցից մեկուսացված են օդային շերտով։
Այնուամենայնիվ, բարձր ջերմաստիճանի, պոտենցիալների մեծ տարբերության և այլ պատճառներով գազերը, ինչպես հեղուկ հաղորդիչները, իոնացվում են, այսինքն՝ դրանցում մեծ քանակությամբ հայտնվում են գազի մոլեկուլների մասնիկներ, որոնք, լինելով էլեկտրաէներգիայի կրողներ, նպաստում են անցմանը։ գազի միջոցով էլեկտրական հոսանք:
Բայց միևնույն ժամանակ գազի իոնացումը տարբերվում է հեղուկ հաղորդիչի իոնացումից։ Եթե մոլեկուլը հեղուկում բաժանվում է երկու լիցքավորված մասի, ապա գազերում, իոնացման ազդեցության տակ, էլեկտրոնները միշտ առանձնանում են յուրաքանչյուր մոլեկուլից և իոնը մնում է մոլեկուլի դրական լիցքավորված մասի տեսքով:
Մնում է միայն դադարեցնել գազի իոնացումը, քանի որ այն դադարում է հաղորդիչ լինել, մինչդեռ հեղուկը միշտ մնում է էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչ։ Հետևաբար, գազի հաղորդունակությունը ժամանակավոր երևույթ է՝ կախված արտաքին պատճառների գործողությունից։
Այնուամենայնիվ, կա ևս մեկը, որը կոչվում է աղեղային արտանետումկամ պարզապես էլեկտրական աղեղ: Էլեկտրական աղեղի ֆենոմենը հայտնաբերվել է 19-րդ դարի սկզբին առաջին ռուս էլեկտրատեխնիկ Վ.Վ.Պետրովի կողմից։
Վ.Վ.Պետրովը, կատարելով բազմաթիվ փորձեր, հայտնաբերել է, որ հոսանքի աղբյուրին միացված երկու փայտածուխի միջև օդի միջոցով տեղի է ունենում անընդհատ էլեկտրական լիցքաթափում, որն ուղեկցվում է. պայծառ լույս. Իր գրվածքներում Վ.Վ.Պետրովը գրել է, որ այս դեպքում «մութ խաղաղությունը կարող է բավականին վառ լուսավորվել»։ Այսպիսով, առաջին անգամ ստացվեց էլեկտրական լույս, որը գործնականում կիրառեց մեկ այլ ռուս էլեկտրագետ Պավել Նիկոլաևիչ Յաբլոչկովը:
«Յաբլոչկովի մոմը», որի աշխատանքը հիմնված է էլեկտրական աղեղի կիրառման վրա, այդ օրերին իսկական հեղափոխություն կատարեց էլեկտրատեխնիկայում։
Աղեղի արտանետումը նույնիսկ այսօր օգտագործվում է որպես լույսի աղբյուր, օրինակ՝ լուսարձակներում և պրոյեկտորներում։ Աղեղի արտանետման բարձր ջերմաստիճանը թույլ է տալիս այն օգտագործել . Ներկայումս շատ բարձր հոսանքով աշխատող աղեղային վառարաններ օգտագործվում են մի շարք ճյուղերում՝ պողպատի, չուգունի, ֆեռոհամաձուլվածքների, բրոնզի և այլնի ձուլման համար։ Եվ 1882 թվականին Ն. Ն. Բենարդոսը առաջին անգամ օգտագործեց աղեղային արտանետում մետաղի կտրման և եռակցման համար:
Գազի լույսի խողովակներում, լյումինեսցենտային լամպերում, լարման կայունացուցիչներում, էլեկտրոնային և իոնային ճառագայթներ ստանալու համար, այսպես կոչված. փայլուն գազի արտանետում.
Կայծային արտանետումը օգտագործվում է մեծ պոտենցիալ տարբերությունները չափելու համար՝ օգտագործելով գնդիկավոր բացը, որի էլեկտրոդները փայլեցված մակերեսով երկու մետաղական գնդիկներ են: Գնդակները տեղափոխվում են միմյանցից, և դրանց վրա կիրառվում է չափված պոտենցիալ տարբերություն: Այնուհետև գնդիկները հավաքվում են, մինչև նրանց միջև կայծը ցատկի: Իմանալով գնդիկների տրամագիծը, նրանց միջև եղած հեռավորությունը, օդի ճնշումը, ջերմաստիճանը և խոնավությունը, նրանք ըստ հատուկ աղյուսակների գտնում են գնդերի միջև եղած պոտենցիալ տարբերությունը։ Այս մեթոդը կարող է օգտագործվել տասնյակ հազարավոր վոլտների կարգի պոտենցիալ տարբերությունները մի քանի տոկոսով չափելու համար:
Հեղուկներ, ինչպես պինդ մարմիններ, կարող են լինել հաղորդիչներ, կիսահաղորդիչներ և դիէլեկտրիկներ։ Այս դասում մենք կկենտրոնանանք հեղուկ հաղորդիչների վրա: Եվ ոչ թե էլեկտրոնային հաղորդունակությամբ հեղուկների (հալած մետաղներ), այլ երկրորդ տեսակի հեղուկ հաղորդիչների (աղերի, թթուների, հիմքերի լուծույթներ և հալվածքներ): Նման հաղորդիչների հաղորդունակության տեսակը իոնային է։
Սահմանում. Երկրորդ տեսակի հաղորդիչներն այն հաղորդիչներն են, որոնցում քիմիական գործընթացները տեղի են ունենում հոսանքի ժամանակ:
Հեղուկներում հոսանքի հաղորդման գործընթացն ավելի լավ հասկանալու համար կարելի է ներկայացնել հետևյալ փորձը՝ հոսանքի աղբյուրին միացված երկու էլեկտրոդներ տեղադրվել են ջրի բաղնիքում, էլեկտրական լամպը կարող է ընդունվել որպես ընթացիկ ցուցիչ շղթայում: Եթե դուք փակեք նման միացում, ապա լամպը չի այրվի, ինչը նշանակում է, որ հոսանք չկա, ինչը նշանակում է, որ շղթայում ընդմիջում կա, և ջուրն ինքնին հոսանք չի անցկացնում: Բայց եթե որոշակի քանակություն դնեք լոգարանում, սեղանի աղ- և կրկնեք միացումը, լույսը կմիանա: Սա նշանակում է, որ անվճար լիցքակիրները, այս դեպքում իոնները, սկսել են շարժվել լոգարանում կաթոդի և անոդի միջև (նկ. 1):
Բրինձ. 1. Փորձի սխեման
Էլեկտրոլիտների հաղորդունակությունը
Երկրորդ դեպքում որտեղի՞ց են գալիս անվճար վճարները։ Ինչպես նշվեց նախորդ դասերից մեկում, որոշ դիէլեկտրիկներ բևեռային են: Ջուրն ունի նույն բևեռային մոլեկուլները (նկ. 2):
Բրինձ. 2. Ջրի մոլեկուլի բեւեռականություն
Երբ ջրին աղ են ավելացնում, ջրի մոլեկուլներն այնպես են կողմնորոշվում, որ դրանց բացասական բևեռները մոտ են նատրիումին, դրականը` քլորին: Լիցքերի փոխազդեցության արդյունքում ջրի մոլեկուլները աղի մոլեկուլները բաժանում են զույգ հակադիր իոնների։ Նատրիումի իոնն ունի դրական լիցք, քլորի իոնը՝ բացասական (նկ. 3): Հենց այս իոններն են շարժվելու էլեկտրոդների միջև էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ։
Բրինձ. 3. Ազատ իոնների առաջացման սխեմա
Երբ նատրիումի իոնները մոտենում են կաթոդին, այն ստանում է իր բացակայող էլեկտրոնները, մինչդեռ քլորիդ իոնները թողնում են իրենցը, երբ հասնում են անոդին:
Էլեկտրոլիզ
Քանի որ հեղուկների մեջ հոսանքի հոսքը կապված է նյութի փոխանցման հետ, այդպիսի հոսանքի դեպքում տեղի է ունենում էլեկտրոլիզի գործընթացը։
Սահմանում.Էլեկտրոլիզը գործընթաց է, որը կապված է օքսիդացման ռեդոքս ռեակցիաների հետ, որոնցում նյութն ազատվում է էլեկտրոդների վրա:
Այն նյութերը, որոնք նման պառակտման արդյունքում ապահովում են իոնային հաղորդունակություն, կոչվում են էլեկտրոլիտներ։ Այս անունը առաջարկել է անգլիացի ֆիզիկոս Մայքլ Ֆարադեյը (նկ. 4):
Էլեկտրոլիզը հնարավորություն է տալիս լուծույթներից նյութեր ստանալ բավականաչափ մաքուր ձևով, հետևաբար այն օգտագործվում է հազվագյուտ նյութեր ստանալու համար, ինչպիսիք են նատրիումը, կալցիումը ... իր մաքուր տեսքով: Սա այն է, ինչ հայտնի է որպես էլեկտրոլիտիկ մետալուրգիա:
Ֆարադայի օրենքները
1833 թվականին էլեկտրոլիզի մասին առաջին աշխատության մեջ Ֆարադեյը ներկայացրեց էլեկտրոլիզի իր երկու օրենքները։ Առաջինում խոսքը էլեկտրոդների վրա արձակված նյութի զանգվածի մասին էր.
Ֆարադեյի առաջին օրենքը ասում է, որ այս զանգվածը համաչափ է էլեկտրոլիտի միջով անցնող լիցքին.
Այստեղ համաչափության գործակցի դերը խաղում է մեծությունը՝ էլեկտրաքիմիական համարժեքը։ Սա աղյուսակային արժեք է, որը եզակի է յուրաքանչյուր էլեկտրոլիտի համար և իրենն է հիմնական բնութագիրը. Էլեկտրաքիմիական համարժեքի չափը.
Էլեկտրաքիմիական համարժեքի ֆիզիկական իմաստը էլեկտրոդի վրա արձակված զանգվածն է, երբ էլեկտրաէներգիայի քանակությունը 1 C-ում անցնում է էլեկտրոլիտով:
Եթե հիշեք բանաձևերը ուղղակի հոսանքի թեմայից.
Այնուհետև մենք կարող ենք ներկայացնել Ֆարադայի առաջին օրենքը հետևյալ ձևով.
Ֆարադեյի երկրորդ օրենքը ուղղակիորեն վերաբերում է որոշակի էլեկտրոլիտի համար այլ հաստատունների միջոցով էլեկտրաքիմիական համարժեքի չափմանը.
Ահա էլեկտրոլիտի մոլային զանգվածը. - տարրական լիցքավորում; - էլեկտրոլիտային վալենտություն; Ավոգադրոյի համարն է։
Արժեքը կոչվում է էլեկտրոլիտի քիմիական համարժեք: Այսինքն՝ էլեկտրաքիմիական համարժեքն իմանալու համար բավական է իմանալ քիմիական համարժեքը, բանաձևի մնացած բաղադրիչները աշխարհի հաստատուններն են։
Ֆարադեյի երկրորդ օրենքի հիման վրա առաջին օրենքը կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.
Ֆարադեյն առաջարկել է այս իոնների տերմինաբանությունը՝ ելնելով այն էլեկտրոդից, որտեղ նրանք շարժվում են։ Դրական իոնները կոչվում են կատիոններ, քանի որ դրանք շարժվում են դեպի բացասական լիցքավորված կաթոդ, բացասական լիցքերը կոչվում են անիոններ, երբ շարժվում են դեպի անոդ:
Ջրի վերը նշված գործողությունը՝ մոլեկուլը երկու իոնների բաժանելու համար, կոչվում է էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիա։
Բացի լուծույթներից, հալոցները կարող են լինել նաև երկրորդ տեսակի հաղորդիչներ։ Այս դեպքում ազատ իոնների առկայությունը ձեռք է բերվում նրանով, որ շատ ակտիվ մոլեկուլային շարժումներն ու թրթռումները սկսվում են բարձր ջերմաստիճանից, ինչի արդյունքում մոլեկուլները քայքայվում են իոնների։
Էլեկտրոլիզի գործնական կիրառում
Էլեկտրոլիզի առաջին գործնական կիրառումը տեղի է ունեցել 1838 թվականին ռուս գիտնական Ջակոբիի կողմից։ Էլեկտրոլիզի օգնությամբ նա ստացել է Սուրբ Իսահակի տաճարի ֆիգուրների տպավորություն։ Էլեկտրոլիզի այս կիրառումը կոչվում է էլեկտրոլիզացիա: Կիրառման մեկ այլ ոլորտ էլեկտրապատումն է՝ մեկ մետաղը մյուսով ծածկելը (քրոմապատում, նիկելապատում, ոսկեզօծում և այլն, նկ. 5):
- Fatyf.narod.ru ().
- ChemiK ().
- Ens.tpu.ru ().
Տնային աշխատանք
- Որոնք են էլեկտրոլիտները:
- Որո՞նք են երկու սկզբունքորեն տարբեր տեսակի հեղուկներ, որոնցում կարող է հոսել էլեկտրական հոսանք:
- Որո՞նք են անվճար լիցքակիրների ձևավորման հնարավոր մեխանիզմները։
- *Ինչու՞ է էլեկտրոդի վրա թողարկված զանգվածը համաչափ լիցքին:
