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.
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.
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.
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.
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.
Властивість полярності H2O пояснюється геометричною будовою молекул речовини:
- кут між центральними лініями атомів дорівнює, приблизно, 104,5 градуси;
- електронні зміщені знаходяться в напрямку кисню.
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.
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.
Для успішної здачі іспиту учням необхідно коротко пояснити механізм виникнення вільних зарядів в електролітах, сформулювати закони Фарадея, а також розповісти про електричну дисоціацію.
