Voda kao univerzalni rastvarač. Vodeni rastvori.. Elektrolitička disocijacija.. Elektrolit.. Slabi i jaki elektroliti.. Nosioci električnih naboja u tečnostima.. Pozitivni i negativni joni.. Elektroliza.. Taline.. Priroda električne struje u talini ..

Jedan od uslova za nastanak električne struje je prisustvo slobodnih naelektrisanja sposobnih da se kreću pod dejstvom električnog polja. Razgovarali smo o prirodi električne struje u metalima i.
U ovoj lekciji pokušaćemo da shvatimo koje čestice nose električni naboj u tečnostima i topi se.

Voda kao univerzalni rastvarač

Kao što znamo, destilovana voda ne sadrži nosioce naboja i stoga ne provodi električnu struju, odnosno dielektrik je. Međutim, prisustvo bilo kakvih nečistoća već čini vodu prilično dobrim provodnikom.
Voda ima fenomenalnu sposobnost da rastvori gotovo sve hemijske elemente u sebi. Kada se različite supstance (kiseline, alkalije, baze, soli itd.) rastvore u vodi, rastvor postaje provodnik usled razlaganja molekula supstance na ione. Ova pojava se naziva elektrolitička disocijacija, a sama otopina je elektrolit sposoban da provodi električnu struju. Svi vodeni bazeni na Zemlji su, u većoj ili manjoj mjeri, prirodni elektroliti.

Svjetski okean je otopina jona gotovo svih elemenata periodnog sistema.

Želudačni sok, krv, limfa, sve tečnosti u ljudskom tijelu su elektroliti. Sve životinje i biljke se također prvenstveno sastoje od elektrolita.

Prema stepenu disocijacije razlikuju se slabi i jaki elektroliti. Voda je slab elektrolit, a većina neorganskih kiselina su jaki elektroliti. Elektroliti se nazivaju i provodnicima druge vrste.

Nosioci električnih naboja u tekućini

Kada se rastvore u vodi (ili drugoj tečnosti) različitih supstanci, razlažu se na jone.
Na primjer, kuhinjska sol NaCl (natrijum hlorid) u vodi se razdvaja na pozitivne ione natrijuma (Na +) i negativne ione klorida (Cl -). Ako su dva pola u rezultirajućem elektrolitu na različitim potencijalima, tada se negativni ioni pomjeraju prema pozitivnom polu, dok se pozitivni ioni povlače prema negativnom polu.

Dakle, električna struja u tekućini sastoji se od tokova pozitivnih i negativnih jona usmjerenih jedan prema drugom.

Dok je apsolutno čista voda izolator, voda koja sadrži čak i male nečistoće (prirodne ili unesene izvana) jonizirane tvari je provodnik električne struje.

Elektroliza

Budući da se pozitivni i negativni ioni otopljene tvari pomiču u različitim smjerovima pod utjecajem električnog polja, tvar se postepeno razdvaja na dva dijela.

Ovo razdvajanje materije na njene sastavne elemente naziva se elektroliza.

Elektroliti se koriste u elektrohemiji, u hemijskim izvorima struje (galvanske ćelije i baterije), u procesima proizvodnje galvanizacije i drugim tehnologijama zasnovanim na kretanju električnih naboja u tečnostima pod dejstvom električnog polja.

topi se

Disocijacija tvari je moguća bez sudjelovanja vode. Dovoljno je otopiti kristale hemijskog sastava supstance i dobiti talog. Taline materije, kao i vodeni elektroliti, su provodnici druge vrste, pa se stoga mogu nazvati elektrolitima. Električna struja u talinama ima istu prirodu kao i struja u vodenim elektrolitima - to su protivtokovi pozitivnih i negativnih jona.

Koristeći taline, u metalurgiji, aluminijum se dobija elektrolitički iz glinice. Električna struja prolazi kroz aluminijum oksid i tokom elektrolize se čisti aluminijum akumulira na jednoj od elektroda (katoda). Ovo je energetski vrlo intenzivan proces, koji po potrošnji energije podsjeća na razgradnju vode na vodonik i kisik uz pomoć električne struje.

U radionici za elektrolizu aluminijuma

Izvještaj na temu:

Struja

u tečnostima

(elektroliti)

Elektroliza

Faradejevi zakoni

elementarnog električnog naboja

učenika 8 th klasa « B »

L oginova M arije ALI ndreevny

Moskva 2003

Škola br. 91

Uvod

Mnogo toga u našem životu je povezano sa električnom provodljivošću rastvora soli u vodi (elektroliti). Od prvog otkucaja srca („živi“ elektricitet u ljudskom tijelu, koji je 80% vode) do automobila na ulici, igrača i mobilnih telefona (sastavni dio ovih uređaja su „baterije“ – elektrohemijske baterije i razne baterije – od olovnih -kiselina u automobilima do litijum polimera u najskupljim mobilnim telefonima). U ogromnim bačvama koje se puše otrovnim parama, aluminijum se dobija elektrolizom iz boksita otopljenog na ogromnoj temperaturi - "krilati" metal za avione i limenke za Fantu. Sve oko sebe - od hromirane rešetke hladnjaka stranog automobila do posrebrene minđuše u uhu - ikada je naišlo na rastvor ili rastopljenu so, a samim tim i na električnu struju u tečnostima. Nije ni čudo što ovaj fenomen proučava čitava nauka - elektrohemija. Ali sada nas više zanimaju fizičke osnove ovog fenomena.

električna struja u rastvoru. elektroliti

Iz nastave fizike u 8. razredu znamo da naelektrisanje u provodnicima (metalima) nose negativno naelektrisani elektroni.

Uređeno kretanje nabijenih čestica naziva se električna struja.

Ali ako sklopimo uređaj (sa grafitnim elektrodama):

tada ćemo se uvjeriti da igla ampermetra odstupa - kroz rješenje teče struja! Koje su nabijene čestice u otopini?

Davne 1877. godine švedski naučnik Svante Arrhenius, proučavajući električnu provodljivost rastvora različitih supstanci, došao je do zaključka da je uzrokuju joni koji nastaju kada se sol otopi u vodi. Kada se rastvori u vodi, molekul CuSO 4 se raspada (disocira) na dva različito nabijena jona - Cu 2+ i SO 4 2-. Pojednostavljeno, tekući procesi mogu se odraziti sljedećom formulom:

CuSO 4 ÞCu 2+ +SO 4 2-

Provode električnu struju otopine soli, lužina, kiselina.

Supstance čiji rastvori provode struju nazivaju se elektroliti.

Otopine šećera, alkohola, glukoze i nekih drugih supstanci ne provode struju.

Tvari čije otopine ne provode električnu energiju nazivaju se neelektroliti.

Elektrolitička disocijacija

Proces razgradnje elektrolita na ione naziva se elektrolitička disocijacija.

S. Arrhenius, koji se pridržavao fizičke teorije rastvora, nije uzeo u obzir interakciju elektrolita sa vodom i smatrao je da su slobodni joni prisutni u rastvorima. Nasuprot tome, ruski hemičari I. A. Kablukov i V. A. Kistjakovski su primenili hemijsku teoriju D. I. Mendeljejeva da objasne elektrolitičku disocijaciju i dokazali da kada se elektrolit rastvori, dolazi do hemijske interakcije otopljene supstance sa vodom, što dovodi do stvaranja hidrata i zatim se disociraju u jone. Vjerovali su da u otopinama nema slobodnih, ne "golih" jona, već hidratiziranih, odnosno "obučenih u bundu" od molekula vode. Stoga se disocijacija molekula elektrolita odvija u sljedećem redoslijedu:

a) orijentacija molekula vode oko polova molekula elektrolita

b) hidratacija molekula elektrolita

c) njegovu jonizaciju

d) njegov raspad na hidratizirane jone

U odnosu na stepen elektrolitičke disocijacije, elektroliti se dele na jake i slabe.

- Jaki elektroliti- one koje se nakon raspadanja gotovo potpuno raspadaju.

Njihova vrijednost stepena disocijacije teži jedinstvu.

- Slabi elektroliti- one koje se, kada se rastvore, skoro i ne razdvajaju. Njihov stepen disocijacije teži nuli.

Iz ovoga zaključujemo da nosioci električnog naboja (nosioci električne struje) u otopinama elektrolita nisu elektroni, već pozitivno i negativno nabijeni hidratisani joni .

Temperaturna ovisnost otpora elektrolita

Kada temperatura poraste olakšava se proces disocijacije, povećava se pokretljivost jona i otpor elektrolita pada .

katoda i anoda. Kationi i anjoni

Ali šta se dešava sa ionima pod uticajem električne struje?

Vratimo se na naš uređaj:

U rastvoru se CuSO 4 disocira na jone - Cu 2+ i SO 4 2-. pozitivno nabijenog jona Cu2+ (kation) privučen negativno nabijenom elektrodom katoda, gdje prima elektrone koji nedostaju i reducira se u metalni bakar - jednostavnu supstancu. Ako uklonite katodu iz uređaja nakon prolaska kroz trenutnu otopinu, tada je lako primijetiti crveno-crveni premaz - ovo je metalni bakar.

Faradejev prvi zakon

Možemo li saznati koliko je bakra oslobođeno? Vaganjem katode prije i poslije eksperimenta može se precizno odrediti masa deponovanog metala. Mjerenja pokazuju da masa tvari koja se oslobađa na elektrodama ovisi o jačini struje i vremenu elektrolize:

gdje je K faktor proporcionalnosti, koji se također naziva elektrohemijski ekvivalent .

Posljedično, masa oslobođene tvari je direktno proporcionalna jačini struje i vremenu elektrolize. Ali struja tokom vremena (prema formuli):

postoji naknada.

dakle, masa tvari koja se oslobađa na elektrodi proporcionalna je naboju, odnosno količini električne energije koja je prošla kroz elektrolit.

M=K´q

Ovaj zakon je eksperimentalno otkrio 1843. godine engleski naučnik Michael Faraday i zove se Faradejev prvi zakon .

Faradejev drugi zakon

A šta je elektrohemijski ekvivalent i od čega zavisi? Na ovo pitanje je odgovorio i Michael Faraday.

Na osnovu brojnih eksperimenata došao je do zaključka da je ova vrijednost karakteristična za svaku supstancu. Tako, na primjer, tokom elektrolize otopine lapisa (srebrni nitrat AgNO 3), 1 privjesak oslobađa 1,1180 mg srebra; potpuno ista količina srebra se oslobađa tokom elektrolize sa punjenjem od 1 privjeska bilo koje srebrne soli. Tokom elektrolize soli drugog metala, 1 privjesak oslobađa različitu količinu ovog metala. Na ovaj način , elektrohemijski ekvivalent supstance je masa ove supstance koja se oslobađa tokom elektrolize od strane 1 kulona elektriciteta koji teče kroz rastvor . Evo njegovih vrijednosti za neke supstance:

Supstanca	K u mg/k
Ag (srebro)
H (vodik)

Iz tabele vidimo da se elektrohemijski ekvivalenti različitih supstanci značajno razlikuju jedni od drugih. Od kojih svojstava supstance zavisi vrednost njenog elektrohemijskog ekvivalenta? Odgovor na ovo pitanje je Faradejev drugi zakon :

Elektrohemijski ekvivalenti različitih supstanci su proporcionalni njihovoj atomskoj težini i obrnuto proporcionalni brojevima koji izražavaju njihovu hemijsku valenciju.

n - valencija

A - atomska težina

- naziva se hemijski ekvivalent ove supstance

- koeficijent proporcionalnosti, koji je već univerzalna konstanta, odnosno ima istu vrijednost za sve supstance. Ako izmjerimo elektrohemijski ekvivalent u g/k, onda nalazimo da je jednak 1,037´10 -5 g/k.

Kombinujući prvi i drugi Faradejev zakon, dobijamo:

Ova formula ima jednostavno fizičko značenje: F je numerički jednak naboju koji se mora proći kroz bilo koji elektrolit da bi se oslobodila supstanca na elektrodama u količini jednakoj jednom hemijskom ekvivalentu. F se zove Faradejev broj i jednak je 96400 kg/g.

Mol i broj molekula u njemu. Avogadrov broj

Iz predmeta hemije 8. razreda znamo da je za mjerenje količina supstanci uključenih u hemijske reakcije odabrana posebna jedinica, mol. Da biste izmjerili jedan mol tvari, potrebno je uzeti onoliko grama koliko je njegova relativna molekulska težina.

Na primjer, 1 mol vode (H 2 O) jednak je 18 grama (1 + 1 + 16 = 18), mol kisika (O 2) je 32 grama, a mol željeza (Fe) je 56 grama. Ali ono što je za nas posebno važno, ustanovljeno je da je 1 mol bilo koje supstance uvijek sadrži isti broj molekula .

Mol je količina supstance koja sadrži 6 ´ 10 23 molekula ove supstance.

U čast italijanskog naučnika A. Avogadra, ovaj broj ( N) se zove stalni Avogadro ili Avogadrov broj .

Iz formule slijedi da ako q=F, zatim . To znači da kada naboj jednako 96400 kulona prođe kroz elektrolit, oslobodit će se grama bilo koje tvari. Drugim riječima, da bi se oslobodio jedan mol monovalentne tvari, naboj mora protjecati kroz elektrolit q=F privesci. Ali znamo da svaki mol neke supstance sadrži isti broj njenih molekula - N=6x10 23. To nam omogućava da izračunamo naboj jednog jona jednovalentne tvari - elementarni električni naboj - naboj jednog (!) elektrona:

Primjena elektrolize

Elektrolitička metoda za dobijanje čistih metala (rafinacija, rafinacija). Elektroliza praćena otapanjem anode

Dobar primjer je elektrolitičko rafiniranje (rafiniranje) bakra. Bakar dobijen direktno iz rude lijeva se u obliku ploča i stavlja kao anoda u otopinu CuSO 4. Odabirom napona na elektrodama kupke (0,20-0,25V), moguće je osigurati da se na katodi oslobađa samo metalni bakar. U tom slučaju strane nečistoće ili odlaze u otopinu (bez taloženja na katodi) ili padaju na dno kupke u obliku taloga („anodni mulj“). Kationi anodne supstance se kombinuju sa anjonom SO 4 2-, a na katodi se pri tom naponu oslobađa samo metalni bakar. Anoda se, takoreći, "rastvara". Takvo prečišćavanje omogućava postizanje čistoće od 99,99% („četiri devetke“). Na sličan način se prečišćavaju i plemeniti metali (zlato Au, srebro Ag).

Trenutno se sav aluminijum (Al) vadi elektrolitički (iz rastopljenog boksita).

Galvanizacija

Galvanizacija - oblast primenjene elektrohemije koja se bavi procesima nanošenja metalnih premaza na površinu metalnih i nemetalnih proizvoda kada jednosmerna električna struja prolazi kroz rastvore njihovih soli. Galvanizacija se dijeli na galvanizacija I galvanizacija .

Elektrolizom je moguće prekriti metalne predmete slojem drugog metala. Ovaj proces se zove galvanizacija. Od posebnog tehničkog značaja su premazi s metalima koji se teško oksidiraju, posebno niklovani i hromirani, kao i posrebreni i pozlaćeni, koji se često koriste za zaštitu metala od korozije. Da bi se dobili željeni premazi, predmet se temeljito očisti, dobro odmasti i stavi kao katoda u elektrolitičku kupku koja sadrži sol metala kojom se želi pokriti predmet. Za ravnomjerniji premaz, korisno je koristiti dvije ploče kao anodu, postavljajući predmet između njih.

Također, pomoću elektrolize moguće je ne samo prekriti predmete slojem jednog ili drugog metala, već i napraviti njihove reljefne metalne kopije (na primjer, kovanice, medalje). Ovaj proces izmislio je ruski fizičar i elektroinženjer, član Ruske akademije nauka Boris Semenovič Jakobi (1801-1874) četrdesetih godina XIX veka i zove se galvanizacija . Da bi se napravila reljefna kopija predmeta, prvo se napravi otisak nekog plastičnog materijala, poput voska. Ovaj otisak se utrlja grafitom i uroni u elektrolitičku kupku kao katoda, gdje se na nju nanosi sloj metala. Koristi se u štamparskoj industriji u proizvodnji štamparskih formi.

Osim navedenog, elektroliza je našla primjenu u drugim područjima:

Dobivanje oksidnih zaštitnih filmova na metalima (eloksiranje);

Elektrokemijska obrada metalnih proizvoda (poliranje);

Elektrohemijsko bojenje metala (na primjer, bakar, mesing, cink, hrom, itd.);

Prečišćavanje vode je uklanjanje rastvorljivih nečistoća iz nje. Rezultat je takozvana meka voda (po svojstvima se približava destilovanoj vodi);

Elektrohemijsko oštrenje reznih instrumenata (npr. hirurški noževi, brijači itd.).

Spisak korišćene literature:

1. Gurevich A. E. “Fizika. elektromagnetne pojave. 8. razred, Moskva, Izdavačka kuća Drofa. 1999

2. Gabrielyan O. S. “Hemija. 8. razred, Moskva, Izdavačka kuća Drofa. 1997

3. "Elementarni udžbenik fizike priredio akademik G. S. Landsberg - tom II - elektricitet i magnetizam." Moskva, Nauka, 1972.

4. Eric M. Rogers. "Fizika za istražni um (metode, priroda i filozofija fizičke nauke)". "Prinseton University Press" 1966. Tom III - elektricitet i magnetizam. Prevod Moskva, "Mir" 1971.

5. A. N. Remizov "Kurs fizike, elektronike i kibernetike za medicinske institute". Moskva, "Viša škola" 1982.

Apsolutno svi znaju da tekućine mogu savršeno provoditi električnu energiju. A dobro je poznata i činjenica da su svi provodnici prema vrsti podijeljeni u nekoliko podgrupa. Predlažemo da u našem članku razmotrimo kako se električna struja provodi u tekućinama, metalima i drugim poluvodičima, kao i zakone elektrolize i njene vrste.

Teorija elektrolize

Da bismo lakše razumjeli o čemu je riječ, predlažemo da počnemo s teorijom da je električna energija, ako smatramo da je električni naboj neka vrsta tekućine, poznata više od 200 godina. Naboji se sastoje od pojedinačnih elektrona, ali oni su toliko mali da se svaki veliki naboj ponaša kao kontinuirani tok, tečnost.

Poput tijela čvrstog tipa, tekući provodnici mogu biti tri tipa:

• poluvodiči (selen, sulfidi i drugi);
• dielektrici (alkalne otopine, soli i kiseline);
• provodnici (recimo, u plazmi).

Proces u kojem se elektroliti rastvaraju i ioni raspadaju pod utjecajem električnog molarnog polja naziva se disocijacija. Zauzvrat, udio molekula koji su se raspali na ione, ili raspadnuti joni u otopljenoj tvari, u potpunosti ovisi o fizičkim svojstvima i temperaturi u različitim provodnicima i talinama. Obavezno zapamtite da se joni mogu rekombinovati ili rekombinovati. Ako se uslovi ne promene, tada će broj raspadnutih jona i ujedinjenih biti jednako proporcionalan.

U elektrolitima joni provode energiju, jer. mogu biti i pozitivno nabijene čestice i negativno. Prilikom spajanja tekućine (tačnije, posude s tekućinom na napajanje), čestice će se početi kretati prema suprotnim nabojima (pozitivni ioni će početi da se privlače na katode, a negativni ioni na anode). U ovom slučaju energija se prenosi direktno ionima, pa se ova vrsta provodljivosti naziva ionskom.

Tokom ove vrste provođenja struju nose joni i na elektrodama se oslobađaju tvari koje su sastavni dio elektrolita. Hemijski gledano, dolazi do oksidacije i redukcije. Tako se električna struja u gasovima i tečnostima prenosi elektrolizom.

Zakoni fizike i struja u tečnostima

Električna energija u našim domovima i aparatima se obično ne prenosi metalnim žicama. U metalu se elektroni mogu kretati od atoma do atoma i tako nositi negativan naboj.

Poput tečnosti, oni se pokreću u obliku električnog napona, poznatog kao napon, mjeren u jedinicama volta, prema italijanskom naučniku Alessandru Volti.

Video: Električna struja u tekućinama: potpuna teorija

Također, električna struja teče od visokog do niskog napona i mjeri se u jedinicama poznatim kao amperi, nazvanim po André-Marie Ampereu. A prema teoriji i formuli, ako povećate napon, tada će se i njegova snaga proporcionalno povećati. Ovaj odnos je poznat kao Ohmov zakon. Kao primjer, virtuelna strujna karakteristika je ispod.

Slika: struja u odnosu na napon

Ohmov zakon (sa dodatnim detaljima o dužini i debljini žice) je obično jedna od prvih stvari koja se uči na časovima fizike, pa mnogi učenici i nastavnici stoga električnu struju u gasovima i tečnostima smatraju osnovnim zakonom fizike.

Da biste svojim očima vidjeli kretanje naboja, morate pripremiti tikvicu sa slanom vodom, ravne pravokutne elektrode i izvore napajanja, trebat će vam i instalacija ampermetra, uz pomoć koje će se energija provoditi iz struje dovod do elektroda.

Uzorak: struja i sol

Ploče koje djeluju kao provodnici moraju se spustiti u tekućinu i uključiti napon. Nakon toga će početi haotično kretanje čestica, ali kako nakon pojave magnetnog polja između provodnika, ovaj proces će biti uređen.

Čim ioni počnu mijenjati naboje i spajati se, anode postaju katode, a katode anode. Ali ovdje morate uzeti u obzir električni otpor. Naravno, teorijska kriva igra važnu ulogu, ali glavni uticaj imaju temperatura i nivo disocijacije (u zavisnosti od toga koji su nosioci izabrani), kao i izbor naizmenične ili jednosmerne struje. Završavajući ovo eksperimentalno istraživanje, možete primijetiti da se na čvrstim tijelima (metalnim pločama) formirao tanak sloj soli.

Elektroliza i vakuum

Električna struja u vakuumu i tečnostima je prilično komplikovano pitanje. Činjenica je da u takvim medijima nema naboja u telima, što znači da se radi o dielektriku. Drugim riječima, naš cilj je stvoriti uslove da atom elektrona može započeti svoje kretanje.

Da biste to učinili, trebate koristiti modularni uređaj, vodiče i metalne ploče, a zatim nastaviti kao u gornjoj metodi.

Provodnici i vakuum Karakteristika struje u vakuumu

Primjena elektrolize

Ovaj proces se primjenjuje u gotovo svim područjima života. Čak i najelementarniji rad ponekad zahtijeva intervenciju električne struje u tekućinama, npr.

Uz pomoć ovog jednostavnog procesa, čvrsta tijela se premazuju najtanjim slojem bilo kojeg metala, na primjer, niklovana ili hromirana. ovo je jedan od mogućih načina za suzbijanje procesa korozije. Slične tehnologije se koriste u proizvodnji transformatora, brojila i drugih električnih uređaja.

Nadamo se da je naše obrazloženje odgovorilo na sva pitanja koja se nameću prilikom proučavanja fenomena električne struje u tečnostima. Ako su vam potrebni bolji odgovori, onda vam savjetujemo da posjetite forum električara gdje ćete se rado besplatno konsultovati.

Gotovo svaka osoba zna definiciju električne struje kao. Međutim, poenta je u tome da se njeno porijeklo i kretanje u različitim medijima prilično razlikuju jedno od drugog. Konkretno, električna struja u tekućinama ima nešto drugačija svojstva od istih metalnih provodnika.

Glavna razlika je u tome što je struja u tekućinama kretanje nabijenih jona, odnosno atoma ili čak molekula koji su iz nekog razloga izgubili ili dobili elektrone. Istovremeno, jedan od pokazatelja ovog kretanja je promjena u svojstvima tvari kroz koju ti ioni prolaze. Na osnovu definicije električne struje, možemo pretpostaviti da će se tokom raspadanja negativno nabijeni joni kretati prema pozitivnim, a pozitivni, naprotiv, prema negativnim.

Proces razgradnje molekula otopine na pozitivno i negativno nabijene ione u nauci se naziva elektrolitička disocijacija. Dakle, električna struja u tekućinama nastaje zbog činjenice da se, za razliku od istog metalnog vodiča, mijenja sastav i kemijska svojstva ovih tekućina, što rezultira procesom kretanja nabijenih jona.

Električna struja u tečnostima, njeno poreklo, kvantitativne i kvalitativne karakteristike bili su jedan od glavnih problema koje je dugo proučavao poznati fizičar M. Faraday. Konkretno, uz pomoć brojnih eksperimenata, uspio je dokazati da masa tvari koja se oslobađa tijekom elektrolize direktno ovisi o količini električne energije i vremenu tokom kojeg je ta elektroliza provedena. Iz bilo kojih drugih razloga, osim vrste tvari, ova masa ne ovisi.

Osim toga, proučavajući struju u tekućinama, Faraday je eksperimentalno otkrio da je ista količina potrebna za izolaciju jednog kilograma bilo koje tvari tokom elektrolize.Ta količina, jednaka 9,65,10 7 k, nazvana je Faradejevim brojem.

Za razliku od metalnih vodiča, električna struja u tekućinama je okružena, što uvelike otežava kretanje iona tvari. S tim u vezi, u bilo kojem elektrolitu može se stvoriti samo mali napon. U isto vrijeme, ako temperatura otopine raste, tada se povećava njegova vodljivost, a polje se povećava.

Elektroliza ima još jedno zanimljivo svojstvo. Stvar je u tome da je vjerovatnoća raspada određenog molekula na pozitivno i negativno nabijene ione veća što je veći broj molekula same tvari i otapala. Istovremeno, u određenom trenutku, otopina postaje prezasićena ionima, nakon čega provodljivost otopine počinje opadati. Tako će se najjače odvijati u otopini gdje je koncentracija jona izuzetno niska, ali će električna struja u takvim otopinama biti izuzetno niska.

Proces elektrolize našao je široku primjenu u raznim industrijskim proizvodnjama vezanim za elektrohemijske reakcije. Među najvažnijim od njih su proizvodnja metala pomoću elektrolita, elektroliza soli koje sadrže hlor i njegove derivate, redoks reakcije, proizvodnja tako neophodne supstance kao što je vodonik, poliranje površine i galvanizacija. Na primjer, u mnogim preduzećima mašinstva i instrumenata vrlo je uobičajena metoda rafiniranja, a to je proizvodnja metala bez ikakvih nepotrebnih nečistoća.

Tečnosti se prema stepenu električne provodljivosti dele na:
dielektrici (destilirana voda),
provodnici (elektroliti),
poluprovodnici (rastopljeni selen).

Elektrolit

To je provodljiva tekućina (rastvori kiselina, lužina, soli i rastopljenih soli).

Elektrolitička disocijacija
(isključivanje)

Tokom rastvaranja, kao rezultat termičkog kretanja, dolazi do sudara molekula rastvarača i neutralnih molekula elektrolita.
Molekule se raspadaju na pozitivne i negativne ione.

Fenomen elektrolize

- prati prolaz električne struje kroz tečnost;
- to je oslobađanje na elektrodama tvari uključenih u elektroliti;
Pozitivno nabijeni anioni teže negativnoj katodi pod djelovanjem električnog polja, a negativno nabijeni kationi teže pozitivnoj anodi.
Na anodi negativni ioni doniraju dodatne elektrone (oksidativna reakcija)
Na katodi, pozitivni ioni dobijaju nedostajuće elektrone (reakcija redukcije).

zakon elektrolize

1833 - Faraday

Zakon elektrolize određuje masu supstance koja se oslobađa na elektrodi tokom elektrolize tokom prolaska električne struje.

k je elektrohemijski ekvivalent supstance, numerički jednak masi supstance koja se oslobađa na elektrodi kada naelektrisanje od 1 C prođe kroz elektrolit.
Poznavajući masu oslobođene supstance, moguće je odrediti naboj elektrona.

Na primjer, otapanje bakrenog sulfata u vodi.

Provodljivost elektrolita, sposobnost elektrolita da provode električnu struju kada se primjenjuje električni napon. Nosioci struje su pozitivno i negativno nabijeni joni – katjoni i anjoni koji postoje u otopini zbog elektrolitičke disocijacije. Jonska električna provodljivost elektrolita, za razliku od elektronske provodljivosti karakteristične za metale, praćena je prijenosom materije na elektrode uz stvaranje novih kemijskih spojeva u njihovoj blizini. Ukupna (ukupna) provodljivost se sastoji od vodljivosti kationa i anjona, koji se pod dejstvom spoljašnjeg električnog polja kreću u suprotnim smerovima. Udio ukupne količine električne energije koju prenose pojedinačni joni nazivaju se brojevima prijenosa, čiji je zbir za sve vrste jona uključenih u prijenos jednak jedan.

Semiconductor

Monokristalni silicijum - poluprovodnički materijal koji se danas najviše koristi u industriji

Semiconductor- materijal koji po svojoj specifičnoj vodljivosti zauzima srednju poziciju između provodnika i dielektrika i razlikuje se od provodnika po jakoj zavisnosti specifične provodljivosti o koncentraciji nečistoća, temperaturi i izloženosti različitim vrstama zračenja. Glavno svojstvo poluvodiča je povećanje električne provodljivosti s povećanjem temperature.

Poluprovodnici su supstance čiji je pojas u opsegu od nekoliko elektron volti (eV). Na primjer, dijamant se može klasificirati kao poluprovodnici sa širokim razmakom, i indijum arsenid - do uski jaz. Poluprovodnici uključuju mnoge hemijske elemente (germanijum, silicijum, selen, telur, arsen i drugi), veliki broj legura i hemijskih jedinjenja (galijum arsenid itd.). Gotovo sve neorganske tvari svijeta oko nas su poluvodiči. Najčešći poluprovodnik u prirodi je silicijum, koji čini skoro 30% zemljine kore.

U zavisnosti od toga da li atom nečistoće donira ili hvata elektron, atomi nečistoće se nazivaju atomi donora ili akceptora. Priroda nečistoće može se mijenjati ovisno o tome koji atom kristalne rešetke zamjenjuje, u koju kristalografsku ravan je ugrađena.

Vodljivost poluprovodnika u velikoj meri zavisi od temperature. Blizu temperature apsolutne nule, poluvodiči imaju svojstva dielektrika.

Mehanizam električnog provođenja[uredi | uredi wiki tekst]

Poluprovodnike karakterišu i svojstva provodnika i dielektrika. U poluvodičkim kristalima atomi uspostavljaju kovalentne veze (to jest, jedan elektron u silicijumskom kristalu, poput dijamanta, vezan je sa dva atoma), elektronima je potreban nivo unutrašnje energije da bi se oslobodili iz atoma (1,76 10 -19 J naspram 11,2 10 −19 J, što karakteriše razliku između poluprovodnika i dielektrika). Ova energija se u njima pojavljuje s porastom temperature (na primjer, na sobnoj temperaturi energetski nivo toplinskog kretanja atoma je 0,4 10 -19 J), a pojedinačni elektroni primaju energiju za odvajanje od jezgra. S povećanjem temperature povećava se broj slobodnih elektrona i rupa, pa se u poluvodiču koji ne sadrži nečistoće električna otpornost smanjuje. Konvencionalno je prihvaćeno da se kao poluvodički elementi smatraju s energijom vezivanja elektrona manjom od 1,5-2 eV. Mehanizam provodljivosti elektron-rupa manifestira se u intrinzičnim (tj. bez nečistoća) poluvodičima. Zove se intrinzična električna provodljivost poluvodiča.

Rupa[uredi | uredi wiki tekst]

Glavni članak:Rupa

Kada se veza između elektrona i jezgra prekine, u elektronskoj ljusci atoma pojavljuje se slobodan prostor. To uzrokuje prijenos elektrona s drugog atoma na atom sa slobodnim prostorom. Atom, iz kojeg je elektron prošao, ulazi u drugi elektron iz drugog atoma, itd. Ovaj proces je određen kovalentnim vezama atoma. Dakle, postoji kretanje pozitivnog naboja bez pomeranja samog atoma. Ovo uslovno pozitivno naelektrisanje naziva se rupa.

Magnetno polje

Magnetno polje- polje sile koje djeluje na pokretne električne naboje i na tijela s magnetskim momentom, bez obzira na stanje njihovog kretanja; magnetna komponenta elektromagnetnog polja.

Magnetno polje može biti stvoreno strujom nabijenih čestica i/ili magnetnim momentima elektrona u atomima (i magnetnim momentima drugih čestica, što se obično manifestira u mnogo manjoj mjeri) (trajni magneti).

Osim toga, nastaje kao rezultat promjene vremena električnog polja.

Glavna karakteristika snage magnetnog polja je vektor magnetne indukcije (vektor indukcije magnetskog polja) . Sa matematičke tačke gledišta - vektorsko polje koje definira i specificira fizički koncept magnetskog polja. Često se vektor magnetne indukcije naziva jednostavno magnetnim poljem radi kratkoće (iako ovo vjerovatno nije najstroža upotreba termina).

Još jedna fundamentalna karakteristika magnetnog polja (alternativna magnetna indukcija i usko povezana s njom, praktično jednaka njoj po fizičkoj vrijednosti) je vektorski potencijal .

Izvori magnetnog polja[uredi | uredi wiki tekst]

Magnetno polje se stvara (generira) strujom nabijenih čestica, ili vremenski promjenjivim električnim poljem, ili intrinzičnim magnetskim momentima čestica (ovi posljednji, radi ujednačenosti slike, mogu se formalno smanjiti na električne struje