Электрический ток в жидкостях

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ 

Жидкости по степени электропроводности делятся  на:

 диэлектрики  (дистиллированная вода),

 проводники (электролиты),

 полупроводники (расплавленный селен). 
 

Электролит 

- это проводящая  жидкость (растворы кислот , щелочей,  солей и расплавленные соли). 
 

Электролитическая диссоциация

(разъединение)  

- при растворении  в результате теплового движения  происходят столкновения молекул  растворителя и нейтральных молекул  электролита.

 Молекулы  распадаются на положительные  и отрицательные ионы.

 Например, растворение  медного купороса в воде. 
 
 

Ион 

- атом или  молекула, потерявшая или присоединившая  к себе один или несколько  электронов;

- существуют  положительные ( катионы ) и отрицательные  ( анионы ) ионы. 
 

Рекомбинация  ионов 

 Наряду с диссоциацией в электролите одновременно может происходить процесс восстановления ионов в нейтральные молекулы. 

Между процессами электролитической диссоциации  и рекомбинации при неизменных условиях устанавливается динамическое равновесие. 
 

Степень диссоциации 

- доля молекул,  распавшихся на ионы;

- возрастает  с увеличением температуры;

- еще зависит  от концентрации раствора и  от электрических свойств растворителя. 
 

Электропроводимость электролитов 

 Ионная проводимость - упорядоченное движение ионов под действием внешнего эл.поля; существует в электролитах; прохождение эл.тока связано с переносом вещества. 

Электронная проводимость - также в небольшой мере присутствует в электролитах , но в основном характеризует  электропроводимость жидких металлов.

Ионы в электролите  движутся хаотически до тех пор, пока в жидкость не опускаются электроды, между которыми существует разность потенциалов. Тогда на хаотическое  движение ионов накладывается их упорядоченное движение к соответствующим  электродам и в электролите возникает эл. ток. 
 

Зависимость сопротивления  электролита от температуры 

 Температурная  зависимость сопротивления электролита  объясняется в основном

 изменением  удельного сопротивления.

,

 где альфа  - температурный коэффициент сопротивления.

 Для электролитов всегда

  

Поэтому

 

 Сопротивление  электролита можно рассчитать  по формуле: 

  
 

Явление электролиза 

- сопровождает  прохождение эл.тока через жидкость;

- это выделение  на электродах веществ, входящих  в электролиты;

 Положительно  заряженные анионы под действием электрического поля стремятся к отрицательному катоду, а отрицательно заряженные катионы - к положительному аноду.

 На аноде  отрицательные ионы отдают лишние  электроны ( окислительная реакция  )

 На катоде  положительные ионы получают  недостающие электроны ( восстановительная реакция ). 
 
 
 

Закон электролиза 

1833г. - Фарадей 
 
 

Закон электролиза  определяет массу вещества, выделяемого  на электроде при электролизе  за время прохождения эл.тока .

 

k - электрохимический  эквивалент вещества, численно равный массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит заряда в 1 Кл.

 Зная массу  выделившегося вещества, можно определить  заряд электрона.

http://class-fizika.narod.ru/10_12.htm 
 

   С электропроводностью  растворов солей в  воде  (электролитов)  связано

очень многое в  нашей жизни. С первого удара  сердца («живое» электричество  в

теле человека, на 80% состоящем из воды) до автомобилей  на улице, плееров  и

мобильных   телефонов   (неотъемлимой   частью   этих   устройств   являются

«батарейки» –  электрохимические элменты питания  и различные  аккумуляторы  –

от свинцово-кислотных  в автомобилях  до  литий-полимерных  в  самых  дорогих

мобильных телефонах).  В  огромных,  дымящихся  ядовитыми  парами  чанах  из

расплавленного  при  огромной  температуре  боксита  электролизом   получают

алюминий –  «крылатый» металл для самолётов  и банок для «Фанты».  Все  вокруг

– от хромированной  решетки радиатора иномарки  до  посеребрённой  серёжки  в

ухе  когда-либо  сталкивалось   с   раствором   или   расплавом   солей,   а

следовательно и с электротоком в  жидкостях.  Не  зря  это  явление  изучает

целая наука  – электрохимия.  Но  нас  сейчас  больше  интересуют  физические

основы этого явления. 
 
 

                     Электроток в растворе. Электролиты 
 
 

      Из уроков физики в 8 классе  нам  известно,  что  заряд   в  проводниках

(металлах) переносят  отрицательно заряженные электроны. 

      Упорядоченное  движение  заряженных  частиц  называется  электрическим

током. 

       Но если мы соберем прибор (с  электродами из графита): 
 
 

                                    [pic] 

      то убедимся, что стрелка амперметра  отклоняется – через  раствор   идет

ток! Какие же заряженные частицы есть в растворе? 

      Ещё  в   1877   году   шведский   ученый   Сванте   Аррениус,   изучая

электропроводность  растворов различных веществ,  пришел  к  выводу,  что  её

причиной являются ионы, которые образуются при растворении  соли в воде.  При

растворении  в  воде  молекула  CuSO4   распадается  (диссоциирует)  на  два

разнозаряженных иона – Cu2+ и SO42- . Упрощенно происходящие процессы  можно

отразить следующей  формулой: 

                              CuSO4(Cu2++SO42- 
 
 

      V Проводят электрический ток растворы солей, щелочей, кислот. 

      V Вещества, растворы которых проводят  электрический  ток,  называются

        электролитами. 

      V Растворы сахара, спирта, глюкозы   и  некоторых  других  веществ   не

        проводят электрический ток. 

      V  Вещества,  растворы  которых не   проводят   электрический   ток,

        называются неэлектролитами. 
 
 

                        Электролитическая диссоциация 
 
 

      Процесс  распада  электролита   на  ионы  называется  электролитической

диссоциацией. 

      С. Аррениус, который придерживался   физической  теории  растворов,  не

учитывал взаимодействия электролита  с  водой  и  считал,  что  в  растворах

находятся свободные  ионы. В отличие от него русские  химики И. А. Каблуков  и

В. А. Кистяковский  применили к объяснению  электролитической диссоциации

химическую  теорию  Д.  И.  Менделеева  и  доказали,  что  при   растворении

электролита происходит химическое взаимодействие  растворённого  вещества  с

водой, которое  приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют  на

ионы. Они считали, что в растворах находятся  не свободные, не «голые»  ионы,

а гидратированные, то есть «одетые в шубку» из молекул  воды.  Следовательно,

диссоциация молекул  электролитов происходит в следующей  последовательности: 

      а) ориентация молекул воды  вокруг полюсов молекулы электролита 

      б) гидратация молекулы электролита 

      в) её ионизация 

      г) распад  её на гидратированные  ионы 

      По  отношению  к  степени   электролитической  диссоциации   электролиты

делятся на сильные  и слабые. 

      V Сильные электролиты – такие,  которые  при  растворении   практически

        полностью диссоциируют. 

      У них значение степени диссоциации  стремится к единице. 

      V Слабые электролиты  –   такие,  которые  при  растворении  почти  не

        диссоциируют. Их степень диссоциации  стремится к нулю. 

      Из  этого  делаем  вывод,  что  переносчиками  электрического   заряда

(носителями  электрического  тока)  в  растворах   электролитов  являются  не

электроны, а положительно и отрицательно заряженные гидратированные ионы. 
 
 

            Температурная зависимость  сопротивления  электролита 
 

      При повышении температуры облегчается  процесс диссоциации,  повышается

подвижность ионов  и сопротивление электролита падает. 
 
 

                       Катод и анод. Катионы и анионы 
 

      А что же происходит с ионами  под воздействием электрического  тока? 

      Вернёмся к нашему прибору: 

                                    [pic] 

      В растворе CuSO4 диссоциировал на ионы – Cu2+  и  SO42-.  Положительно

заряженный  ион  Cu2+  (катион)  притягивается  к  отрицательно  заряженному

электроду –  катоду, где получает недостающие  электроны  и  восстанавливается

до металлической  меди – простого вещества. Если  извлечь  катод  из  прибора

после прохождения  через раствор  тока,  то  нетрудно  заметить  красно-рыжий

налет – это  металлическая медь. 
 
 

                            Первый закон Фарадея 
 

      А можем ли мы узнать сколько  меди выделилось?  Взвешивая   катод  до  и

после опыта, можно  точно определить массу  осадившегося  металла.  Измерения

показывают, что  масса вещества,  выделевшегося  на  электродах,  зависит  от

силы тока и  времени электролиза: 

                                   m=K(I(t 

      где   K   –    коэффиент    пропорциональности,    называемый    также

электрохимическим эквивалентом. 

      Следовательно, масса выделевшегося  вещества прямо пропорциональна  силе

тока и времени  электролиза. Но ток за время (согласно формуле):