Электрический ток в электролитах. Законы электролиза. Применение электролиза

Жидкости, как и твердые тела, могут быть диэлектриками, проводниками и полупроводниками. К числу диэлектриков относится дистиллированная вода, к проводникам – растворы и расплавы электролитов: кислот, щелочей и солей. Жидкими полупроводниками являются расплавленный селен, расплавы сульфитов и др..

Электролиты состоят из молекул, которые при растворении в воде распадаются ионы, способные к свободному перемещению.

Пример: CuSO₄ → Cu²⁺+ SO₄^2-

катион анион

Распад молекул вещества на ионы под действием молекул растворителя называется электролитической диссоциацией. Процесс, обратный диссоциации – рекомбинация. Носителями тока в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. Если сосуд с раствором электролита включить в электрическую цепь, то отрицательные ионы начнут двигаться к положительному электроду – аноду, а положительные – к отрицательному – катоду. В результате установится электрический ток. Таким образом, электрический ток в жидкостях – это упорядоченное движение положительных ионов к катоду, а отрицательных - к аноду.

Жидкости могут обладать и электронной проводимостью – например, жидкие металлы.

При ионной проводимости прохождение тока связано с переносом вещества. На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролита. На аноде отрицательно заряженные ионы отдают свои лишние электроны, а на катоде положительные ионы получают недостающие электроны. Процесс выделения на электроде вещества, входящего в состав электролита, называется электролизом («лио» - разделяю).

Электролиз широко применяется на практике:

1. покрытие поверхности металла тонким слоем другого металла (никелирование, хромирование, омеднение и т.п.) – защита от коррозии;

2. изготовление металлических копий рельефной поверхности;

3. очистка металлов от примесей;

4. получение газов промышленным способом;

5. электрополировка поверхностей.

Закон электролиза впервые был установлен экспериментально Фарадеем и носит название закона электролиза Фарадея: масса вещества, выделившегося на электроде при прохождении электрического тока, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит.

m = kq, где k – коэффициент пропорциональности между массой вещества и зарядом, называемый электрохимическим эквивалентом вещества. k= , где N_а – постоянная Авогадро, М – молярная масса вещества, n – валентность вещества, а отношение называется химическим эквивалентом вещества.

Из формулы закона электролиза видно, что коэффициент k численно равен массе вещества, выделившегося на электродах при переносе ионами заряда, равного 1 Кл. Таким образом, единица измерения 1кг/Кл. Значение k для различных веществ можно найти в таблице.

 

 

Билет № 15

Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный разряды. Плазма

Газы в обычных условиях почти полностью состоят из нейтральных молекул или атомов и, следовательно, являются диэлектриками. Ионизированные газы являются проводниками.

Различают несколько способов ионизации газа:

1. Термоионизация – под воздействием высоких температур;

2. Фотоионизация – под воздействием излучений;

3. Ударная ионизация – при столкновении быстрых частиц между собой.

Вследствие ионизации часть атомов распадается на положительно заряженные ионы и электроны. В газе могут образовываться и отрицательные ионы, которые появляются благодаря присоединению электронов к нейтральным атомам. Рекомбинация – процесс, обратный ионизации. Таким образом, носителями тока в газах являются электроны, положительные ионы и отрицательные ионы.

Электрическим током в газах называют упорядоченное положительных ионов к катоду, отрицательных ионов и электронов – к катоду. Явление прохождения электрического тока в газах по-другому называют газовым разрядом.

Рассмотрим вольт-амперную характеристику (ВАХ) газового разряда.

I

С

А В

I_насыщ

 

 

0 U_насыщU_прU

Пусть с помощью какого-либо ионизатора в газе в единицу времени образуется определенное число пар заряженных частиц: положительных ионов и электронов.

Участок ОА: при небольшой разности потенциалов между электродами не все образующиеся ионы и электроны достигают электродов, часть их рекомбинирует; по мере увеличения разности потенциалов число заряженных частиц, достигающих электродов, увеличивается – сила тока линейно возрастает.

Участок АВ: наступает момент, при котором все заряженные частицы, образующиеся в газе за единицу времени, достигают за это время электродов – ток достигает насыщения.

Если действие ионизатора на участках ОА и АВ прекратить, то прекратится и разряд, так как других источников носителей тока нет. Электрический ток, протекающий под действием внешнего ионизатора, называют несамостоятельным газовым разрядом.

Участок ВС: если продолжать увеличивать разность потенциалов на электродах, то с некоторого значения сила тока снова начнет резко возрастать, т.к. начнется:

1) ионизация электронным ударом (свободные электроны становятся настолько быстрыми, что при столкновениях с нейтральными атомами ионизируют их);

2) эмиссия (испускание) электронов с катода (быстрые положительные ионы выбивают с поверхности катода электроны).

Если действие ионизатора на участке ВС прекратить, то разряд не прекратится. Электрический ток, протекающий без действия внешнего ионизатора, называют самостоятельным газовым разрядом. В зависимости от свойств и состояния газа, а также характера и расположения электродов возникают различные виды самостоятельного разряда в газах:

Процесс перехода несамостоятельного газового разряда в самостоятельный называется электрическим пробоем и характеризуется напряжением пробоя.

Плазма – это частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически совпадают.

Различают высокотемпературную > 10⁵K и низкотемпературную < 10⁵K плазму. Проводимость плазмы увеличивается по мере роста степени ионизации. При высокой температуре полностью ионизированная плазма по своей проводимости приближается к сверхпроводникам. В состоянии плазмы находится около 99% вещества Вселенной (звезды, Солнце, межзвездная среда). Плазмой окружена и наша планета: верхний слой атмосферы на высоте 100-30 км – ионосфера, выше ионосферы – радиационные пояса Земли.

Примеры газового разряда:

Билет № 24

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: