Класична теорія електролітичної дисоціації

Класична теорія електролітичної дисоціації була створена С. Арреніус і В. Оствальдом в 1887. Арреніус дотримувався фізичної теорії розчинів, не враховував взаємодія електроліту з водою і вважав, що в розчинах знаходяться вільні іони. Російські хіміки І. А. Каблуков і В. А. Кістяківськийзастосували для пояснення електролітичної дисоціації хімічну теорію розчинів Д. І. Менделєєва і довели, що при розчиненні електроліту відбувається його хімічну взаємодію з водою, в результаті якого електроліт дисоціює на іони.

Класична теорія електролітичної дисоціації заснована на припущенні про неповну дисоціації розчиненої речовини, яка характеризується ступенем дисоціації α, тобто часткою розпалися молекул електроліту. Динамічна рівновага між недіссоціірованних молекулами та іонами описується законом діючих мас. Наприклад, електролітична дисоціація бінарного електроліту KA виражається рівнянням типу:

                        

Константа дисоціації K _d визначається активностями катіонів , аніонів і недіссоціірованних молекул наступним чином:

                      

Значення K _d залежить від природи розчиненої речовини і розчинника, а також від температури і може бути визначено кількома експериментальними методами. Ступінь дисоціації (α) може бути розрахована за будь-якої концентрації електроліту за допомогою співвідношення:

                      ,

де - Середній коефіцієнт активності електроліту.

Фарадея число, Фарадея постійна (F), одна з фундаментальних фізичних постійних , рівна твору Авогадро числа N _A на елементарний електричний заряд е (заряд електрона): F = N _A ( е = (9,648456 ± 0,000027) (10 ⁴ до міль ^-1 . Ф. ч. широко застосовується в електрохімічних розрахунках. Названо на честь М. Фарадея , що відкрив основні закони електролізу .

                             

                             

                                Закони Фарадея

Закони Фарадея(рос. законы Фарадея; англ. Faraday's laws of electrolysis; нім. Faradaysches Gesetze n pl) – основні закони електролізу. Встановлюють взаємозв’язок між кількістю електрики, яка проходить через електропровідний розчин (електроліт), і кількістю речовини, яка виділяється на електродах.

Перший закон: маса m речовини, яка виділилась на електроді під час проходження електричного струму, прямо-пропорційна значенню q електричного заряду, пропущеного через електроліт,

                                  ,

де k – електрохімічний еквівалент речовини, m - маса речовини, q - заряд .

Другий закон: електрохімічні еквіваленти елементів прямо-пропорційні їх хімічним еквівалентам.

                              ,

де A - атомна маса речовини, - заряд її йона, F - число Фарадея. Частка A/ν називається хімічним еквівалентом.

 

Застосування електролізу

Електроліз широко застосовують у промисловості. Електролізом одержують найбільш активні метали (К, Na, Ca, Mg, Al) і найбільш активні неметали (фтор і хлор). Електроліз також використовують для синтезу деяких складних речовин — їдкого натру (NaOH), їдкого калі (KOH), бертолетової солі (KClO₃).

Електроліз також використовують для покриття поверхні металевих виробів шаром більш стійкого металу з метою захисту від корозії, наприклад цинкування, хромування, нікелювання. Шляхом електролізу метали можна очищувати від домішок.

Електроліз застосовують у гальванотехніці ― електролітичному осадженні металів на поверхню металевих і неметалевих виробів. Це дозволяє знімати з різних предметів точні копії, які легко відокремити від оригіналу. Такий метод репродукування називають гальванопластикою

Ще на початку позаминулого століття було встановлено, що при проходженні електричного струму через водні розчини солей відбуваються хімічні перетворення, що призводять до утворення нових речовин. У результаті цього, на початку минулого століття виникло науковий напрямок з вивчення електрохімічних процесів в розчинах і розплавах речовин - електрохімія. До кінця сімдесятих років воно розділилося на два самостійні розділи - іоніки, що вивчає явища електропровідності і руху заряджених частинок під впливом електричного поля, і електродіку, що вивчає явища, що відбуваються безпосередньо на поверхні електродів, коли через кордон електрод-розчин (розплав) протікає електричний струм. Хімічні перетворення, що відбуваються при дії електричного струму на речовини, називаються електролітичними.

Електроліз являє собою досить складну сукупність процесів, до яких відносяться: міграція іонів (позитивних до катода, негативних до анода), дифузія іонів, розряджається на електродах, електрохімічні реакції розряду іонів, вторинні хімічні реакції продуктів електролізу між собою, з речовиною електроліту і електрода.

Технічний або прикладної електроліз характеризується складністю що протікають у промислових умовах електролітичних процесів, різними видами електролізу, їх залежністю від природи електроліту, типу електролітичної ванни, оптимізації самих електролізних процесів.

Електролітичні процеси класифікуються наступним чином:

* Одержання неорганічних речовин (водню, кисню, хлору, лугів і т.д.)

* Отримання металів (літій, натрій, калій, Беріл, магній, цинк, алюміній, мідь і т.д.)

* Очищення металів (мідь, срібло, ...)

* Отримання металевих сплавів

* Одержання гальванічних покриттів

* Обробка поверхонь металів (Азотування, борірованіе, електрополіровка, очищення)

* Одержання органічних речовин

* Електродіаліз і знесолення води

* Нанесення плівок за допомогою електрофорезу

Актуальність електролізу пояснюється тим, що багато речовин отримують саме цим способом. Наприклад, такі метали як нікель, натрій, чистий водень і інші, отримують лише за допомогою цього методу. Крім того з його допомогою електролізу відносно легко можна отримати чисті метали, масова частка самого елемента в яких прагнути до ста відсотків. У промисловості алюміній і мідь в більшості випадків отримують саме електролізом. Перевага цього способу у відносній дешевизні і простоті. Однак, щоб виробництво було найбільш вигідним: з найменшими витратами електроенергії і з найбільшим виходом продукції, необхідно враховувати різні фактори, що впливають на кількість і якість продуктів електролізу (сила струму, щільність струму, температура електроліту, матеріал електродів та ін).

На сьогоднішній день великою популярністю користуються різні предмети, покриті дорогоцінними металами. (позолочені або посріблені речі).

До того ж металеві вироби покривають шаром іншого металу електролітичним способомс метою захистити його від корозії.

 

                Гальванічний елемент

Гальванічний елемент — джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт.

Принцип дії

Найпростішим гальванічним елементом є елемент Вольта, в якому використовуються цинковий і мідний електроди, занурені в розчин сірчаної кислоти. Кожен із електродів зокрема разом із електролітом, в який він занурений, утворює напівелемент.

На поверхні кожного з металів, занурених в електроліт, виникає подвійний електричний шар внаслідок переходу частини атомівметалу в розчин у вигляді йонів. Як наслідок, кожен із металів отримує електричний заряд. Якщо з'єднати електроди провідником, то заряд стікатиме від електрода з більшим потенціалом, до електрода з меншим потенціалом, утворюючи електричний струм. При цьому потенціали електродів вирівнюватимуться, що призведе до порушення рівноваги між електродом і електролітом. Це, в свою чергу, викликає перехід нових атомів із електроду в електроліт. В результаті в замкненому колі підтримується електричний струм, який супроводжується розчиненням електродів.

На малюнку праворуч показана схема дещо складнішого але досконалішого елемента, в якому кожен із металів перебуває в окремому електроліті. Електроліти з'єднані між собою соляним мостом.

Активна маса електроду — це суміш, яка складається з речовини, хімічна енергія яких під дією заряду перетворюється на електричну енергію (активна речовина), і речовин, які покращують її провідність і певні физико-хімічні властивості.

 

                          22 Електричний струм в газах.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: