Електричний струм в електролітах - малюнок

Електричний струм в електролітах – опис, закони, застосування



Не тільки тверді тіла можуть виступати в ролі провідників електроструму, а й рідини. У фізиці такі речовини називаються електролітами. Відмінним прикладом тут може служити розчин кухонної солі. При цьому вода (хімічно чиста) і кристали NaCl окремо є діелектриками.

Поява електричного струму в електролітах передбачає наявність в них вільних заряджених частинок. Для успішної здачі ЗНО слід розібратися з цим процесом більш детально.

Основні терміни електролізу

Передача електроструму

Електрострум являє собою впорядкований рух вільних зарядів. Щоб з’ясувати, як електричний струм проводиться в розчинах, слід зрозуміти, які частинки є його носіями.

У твердих тілах струм створюється електронами. Носіями електричного струму в електролітах є іони. Ці частинки утворюються в результаті процесу розпаду (електричної дисоціації) молекул речовини під впливом води в розчинах або при нагріванні і подальшій появі розплаву.

Молекули речовин розпадаються завдяки розриву іонних або полярних ковалентних зв’язків. Кількість носіїв заряду в електроліті визначають:

  • концентрація речовини;
  • її температура.

Крім того, ступінь розпаду молекул залежить від природи електроліту. В результаті вони діляться на дві групи:

  • слабкі – не схильні до розпаду або цей процес протікає вкрай повільно;
  • сильні – в таких електролітах спостерігається швидке розщеплення молекул на іони.

До першої групи належить велика частина органічних речовин:

  • нерозчинні основи;
  • слабкі кислоти;
  • погано розчинні солі.

Сильними ж електролітами є:

  • луги;
  • сильні кислоти;
  • добре розчинні солі.

Температура і концентрація в електроліті

Електрична дисоціація

Це основний процес для появи електроструму в розчинах, тому його необхідно розглянути більш детально. Всі іони, що утворюються при розпаді молекул, можна розділити на 2 типи:

  • Аніон. Мають негативний заряд.
  • Катіон. Володіють позитивним зарядом.

Більшість властивостей води обумовлено полярністю молекул речовини. Інакше кажучи, з точки зору електротехніки вони є диполями.

Тут слід згадати визначення диполі – це система двох частинок, розташованих близько один до одного. При цьому їх заряди протилежні за знаком, але однакові по модулю.

Катіони і аніони - визначення

Властивість полярності H2O пояснюється геометричною будовою молекул речовини:

  • кут між центральними лініями атомів дорівнює, приблизно, 104,5 градуси;
  • електронні зміщені знаходяться в напрямку кисню.

Будучи диполями, молекули води здатні створювати навколо себе електрополе, яке впливає не тільки на них, але і на частинки розчиненої речовини.

Щоб встановити, яка природа процесу розпаду молекул на іони, слід розглянути розчин кухонної солі. На зовнішній орбіті атома натрію розташований лише 1 електрон. Його зв’язок з атомом слабкий, тому він здатний швидко йти зі свого місця. У атома хлору на зовнішній орбіті знаходиться вже 7 електронів і для комплекту не вистачає однієї частинки. Завдяки цьому при утворенні кристала NaCl зовнішній електрон натрію приєднується до атома хлору. В результаті утворюється диполь.

Взаємодія двох видів диполів і сприяє активізації процесу розчинення. Якщо в розчин електроліту помістити 2 електроди — катод (негативний) і анод (позитивний), то вільні іони перейдуть до них. При цьому напрямок їх руху протікає за конкретними правилами:

  • катіони попрямують до катода;
  • аніони почнуть рухатися в напрямку анода.

Як тільки переносники електроструму досягають електродів, вони втрачають свій заряд, перетворюючись в нейтральні, і осідають на поверхні електродів.

Перший закон Фарадея1

Закони Фарадея

Процес протікання електроструму в електролітах називається електролізом. Серед вчених його найбільш активно вивчав відомий хімік і фізик Майкл Фарадей в 1833 році. В результаті йому вдалося сформулювати 2 закони, названих на його честь:

Перший закон. Маса речовини (m), утворена на одному з електродів, прямо пропорційна заряду (Δq), що проходить через розчин. Формула виглядає так:

m = K * Δq = K * I * Δt

де

  • I — сила струму в електроліті;
  • Δt — час проходження електроструму через розчин;
  • K — хімічний еквівалент речовини.

Другий закон. Електрохімічний еквівалент речовини (K) прямо пропорційний його хімічному еквіваленту:

K = C * M/Z

де

  • C – коефіцієнт пропорційності (величина постійна),
  • M — молярна маса речовини,
  • Z — валентність речовини.

Застосування електролізу

Сьогодні електроліз знайшов широке застосування в техніці і промисловості. Наприклад, цей процес використовується в лужних і кислотних акумуляторах.

Для успішної здачі іспиту учням необхідно коротко пояснити механізм виникнення вільних зарядів в електролітах, сформулювати закони Фарадея, а також розповісти про електричну дисоціацію.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *