Mindenki ismeri az elektromos áram fogalmát. Ezt töltött részecskék irányított mozgásaként ábrázolják. Az ilyen mozgás a különböző környezetekben alapvető különbségeket rejt magában. E jelenség alapvető példájaként elképzelhető az elektromos áram áramlása és terjedése folyadékokban. Az ilyen jelenségeket különböző tulajdonságok jellemzik, és jelentősen eltérnek a töltött részecskék rendezett mozgásától, amely normál körülmények között, nem különféle folyadékok hatására megy végbe.
1. ábra Elektromos áram folyadékokban. Author24 - hallgatói dolgozatok online cseréje
Elektromos áram képződése folyadékokban
Annak ellenére, hogy az elektromos áram vezetési folyamatát fémeszközök (vezetők) végzik, a folyadékok árama a töltött ionok mozgásától függ, amelyek valamilyen meghatározott okból ilyen atomokat és molekulákat szereztek vagy veszítettek el. Az ilyen mozgás mutatója egy bizonyos anyag tulajdonságainak megváltozása, ahol az ionok áthaladnak. Így az elektromos áram alapvető definíciójára kell támaszkodni, hogy a különféle folyadékokban kialakuló áram sajátos fogalmát kialakítsuk. Megállapítást nyert, hogy a negatív töltésű ionok bomlása pozitív értékekkel járul hozzá az áramforrás tartományába való mozgáshoz. Az ilyen folyamatokban a pozitív töltésű ionok az ellenkező irányba mozognak - negatív áramforráshoz.
A folyadékvezetők három fő típusra oszthatók:
- félvezetők;
- dielektrikumok;
- karmesterek.
1. definíció
Az elektrolitikus disszociáció egy bizonyos oldat molekuláinak negatív és pozitív töltésű ionokra történő bomlásának folyamata.
Megállapítható, hogy a folyadékokban elektromos áram keletkezhet a felhasznált folyadékok összetételének és kémiai tulajdonságainak megváltozása után. Ez teljesen ellentmond az elektromos áram más módon történő terjedésének elméletének, ha hagyományos fémvezetőt használunk.
Faraday kísérletei és elektrolízis
A folyadékokban az elektromos áram áramlása a töltött ionok mozgásának eredménye. A folyadékokban az elektromos áram megjelenésével és terjedésével kapcsolatos problémák a híres tudós Michael Faraday tanulmányához vezettek. Számos gyakorlati tanulmány segítségével sikerült bizonyítékot találnia arra, hogy az elektrolízis során felszabaduló anyag tömege függ az idő és az elektromosság mennyiségétől. Ebben az esetben fontos az az idő, amely alatt a kísérleteket elvégezték.
A tudósnak azt is sikerült kiderítenie, hogy az elektrolízis folyamatában, amikor egy bizonyos mennyiségű anyag felszabadul, ugyanannyi elektromos töltésre van szükség. Ezt a mennyiséget pontosan megállapították és állandó értékben rögzítették, amit Faraday-számnak neveztek.
Folyadékokban az elektromos áram terjedési feltételei eltérőek. Kölcsönhatásba lép a vízmolekulákkal. Jelentősen gátolják az ionok minden mozgását, ami a hagyományos fémvezetővel végzett kísérletekben nem volt megfigyelhető. Ebből következik, hogy az elektrolitikus reakciók során keletkező áram nem lesz olyan nagy. Az oldat hőmérsékletének növekedésével azonban a vezetőképesség fokozatosan növekszik. Ez azt jelenti, hogy az elektromos áram feszültsége nő. Az elektrolízis folyamatában is megfigyelték, hogy a felhasznált anyag vagy oldószer nagyszámú molekulája miatt megnő annak a valószínűsége, hogy egy adott molekula negatív vagy pozitív iontöltésekre bomlik. Ha az oldat egy bizonyos normát meghaladó ionokkal telítődik, fordított folyamat megy végbe. Az oldat vezetőképessége ismét csökkenni kezd.
Jelenleg az elektrolízis folyamat a tudomány számos területén és területén, valamint a termelésben talált alkalmazást. Az ipari vállalkozások fémgyártásban vagy -feldolgozásban használják. Az elektrokémiai reakciók a következőkben vesznek részt:
- só elektrolízis;
- galvanizálás;
- felületi polírozás;
- egyéb redox folyamatok.
Elektromos áram vákuumban és folyadékokban
Az elektromos áram terjedése folyadékokban és más közegekben meglehetősen összetett folyamat, amelynek saját jellemzői, jellemzői és tulajdonságai vannak. Az a tény, hogy az ilyen közegekben a testekben teljesen nincsenek töltések, ezért ezeket általában dielektrikumoknak nevezik. A kutatás fő célja az volt, hogy olyan feltételeket teremtsenek, amelyek mellett az atomok és molekulák elkezdhetnek mozogni, és megindult az elektromos áram létrehozásának folyamata. Ehhez speciális mechanizmusokat vagy eszközöket szokás használni. Az ilyen moduláris eszközök fő eleme fémlemezek formájában lévő vezetők.
Az áram fő paramétereinek meghatározásához ismert elméleteket és képleteket kell használni. A leggyakoribb az Ohm-törvény. Univerzális amperkarakterisztikaként működik, ahol az áram-feszültség függés elve érvényesül. Emlékezzünk vissza, hogy a feszültséget amper egységekben mérik.
A vízzel és sóval végzett kísérletekhez sós vízzel edényt kell készíteni. Ez gyakorlatias és vizuálisan mutatja be azokat a folyamatokat, amelyek akkor mennek végbe, amikor folyadékokban elektromos áram keletkezik. Ezenkívül a telepítésnek téglalap alakú elektródákat és tápegységeket kell tartalmaznia. A kísérletek teljes körű előkészítéséhez amperes telepítés szükséges. Segíti az energiát a tápegységtől az elektródákig vezetni.
A fémlemezek vezetőként működnek. A felhasznált folyadékba mártják, majd rákapcsolják a feszültséget. A részecskék mozgása azonnal megindul. Véletlenszerűen fut. Amikor mágneses tér keletkezik a vezetők között, a részecskék mozgásának teljes folyamata rendezett.
Az ionok elkezdenek töltést váltani és egyesülni. Így a katódokból anódok, az anódok pedig katódokká válnak. Ebben a folyamatban számos más fontos tényezőt is figyelembe kell venni:
- disszociációs szint;
- hőfok;
- elektromos ellenállás;
- váltakozó vagy egyenáram használata.
A kísérlet végén sóréteg képződik a lemezeken.
Abszolút mindenki tudja, hogy a folyadékok tökéletesen vezethetik az elektromos energiát. És az is köztudott, hogy az összes vezetőt típusuk szerint több alcsoportra osztják. Cikkünkben azt javasoljuk, hogy vegyük fontolóra az elektromos áramot folyadékokban, fémekben és más félvezetőkben, valamint az elektrolízis törvényeit és típusait.
Az elektrolízis elmélete
Annak érdekében, hogy könnyebben megértsük, mi a tét, azt javasoljuk, hogy kezdjük azzal az elmélettel, hogy az elektromosság, ha egy elektromos töltést egyfajta folyadéknak tekintünk, több mint 200 éve ismert. A töltések egyedi elektronokból állnak, de ezek olyan kicsik, hogy minden nagy töltés folyamatos áramlásként, folyadékként viselkedik.
A szilárd típusú testekhez hasonlóan a folyadékvezetők is háromféleek lehetnek:
- félvezetők (szelén, szulfidok és mások);
- dielektrikumok (lúgos oldatok, sók és savak);
- vezetők (mondjuk plazmában).
Disszociációnak nevezzük azt a folyamatot, amelyben az elektrolitok oldódnak és az ionok szétesnek elektromos moláris tér hatására. Az ionokká bomló molekulák aránya, vagy az oldott anyagban lebomlott ionok aránya teljes mértékben függ a különböző vezetőkben és olvadékokban lévő fizikai tulajdonságoktól és hőmérséklettől. Ügyeljen arra, hogy az ionok rekombinálódhatnak vagy rekombinálódhatnak. Ha a feltételek nem változnak, akkor a bomlott ionok és az egyesült ionok száma egyenlő arányban lesz.
Az elektrolitokban az ionok energiát vezetnek, mert. lehetnek pozitív töltésű részecskék és negatívan is. A folyadék (vagy inkább az edény a folyadékkal a hálózatra) csatlakoztatásakor megindul a részecskék ellentétes töltések felé történő mozgása (a pozitív ionok a katódokhoz, a negatív ionok az anódokhoz vonzódnak). Ebben az esetben az energiát közvetlenül az ionok szállítják, ezért ezt a vezetési típust ionosnak nevezzük.
Az ilyen típusú vezetés során az áramot ionok viszik, és anyagok szabadulnak fel az elektródákon, amelyek az elektrolitok alkotórészei. Kémiai szempontból oxidáció és redukció megy végbe. Így a gázokban és folyadékokban lévő elektromos áramot elektrolízissel szállítják.
A fizika törvényei és az áramerősség folyadékokban
Otthonunkban és készülékeinkben az elektromosságot általában nem fémhuzalokon továbbítják. Egy fémben az elektronok atomról atomra mozoghatnak, és így negatív töltést hordozhatnak.
A folyadékokhoz hasonlóan ezeket is elektromos feszültség formájában hajtják, amelyet Alessandro Volta olasz tudós szerint volt egységekben mérnek.
Videó: Elektromos áram folyadékokban: teljes elmélet
Ezenkívül az elektromos áram a nagyfeszültségről az alacsony feszültségre folyik, és mértékegysége az André-Marie Ampère-ről elnevezett amper néven ismert. És az elmélet és a képlet szerint, ha növeli a feszültséget, akkor az erőssége is arányosan nő. Ezt az összefüggést Ohm törvényének nevezik. Példaként az alábbiakban látható a virtuális áramjellemző.
ábra: áram kontra feszültségAz Ohm-törvény (további részletekkel a huzal hosszával és vastagságával kapcsolatban) általában az egyik első dolog, amit a fizikaórákon tanítanak, ezért sok diák és tanár a fizika alaptörvényének tekinti a gázok és folyadékok elektromos áramát.
Ahhoz, hogy a saját szemével lássa a töltések mozgását, elő kell készítenie egy lombikot sós vízzel, lapos téglalap alakú elektródákkal és áramforrásokkal, továbbá szüksége lesz egy ampermérő telepítésre is, amelynek segítségével az energiát az áramból vezetik. táplálja az elektródákat.
Minta: Áram és só A vezetőként működő lemezeket le kell engedni a folyadékba, és be kell kapcsolni a feszültséget. Ezt követően megindul a részecskék kaotikus mozgása, de ahogy a vezetők közötti mágneses tér megjelenése után, ez a folyamat elrendelt lesz.
Amint az ionok elkezdenek töltést váltani és egyesülni, az anódok katódokká, a katódok pedig anódokká válnak. De itt figyelembe kell venni az elektromos ellenállást. Természetesen az elméleti görbe fontos szerepet játszik, de a fő befolyásoló tényező a hőmérséklet és a disszociáció mértéke (attól függően, hogy melyik hordozót választjuk), illetve, hogy váltóáramot vagy egyenáramot választunk. Ezt a kísérleti vizsgálatot befejezve észreveheti, hogy a szilárd testeken (fémlemezeken) vékony sóréteg képződik.
Elektrolízis és vákuum
Az elektromos áram vákuumban és folyadékokban meglehetősen bonyolult kérdés. Az a tény, hogy az ilyen médiában nincsenek töltések a testekben, ami azt jelenti, hogy dielektrikum. Más szóval, az a célunk, hogy olyan feltételeket teremtsünk, hogy egy elektron atomja megkezdhesse a mozgását.
Ehhez moduláris eszközt, vezetékeket és fémlemezeket kell használnia, majd a fenti módszer szerint járjon el.
Vezetők és vákuum 
Áram karakterisztikája vákuumban Az elektrolízis alkalmazása
Ezt a folyamatot az élet szinte minden területén alkalmazzák. Még a legelemibb munkákhoz is néha elektromos áram beavatkozása szükséges a folyadékokba, mondjuk
Ezzel az egyszerű eljárással a szilárd testeket a fém legvékonyabb rétegével vonják be, például nikkelezéssel vagy krómozással. ez az egyik lehetséges módja a korróziós folyamatok elleni küzdelemnek. Hasonló technológiákat használnak transzformátorok, mérők és egyéb elektromos készülékek gyártása során.
Reméljük, hogy indoklásunk választ adott minden olyan kérdésre, amely a folyadékok elektromos áramának vizsgálata során felmerül. Ha jobb válaszokra van szüksége, javasoljuk, hogy látogassa meg a villanyszerelők fórumát, ahol ingyenesen tanácsot ad.
« 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 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.
Állandó körülmények között az oldatban olyan dinamikus egyensúly jön létre, amelynél a másodpercenként ionokká bomló molekulák száma megegyezik azon ionpárok számával, amelyek egyidejűleg semleges molekulákká alakulnak át.
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.
A vizes oldatok vagy elektrolitolvadékok vezetőképességét, amelyet ionok hajtanak végre, ún ionvezetőképesség.
Elektrolízis. Az ionos vezetőképességnél az áram áthaladása az anyag átadásával jár. Az elektródákon elektrolitokat alkotó anyagok szabadulnak fel. Az anódnál a negatív ionok adják át extra elektronjaikat (a kémiában ezt oxidatív reakciónak nevezik), a katódon pedig a pozitív ionok kapják a hiányzó elektronokat (redukciós reakció).
A folyadékok elektromos vezetőképességgel is rendelkezhetnek. Ilyen vezetőképességgel rendelkeznek például a folyékony fémek.
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 m 0i ion tömege:
ahol M az anyag moláris (vagy atomtömege), 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 megfelelőnek egyszerű fizikai jelentése van. 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 töltésmodulusa. Kiderül, hogy egyenlő 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 grafittal érik el a felületre), akkor a dombormű felületről másolatot kaphatunk.
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) nyerték a domborműves felületről készült másolatokat (sztereotípiák), amihez 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 helyezik, ahol a rézréteg festékkel nem borított részeit bemarják. Ezt követően a festéket lemossák, és a mikroáramkör részletei megjelennek a táblán.
Beszámoló a témáról:
Elektromosság
folyadékokban
(elektrolitok)
Elektrolízis
Faraday törvényei
elemi elektromos töltés
tanulók 8 th osztály « B »
L oginova M áriák DE ndreevny
Moszkva 2003
91. számú iskola
Bevezetés
Életünkben sok minden összefügg a vizes sók (elektrolitok) oldatainak elektromos vezetőképességével. Az első szívdobbanástól („élő” elektromosság az emberi testben, ami 80%-ban víz) az utcán közlekedő autókig, a lejátszókig és a mobiltelefonokig (ezeknek az eszközöknek szerves részét képezik az ólomból készült „elemek” - elektrokémiai akkumulátorok és különféle akkumulátorok -sav az autókban a lítiumpolimerig a legdrágább mobiltelefonokban). A mérgező gőzökkel füstölgő hatalmas kádakban az alumíniumot elektrolízissel nyerik a hatalmas hőmérsékleten megolvadt bauxitból - a repülőgépek „szárnyas” féméből, a Fanta számára pedig a kannákból. Körülötte minden – egy külföldi autó krómozott hűtőrácsától az ezüstözött fülbevalóig – valaha találkozott már oldattal vagy olvadt sóval, tehát folyadékokban elektromos árammal. Nem csoda, hogy ezt a jelenséget egy egész tudomány – az elektrokémia – vizsgálja. De most jobban érdekelnek bennünket ennek a jelenségnek a fizikai alapjai.
elektromos áram az oldatban. elektrolitok
A 8. osztály fizika óráiból tudjuk, hogy a vezetőkben (fémekben) a töltést negatív töltésű elektronok hordozzák.
A töltött részecskék rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük.
De ha összeállítjuk a készüléket (grafitelektródákkal):
akkor megbizonyosodunk arról, hogy az ampermérő tű eltér - áram folyik át az oldaton! Melyek a töltött részecskék az oldatban?
Svante Arrhenius svéd tudós 1877-ben, különféle anyagok oldatainak elektromos vezetőképességét tanulmányozva arra a következtetésre jutott, hogy ezt a só vízben való oldódása során keletkező ionok okozzák. Vízben oldva a CuSO 4 molekula két különböző töltésű ionra - Cu 2+ és SO 4 2- - bomlik (disszociál). Leegyszerűsítve a folyamatban lévő folyamatokat a következő képlet tükrözi:
CuSO 4 ÞCu 2+ +SO 4 2-
Vezesse a sók, lúgok, savak elektromos áramú oldatait.
Azokat az anyagokat, amelyek oldatai elektromos áramot vezetnek, elektrolitoknak nevezzük.
A cukor, alkohol, glükóz és néhány más anyag oldatai nem vezetik az elektromosságot.
Azokat az anyagokat, amelyek oldatai nem vezetik az elektromosságot, nem elektrolitoknak nevezzük.
Elektrolitikus disszociáció
Az elektrolit ionokra bomlásának folyamatát elektrolitikus disszociációnak nevezzük.
S. Arrhenius, aki ragaszkodott az oldatok fizikai elméletéhez, nem vette figyelembe az elektrolit és a víz kölcsönhatását, és úgy vélte, hogy szabad ionok vannak jelen az oldatokban. Ezzel szemben az orosz kémikusok I. A. Kablukov és V. A. Kistyakovsky D. I. Mengyelejev kémiai elméletét alkalmazták az elektrolitikus disszociáció magyarázatára, és bebizonyították, hogy az elektrolit feloldásakor az oldott anyag vízzel való kémiai kölcsönhatása lép fel, ami hidrátok képződéséhez vezet. majd ionokká disszociálnak. Úgy vélték, hogy az oldatokban nem szabad, nem „csupasz” ionok vannak, hanem hidratált, azaz „bundába öltözött” vízmolekulák. Ezért az elektrolit molekulák disszociációja a következő sorrendben megy végbe:
a) a vízmolekulák orientációja egy elektrolit molekula pólusai körül
b) az elektrolit molekula hidratálása
c) ionizációja
d) bomlása hidratált ionokká
Az elektrolitikus disszociáció mértéke szerint az elektrolitokat erős és gyengékre osztják.
- Erős elektrolitok- azok, amelyek feloldódáskor szinte teljesen disszociálnak.
Értékük a disszociáció mértéke egységre hajlamos.
- Gyenge elektrolitok- azok, amelyek feloldva szinte nem disszociálnak. Disszociációs fokuk a nullára hajlik.
Ebből arra a következtetésre jutunk, hogy az elektrolit oldatokban az elektromos töltés hordozói (az elektromos áram hordozói) nem elektronok, hanem pozitív és negatív töltésűek. hidratált ionok .
Az elektrolit ellenállás hőmérsékletfüggése
Amikor a hőmérséklet emelkedik elősegíti a disszociációs folyamatot, fokozódik az ionok mobilitása és elektrolit ellenállás csökken .
katód és anód. Kationok és anionok
De mi történik az ionokkal elektromos áram hatására?
Térjünk vissza a készülékünkhöz:
Oldatban a CuSO 4 ionokra - Cu 2+ és SO 4 2- - disszociál. pozitív töltésű ion Cu2+ (kation) negatív töltésű elektródához vonzódik katód-, ahol megkapja a hiányzó elektronokat és fémes rézsé redukálódik - egy egyszerű anyag. Ha eltávolítja a katódot az eszközről, miután áthaladt a jelenlegi oldaton, akkor könnyen észrevehető egy vörös-vörös bevonat - ez fémes réz.
Faraday első törvénye
Megtudhatjuk, mennyi réz szabadult fel? A katód kísérlet előtti és utáni lemérésével pontosan meghatározható a lerakódott fém tömege. A mérések azt mutatják, hogy az elektródákon felszabaduló anyag tömege az áramerősségtől és az elektrolízis idejétől függ:
ahol K az arányossági tényező, más néven elektrokémiai ekvivalens .
Következésképpen a felszabaduló anyag tömege egyenesen arányos az áramerősséggel és az elektrolízis idejével. De az áram időbeli alakulása (a képlet szerint):
van díj.
Így, az elektródán felszabaduló anyag tömege arányos a töltéssel, vagy az elektroliton áthaladó elektromosság mennyiségével.
M=K´q
Ezt a törvényt 1843-ban kísérletileg fedezte fel Michael Faraday angol tudós, és az úgynevezett Faraday első törvénye .
Faraday második törvénye
És mi az elektrokémiai megfelelője, és mitől függ? Erre a kérdésre Michael Faraday is válaszolt.
Számos kísérlet alapján arra a következtetésre jutott, hogy ez az érték minden anyagra jellemző. Így például a lapis (ezüst-nitrát AgNO 3) oldatának elektrolízise során 1 medál 1,1180 mg ezüstöt szabadít fel; pontosan ugyanannyi ezüst szabadul fel az elektrolízis során 1 medál bármilyen ezüstsó töltésével. Egy másik fém sójának elektrolízise során 1 medál eltérő mennyiségben szabadít fel ebből a fémből. Ily módon , egy anyag elektrokémiai ekvivalense ennek az anyagnak az elektrolízis során felszabaduló tömege az oldaton átáramló 1 coulomb elektromosság hatására. . Íme néhány anyag értéke:
| Anyag |
K mg/k-ban |
|
| Ag (ezüst) |
||
| H (hidrogén) |
||
A táblázatból láthatjuk, hogy a különböző anyagok elektrokémiai ekvivalensei jelentősen eltérnek egymástól. Milyen tulajdonságaitól függ egy anyag elektrokémiai egyenértékének értéke? A válasz erre a kérdésre az Faraday második törvénye :
A különféle anyagok elektrokémiai egyenértékei arányosak azok atomtömegével és fordítottan arányosak a kémiai vegyértéküket kifejező számokkal.
n - vegyérték
A - atomtömeg
- az anyag kémiai megfelelőjének nevezik
- arányossági együttható, ami már univerzális állandó, azaz minden anyagra azonos értékű. Ha az elektrokémiai egyenértéket g/k-ban mérjük, akkor azt kapjuk, hogy ez egyenlő 1,037´10 -5 g/k-val.
Az első és a második Faraday-törvényt kombinálva a következőket kapjuk:
Ennek a képletnek egyszerű fizikai jelentése van: F numerikusan egyenlő azzal a töltéssel, amelyet bármely elektroliton át kell vezetni ahhoz, hogy az elektródákon egy kémiai ekvivalensnek megfelelő mennyiségű anyag szabaduljon fel. F-et Faraday-számnak nevezik, és ez egyenlő 96400 kg/g-val.
Egy mól és a benne lévő molekulák száma. Avogadro száma
A 8. osztályos kémiatanfolyamról tudjuk, hogy a kémiai reakciókban részt vevő anyagok mennyiségének mérésére egy speciális egységet, a vakondot választottak. Egy mól anyag méréséhez annyi grammot kell venni belőle, amennyi relatív molekulatömege.
Például 1 mól víz (H 2 O) 18 gramm (1 + 1 + 16 = 18), egy mól oxigén (O 2) 32 gramm, és egy mól vas (Fe) 56 gramm. De ami számunkra különösen fontos, megállapították, hogy bármely anyagból 1 mol mindig tartalmaz ugyanannyi molekula .
A mól egy anyag mennyisége, amely 6-ot tartalmaz ´ 10 23 molekula ennek az anyagnak.
A. Avogadro olasz tudós tiszteletére ez a szám ( N) nak, nek hívják állandó Avogadro vagy Avogadro száma .
A képletből 
ebből következik, hogy ha q=F, azután . Ez azt jelenti, hogy amikor 96400 coulombnak megfelelő töltés halad át az elektroliton, grammnyi anyag szabadul fel. Más szóval, egy mól egyértékű anyag felszabadításához töltésnek kell átfolynia az elektroliton q=F medálok. De tudjuk, hogy egy anyag bármely mólja ugyanannyi molekulát tartalmaz - N=6x10 23. Ez lehetővé teszi egy egyértékű anyag egy ionjának - az elemi elektromos töltésnek - egy (!) elektron töltésének kiszámítását:
Az elektrolízis alkalmazása
Elektrolitikus módszer tiszta fémek előállítására (finomítás, finomítás). Az elektrolízist anódoldódás kíséri
Jó példa erre a réz elektrolitikus finomítása (finomítása). A közvetlenül az ércből nyert rezet lemezek formájában öntik, és anódként CuSO 4 oldatba helyezik. A fürdő elektródáin lévő feszültség kiválasztásával (0,20-0,25 V) biztosítható, hogy a katódon csak fémréz szabaduljon fel. Ebben az esetben az idegen szennyeződések vagy feloldódnak (a katódon csapadék nélkül), vagy csapadék formájában ("anódiszap") hullanak a fürdő aljára. Az anód anyag kationjai egyesülnek az SO 4 2- anionnal, és ezen a feszültségen csak fémréz szabadul fel a katódon. Az anód úgymond "feloldódik". Az ilyen tisztítás lehetővé teszi a 99,99%-os tisztaság elérését („négy kilences”). A nemesfémek (arany Au, ezüst Ag) tisztítása is hasonló módon történik (finomítás).
Jelenleg az összes alumíniumot (Al) elektrolitikus úton bányászják (olvadt bauxitból).
Galvanizálás
Galvanizálás - az alkalmazott elektrokémia területe, amely a fémbevonatok fém- és nemfémes termékek felületére történő felvitelének folyamataival foglalkozik, amikor egyenáram áramlik át sóik oldatán. A galvanizálás a következőkre oszlik galvanizálás És galvanizálás .
Az elektrolízis révén lehetőség van fémtárgyak bevonására egy másik fémréteggel. Ezt a folyamatot ún galvanizálás. Különös műszaki jelentőséggel bírnak a nehezen oxidálható fémeket tartalmazó bevonatok, különösen a nikkelezés és a krómozás, valamint az ezüst- és aranyozás, amelyeket gyakran használnak a fémek korrózió elleni védelmére. A kívánt bevonatok eléréséhez a tárgyat alaposan megtisztítjuk, jól zsírtalanítjuk és katódként egy elektrolitikus fürdőbe helyezzük, amely annak a fémnek a sóját tartalmazza, amellyel a tárgyat be akarják fedni. Az egyenletesebb bevonat érdekében célszerű két lemezt használni anódként, közéjük helyezve egy tárgyat.
Ezenkívül elektrolízissel nemcsak tárgyakat lehet bevonni egyik vagy másik fémréteggel, hanem domborműves fémmásolatokat (például érméket, érmeket) is készíthetünk. Ezt az eljárást az orosz fizikus és villamosmérnök, az Orosz Tudományos Akadémia tagja, Borisz Szemenovics Jacobi (1801-1874) találta ki a XIX. század negyvenes éveiben, és az ún. galvanizálás . Egy tárgy domborművének elkészítéséhez először valamilyen műanyagból, például viaszból lenyomatot készítenek. Ezt a lenyomatot grafittal dörzsöljük és katódként elektrolitfürdőbe merítjük, ahol fémréteg kerül rá. Ezt a nyomdaiparban használják nyomdaformák gyártása során.
A fentieken kívül az elektrolízist más területeken is alkalmazták:
Oxid védőfóliák előállítása fémeken (eloxálás);
Fémtermékek elektrokémiai felületkezelése (polírozás);
Fémek elektrokémiai színezése (például réz, sárgaréz, cink, króm stb.);
A víztisztítás az oldható szennyeződések eltávolítása belőle. Az eredmény úgynevezett lágy víz (tulajdonságaiban a desztillált vízhez közelít);
Vágóeszközök (pl. sebészeti kések, borotvák stb.) elektrokémiai élezése.
A felhasznált irodalom listája:
1. Gurevich A. E. „Fizika. elektromágneses jelenségek. 8. évfolyam, Moszkva, Drofa Kiadó. 1999
2. Gabrielyan O. S. „Kémia. 8. évfolyam, Moszkva, Drofa Kiadó. 1997
3. "A fizika elemi tankönyve G. S. Landsberg akadémikus szerkesztésében - II. kötet - elektromosság és mágnesesség." Moszkva, Nauka, 1972.
4. Eric M. Rogers. "Fizika az érdeklődő elmének (a fizikai tudomány módszerei, természete és filozófiája)". "Prinseton University Press" 1966. III. kötet - elektromosság és mágnesesség. Fordítás Moszkva, "Mir" 1971.
5. A. N. Remizov "Fizika, elektronika és kibernetika tanfolyam az orvosi intézetek számára". Moszkva, "Felsőiskola" 1982.
Elektromos tulajdonságaikat tekintve a folyadékok igen változatosak. Az olvadt fémek, akárcsak a szilárd állapotban lévő fémek, nagy elektromos vezetőképességgel rendelkeznek, amely a szabad elektronok nagy koncentrációjához kapcsolódik.
Sok folyadék, mint például a tiszta víz, az alkohol, a kerozin jó dielektrikum, mivel molekuláik elektromosan semlegesek és nincsenek bennük szabad töltéshordozók.
elektrolitok. A folyadékok egy speciális osztályát képezik az úgynevezett elektrolitok, amelyek szervetlen savak, sók és bázisok vizes oldatait, ionos kristályok olvadékait stb. foglalják magukban. Az elektrolitokra jellemző a nagy koncentrációjú ionok jelenléte, ami lehetővé teszi az elektromos áramlást. áram áthaladni. Ezek az ionok az olvadás és az oldódás során keletkeznek, amikor az oldószermolekulák elektromos mezőinek hatására az oldott anyag molekulái külön pozitív és negatív töltésű ionokra bomlanak. Ezt a folyamatot elektrolitikus disszociációnak nevezik.
elektrolitikus disszociáció. Egy adott anyag disszociációs foka a, vagyis az oldott anyag ionokra bomlott molekuláinak aránya függ a hőmérséklettől, az oldat koncentrációjától és az oldószer permittivitását. A hőmérséklet emelkedésével a disszociáció mértéke nő. Az ellentétes előjelű ionok rekombinálódhatnak, újra semleges molekulákká egyesülve. Állandó külső körülmények között az oldatban dinamikus egyensúly jön létre, amelyben a rekombinációs és disszociációs folyamatok kompenzálják egymást.
Minőségileg a disszociáció fokának az oldott anyag koncentrációjától való függése a következő egyszerű okfejtéssel állapítható meg. Ha egy egységnyi térfogat egy oldott anyag molekuláit tartalmazza, akkor ezek egy része disszociál, a többi pedig nem disszociál. Az oldat térfogategységére eső elemi disszociációs aktusok száma arányos a fel nem osztott molekulák számával, ezért egyenlő, ahol A az elektrolit természetétől és a hőmérséklettől függő együttható. A rekombinációs aktusok száma arányos az eltérő ionok ütközésének számával, azaz arányos mind ezek, mind más ionok számával. Ezért egyenlő azzal, ahol B egy adott anyagra adott hőmérsékleten állandó együttható.
Dinamikus egyensúlyi állapotban
Az arány nem függ a koncentrációtól Látható, hogy minél kisebb az oldat koncentrációja, annál közelebb áll az a egységhez: nagyon híg oldatokban az oldott anyag szinte minden molekulája disszociál.
Minél nagyobb az oldószer dielektromos állandója, annál gyengültebbek az ionos kötések az oldott anyag molekuláiban, és ebből következően annál nagyobb a disszociáció mértéke. Tehát a sósav vízben oldva nagy elektromos vezetőképességű elektrolitot ad, míg etil-éteres oldata nagyon rossz elektromos vezető.
Szokatlan elektrolitok. Vannak nagyon szokatlan elektrolitok is. Például az elektrolit üveg, amely egy erősen túlhűtött, hatalmas viszkozitású folyadék. Melegítéskor az üveg meglágyul, és a viszkozitása nagymértékben csökken. Az üvegben jelenlévő nátriumionok észrevehető mobilitást kapnak, és lehetővé válik az elektromos áram áthaladása, bár az üveg jó szigetelő normál hőmérsékleten.
Rizs. 106. Az üveg elektromos vezetőképességének bemutatása hevítéskor
Ennek egyértelmű bemutatása kísérletként szolgálhat, melynek sémája a 2. ábrán látható. 106. Üvegrúd reosztáton keresztül kapcsolódik a világítási hálózathoz Amíg a rúd hideg, az üveg nagy ellenállása miatt az áramkörben elhanyagolható az áram. Ha a botot gázégővel 300-400 ° C hőmérsékletre melegítjük, akkor ellenállása több tíz ohmra csökken, és az L izzószál felforrósodik. Most rövidre zárhatja az izzót a K gombbal. Ebben az esetben az áramkör ellenállása csökken, az áramerősség pedig nő. Ilyen körülmények között a pálca hatékonyan felmelegszik elektromos áram hatására, és fényes fényre melegszik, még akkor is, ha az égőt eltávolítják.
Ionvezetés. Az elektromos áram áthaladását az elektrolitban Ohm törvénye írja le
Az elektrolitban elektromos áram tetszőlegesen kis feszültség mellett lép fel.
Az elektrolitban lévő töltéshordozók pozitív és negatív töltésű ionok. Az elektrolitok elektromos vezetőképességének mechanizmusa sok tekintetben hasonló a gázok elektromos vezetőképességének fentebb leírt mechanizmusához. A fő különbségek abból adódnak, hogy a gázokban a töltéshordozók mozgásával szembeni ellenállás elsősorban a semleges atomokkal való ütközésükből adódik. Az elektrolitokban az ionok mobilitása a belső súrlódásnak – viszkozitásnak – köszönhető, amikor oldószerben mozognak.
A hőmérséklet emelkedésével az elektrolitok vezetőképessége, ellentétben a fémekkel, nő. Ez annak köszönhető, hogy a hőmérséklet emelkedésével a disszociáció mértéke nő, a viszkozitás pedig csökken.
Ellentétben az elektronikus vezetőképességgel, amely fémekre és félvezetőkre jellemző, ahol az elektromos áram áthaladását nem kíséri semmilyen változás az anyag kémiai összetételében, az ionvezetőképesség az anyag átadásával jár.
valamint az elektródákon lévő elektrolitok részét képező anyagok felszabadulása. Ezt a folyamatot elektrolízisnek nevezik.
Elektrolízis. Amikor egy anyag szabadul fel az elektródán, a megfelelő ionok koncentrációja az elektródával szomszédos elektrolit régióban csökken. Így itt megbomlik a disszociáció és a rekombináció közötti dinamikus egyensúly: itt megy végbe az anyag bomlása az elektrolízis hatására.
Az elektrolízist először a víz feszültségoszlopból származó áram általi bomlásakor figyelték meg. Néhány évvel később a híres kémikus, G. Davy felfedezte a nátriumot, elektrolízissel elválasztva azt a marónátrontól. Az elektrolízis mennyiségi törvényeit M. Faraday kísérleti úton állapította meg az elektrolízis jelenségének mechanizmusa alapján könnyen igazolhatók.
Faraday törvényei. Minden ion elektromos töltése többszöröse az e elemi töltésnek. Más szóval, az ion töltése , ahol a megfelelő kémiai elem vagy vegyület vegyértékével egyenlő egész szám. Hagyja, hogy az ionok felszabaduljanak az áram áthaladása során az elektródán. Abszolút töltésük egyenlő: A pozitív ionok elérik a katódot, és töltésüket az áramforrásból vezetékeken keresztül a katódra áramló elektronok semlegesítik. Negatív ionok közelednek az anódhoz, és ugyanannyi elektron jut el a vezetékeken keresztül az áramforráshoz. Ebben az esetben egy töltés egy zárt elektromos áramkörön halad keresztül
Jelöljük az egyik elektródán felszabaduló anyag tömegével és az ion (atom vagy molekula) tömegével. Nyilvánvaló, hogy ennek a törtnek a számlálóját és nevezőjét megszorozva az Avogadro-állandóval, azt kapjuk, hogy
ahol az atom- vagy móltömeg, a Faraday-állandó, amelyet ad meg
A (4)-ből látható, hogy a Faraday-állandó jelentése "egy mól elektromosság", azaz egy mól elemi töltés teljes elektromos töltése:
A (3) képlet mindkét Faraday-törvényt tartalmazza. Azt mondja, hogy az elektrolízis során felszabaduló anyag tömege arányos az áramkörön áthaladó töltéssel (Faraday első törvénye):
Az együtthatót egy adott anyag elektrokémiai egyenértékének nevezzük, és a következőképpen fejezzük ki
kilogramm per függő Jelentése az ion fajlagos töltésének reciproka.
Az elektrokémiai egyenérték arányos az anyag kémiai egyenértékével (Faraday második törvénye).
Faraday törvényei és elemi töltet. Mivel Faraday idején még nem létezett az elektromosság atomi természetének fogalma, az elektrolízis törvényeinek kísérleti felfedezése korántsem volt triviális. Éppen ellenkezőleg, Faraday törvényei voltak azok, amelyek ezeknek az elképzeléseknek az érvényességének első kísérleti bizonyítékául szolgáltak.
A Faraday-állandó kísérleti mérése először tette lehetővé az elemi töltés értékének számszerű becslését jóval az elemi elektromos töltés közvetlen mérése előtt Millikan olajcseppekkel végzett kísérleteiben. Figyelemre méltó, hogy az elektromosság atomszerkezetének elképzelése egyértelmű kísérleti megerősítést kapott a 19. század 30-as éveiben végzett elektrolízises kísérletekben, amikor még az anyag atomi szerkezetének gondolatát sem osztotta mindenki. tudósok. A Királyi Társaságnak elhangzott, Faraday emlékének szentelt híres beszédében Helmholtz így kommentálta ezt a körülményt:
"Ha elismerjük a kémiai elemek atomjainak létezését, akkor nem kerülhetjük el azt a további következtetést, hogy az elektromosság, mind a pozitív, mind a negatív, bizonyos elemi mennyiségekre oszlik, amelyek úgy viselkednek, mint az elektromosság atomjai."
Kémiai áramforrások. Ha bármilyen fémet, például cinket, vízbe merítünk, akkor bizonyos mennyiségű pozitív cinkion a poláris vízmolekulák hatására elkezd átjutni a fémkristályrács felületi rétegéből a vízbe. Ennek eredményeként a cink negatív töltésű lesz, a víz pedig pozitívan. A fém és a víz határfelületén vékony réteg képződik, amelyet elektromos kettős rétegnek neveznek; erős elektromos tér van benne, melynek intenzitása vízről fémre irányul. Ez a mező megakadályozza a cinkionok további vízzé alakulását, és ennek eredményeként olyan dinamikus egyensúly jön létre, amelyben a fémből a vízbe érkező ionok átlagos száma megegyezik a vízből a fémbe visszatérő ionok számával. .
A dinamikus egyensúly akkor is létrejön, ha a fémet ugyanazon fém sójának vizes oldatába, például cinket cink-szulfát oldatába merítjük. Az oldatban a só ionokká disszociál.A keletkező cinkionok nem különböznek az elektródáról oldatba kerülő cinkionoktól. A cinkionok koncentrációjának növekedése az elektrolitban megkönnyíti ezen ionok átmenetét a fémbe az oldatból, és megnehezíti
átmenet a fémből az oldatba. Ezért a cink-szulfát oldatban a merített cinkelektróda, bár negatív töltésű, gyengébb, mint a tiszta vízben.
Ha egy fémet oldatba merítünk, a fém nem mindig negatív töltésű. Például, ha egy rézelektródát réz-szulfát-oldatba merítünk, akkor az ionok elkezdenek kicsapódni az elektródán lévő oldatból, pozitívan töltve azt. A térerősség az elektromos kettős rétegben ebben az esetben a réztől az oldat felé irányul.
Így amikor egy fémet vízbe vagy ugyanazon fém ionjait tartalmazó vizes oldatba merítünk, potenciálkülönbség keletkezik a fém és az oldat határfelületén. Ennek a potenciálkülönbségnek az előjele és nagysága a fém típusától (réz, cink stb.) függ az oldatban lévő ionok koncentrációjától, és szinte független a hőmérséklettől és a nyomástól.
Két különböző fémből készült elektróda elektrolitba merítve galvanikus cellát alkot. Például a Volta elemben a cink és a réz elektródákat vizes kénsav oldatba merítik. Az első pillanatban az oldat nem tartalmaz sem cink-, sem rézionokat. Később azonban ezek az ionok az elektródákról bejutnak az oldatba, és kialakul a dinamikus egyensúly. Amíg az elektródák nincsenek egymással vezetékkel összekötve, az elektrolitpotenciál minden ponton azonos, és az elektródák potenciáljai eltérnek az elektrolitpotenciáltól az elektrolittal határos kettős réteg képződése miatt. Ebben az esetben a cink elektródpotenciálja -0,763 V, a réz pedig a Volt elem elektromotoros ereje, amely ezekből a potenciálugrásokból áll, egyenlő lesz
Áram egy galvánelemes áramkörben. Ha egy galvanikus cella elektródáit huzallal kötjük össze, akkor az elektronok ezen a vezetéken áthaladnak a negatív elektródától (cink) a pozitívig (rézig), ami megzavarja az elektródák és az elektrolit közötti dinamikus egyensúlyt. elmerülnek. A cinkionok elkezdenek mozogni az elektródáról az oldatba, hogy az elektromos kettős réteget a korábbi állapotában tartsák, állandó potenciálugrással az elektród és az elektrolit között. Hasonlóképpen, a rézelektródánál a rézionok elkezdenek kimozdulni az oldatból, és lerakódnak az elektródára. Ebben az esetben a negatív elektród közelében ionhiány képződik, a pozitív elektród közelében pedig az ilyen ionok feleslege. Az oldatban lévő ionok teljes száma nem változik.
Az ismertetett folyamatok eredményeként zárt körben elektromos áramot tartanak fenn, amelyet az összekötő vezetékben az elektronok, az elektrolitban pedig az ionok mozgása hoz létre. Amikor elektromos áramot vezetünk át, a cinkelektróda fokozatosan feloldódik, és réz rakódik le a pozitív (réz) elektródán.
elektróda. Az ionok koncentrációja a cinkelektródánál nő, a réznél csökken.
Potenciál galvánelemes áramkörben. Az elektromos áram áthaladásának leírt képe egy kémiai elemet tartalmazó inhomogén zárt áramkörben megfelel az áramkör menti potenciáleloszlásnak, vázlatosan az 1. ábrán látható. 107. Külső áramkörben, azaz az elektródákat összekötő vezetékben a potenciál fokozatosan csökken az A pozitív (réz) elektródánál lévő értékről a B negatív (cink) elektródon lévő értékre, az Ohm-törvénynek megfelelően homogénre. karmester. A belső áramkörben, azaz az elektródák közötti elektrolitban a potenciál fokozatosan csökken a cinkelektróda közelében lévő értékről a rézelektródához közeli értékre. Ha a külső áramkörben az áram a rézelektródától a cinkelektródáig folyik, akkor az elektroliton belül - a cinkről a rézre. Az elektromos kettős rétegek potenciális ugrásai külső (jelen esetben kémiai) erők hatására jönnek létre. Az elektromos töltések kettős rétegben történő mozgása külső erők hatására az elektromos erők hatásirányával szemben történik.
Rizs. 107. Potenciális eloszlás egy kémiai elemet tartalmazó lánc mentén
ábrán a potenciálváltozás ferde metszetei. 107 a zárt áramkör külső és belső szakaszának elektromos ellenállásának felel meg. A teljes potenciálesés ezeken a szakaszokon megegyezik a kettős rétegekben bekövetkező potenciálugrások összegével, azaz az elem elektromotoros erejével.
Az elektromos áram áthaladását a galvánelemben megnehezítik az elektródákon felszabaduló melléktermékek és az elektrolit koncentrációcsökkenésének megjelenése. Ezeket a jelenségeket elektrolitikus polarizációnak nevezzük. Például a Volta elemekben, amikor az áramkör zárt, pozitív ionok a rézelektróda felé mozognak, és lerakódnak rajta. Ennek eredményeként egy idő után a rézelektródát hidrogénnel helyettesítik. Mivel a hidrogén elektródpotenciálja 0,337 V-tal kisebb, mint a réz elektródpotenciálja, az elem EMF-je körülbelül ugyanennyivel csökken. Ezenkívül a rézelektródán felszabaduló hidrogén növeli az elem belső ellenállását.
A hidrogén káros hatásainak csökkentése érdekében depolarizátorokat használnak - különféle oxidálószereket. Például a leggyakoribb elemben a Leklanshe ("száraz" akkumulátorok)
a pozitív elektróda egy grafitrúd, amelyet mangán-peroxid és grafit összenyomott tömege vesz körül.
Elemek. Gyakorlatilag fontos típusa a galvanikus celláknak az akkumulátorok, amelyeknél kisütés után fordított töltési folyamat lehetséges az elektromos energia kémiai energiává alakításával. Az elektromos áram vételekor elfogyasztott anyagok elektrolízissel visszakerülnek az akkumulátor belsejébe.
Látható, hogy az akkumulátor feltöltésekor a kénsav koncentrációja nő, ami az elektrolit sűrűségének növekedéséhez vezet.
Így a töltési folyamat során az elektródák éles aszimmetriája jön létre: az egyik ólom lesz, a másik ólom-peroxidból. A feltöltött akkumulátor egy galvanikus cella, amely képes áramforrásként szolgálni.
Amikor elektromos energia fogyasztókat csatlakoztatnak az akkumulátorhoz, az áramkörön elektromos áram folyik át, amelynek iránya ellentétes a töltőárammal. A kémiai reakciók az ellenkező irányba mennek végbe, és az akkumulátor visszatér eredeti állapotába. Mindkét elektródát sóréteg borítja, és a kénsav koncentrációja visszaáll az eredeti értékre.
Egy feltöltött akkumulátor EMF-je körülbelül 2,2 V. Kisütéskor 1,85 V-ra csökken. További kisütés nem javasolt, mivel az ólom-szulfát képződése visszafordíthatatlanná válik, és az akkumulátor tönkremegy.
Azt a maximális töltést, amelyet az akkumulátor lemerüléskor képes leadni, kapacitásának nevezzük. Az akkumulátor kapacitása jellemzően
amperórában mérve. Minél nagyobb, annál nagyobb a lemezek felülete.
elektrolízis alkalmazások. Az elektrolízist a kohászatban használják. Az alumínium és a tiszta réz leggyakoribb elektrolitikus gyártása. Elektrolízis segítségével egyes anyagokból vékony rétegeket lehet kialakítani mások felületén dekoratív és védőbevonatok (nikkelezés, krómozás) készítése érdekében. A lehúzható bevonatok előállításának (galvanizálásának) eljárását B. S. Yakobi orosz tudós dolgozta ki, aki a szentpétervári Szent Izsák-székesegyházat díszítő üreges szobrok gyártására alkalmazta.
Mi a különbség a fémek és az elektrolitok elektromos vezetőképességének fizikai mechanizmusa között?
Magyarázza meg, hogy egy adott anyag disszociációs foka miért függ az oldószer permittivitásától!
Magyarázza meg, hogy az erősen híg elektrolit oldatokban miért disszociál szinte az összes oldott molekula!
Magyarázza el, hogyan hasonlít az elektrolitok elektromos vezetőképességének mechanizmusa a gázok elektromos vezetőképességének mechanizmusához! Miért arányos állandó külső körülmények között az elektromos áram az alkalmazott feszültséggel?
Milyen szerepet játszik az elektromos töltés megmaradásának törvénye az elektrolízis törvényének (3) levezetésében?
Magyarázza meg az anyag elektrokémiai ekvivalense és ionjainak fajlagos töltése közötti összefüggést!
Hogyan lehet kísérletileg meghatározni a különböző anyagok elektrokémiai egyenértékeinek arányát, ha több elektrolitfürdő van, de nincs áramerősségmérő műszer?
Hogyan lehet az elektrolízis jelenségét felhasználni egy egyenáramú hálózatban elektromos fogyasztásmérő létrehozására?
Miért tekinthetők Faraday törvényei az elektromosság atomi természetével kapcsolatos elképzelések kísérleti bizonyítékának?
Milyen folyamatok mennek végbe, ha fémelektródákat vízbe merítünk, és ezeknek a fémeknek ionjait tartalmazó elektrolitba merítjük?
Ismertesse a galvanikus cella elektródáihoz közeli elektrolitban az áram áthaladása során lezajló folyamatokat!
Miért mozognak a pozitív ionok a galvánelemben a negatív (cink) elektródáról a pozitív (réz) elektródára? Hogyan jön létre az áramkörben olyan potenciáleloszlás, amely az ionok ilyen mozgását idézi elő?
Miért ellenőrizhető a savas akkumulátor töltöttségi foka hidrométerrel, azaz folyadék sűrűségét mérő készülékkel?
Mi az alapvető különbség az akkumulátorokban és a "száraz" akkumulátorokban végzett eljárások között?
A c akkumulátor töltési folyamatában elhasznált elektromos energia mekkora része használható fel lemerült állapotban, ha az akkumulátor töltése során feszültség maradt a kapcsain