Электрический ток в электролитах. Электролиз

Опустим в ванну с электролитом (HCI) две пластины (электроды) и подключим к ним батарею.

Анод – электрод, подключенный к «+» клемме источника напряжения.

Катод – электрод, подключенный к «–» клемме источника напряжения.

Ионы Cl^– (анионы) движутся к аноду, H⁺ (катионы) – к катоду.

· Ток в электролитах – упорядоченное движение анионов и катионов.

Cl^– отдают на аноде лишние электроны и объединяются в молекулы газа Cl₂.

H⁺ на катоде получают электроны и объединяются в молекулы газа H₂.

Уравнения процесса:

а) диссоциация: 2HCl «2H⁺ +2Cl^–;

б) на аноде: 2Cl – 2е ® Cl₂ ­;

в) на катоде: 2H⁺ + 2е ® H₂ ­.

Электролиз – совокупность химических процессов, происходящих в электролите при прохождении через него постоянного электрического тока.

· Ток в электролите подчиняется закону Ома.

· Удельное сопротивление электролита с ростом температуры понижается (растёт диссоциация).

Электролиз, сопровождающийся растворением анода

Если электролит – раствор соли вещества, из которого сделан анод, то вещество при электролизе выделяется только на катоде, а анод растворяется.

Например, в ванну с солью азотнокислого серебра опускают серебряные электроды. Катод – тонкая серебряная пластина; анод – толстая пластина из серебра с диэлектрическими примесями. При электролизе серебро переносится с анода на катод, примеси оседают на дно, т.е. происходит очистка металла. Масса анода постепенно уменьшается до полного его растворения.

· Концентрация раствора в процессе не меняется.

Закон Фарадея для электролиза

Если ион вещества имеет массу m ₀ и заряд q ₀, при электролизе выделилось N ионов и ими перенесён заряд q, то их общая масса m = m ₀× N и ;
q ₀ = e×z, где z – валентность иона. Тогда, с учётом , получим .

Число Фарадея (F) – произведение N_A × e. . Значит, (*). Из и (*) получим:

– закон Фарадея для электролиза.

Электрохимический эквивалент вещества – величина .

Химический эквивалент вещества – величина .

· Число Фарадея показывает, какой заряд необходимо пропустить через электролит для выделения на электродах 1 моль одновалентного вещества.

Применение электролиза в технике

Электролиз широко применяют для очистки металлов (рафинирование), получения их из раствора (электроэкстракция), покрытия одного металла слоем другого для защиты от коррозии (гальваностегия), получения копий рельефных изображений (гальванопластика), снятия шероховатости изделий (электрополировка) и др.

Электрический ток в газах

Поместим в газ две пластины и подключим к ним источник напряжения. Амперметр покажет I = 0. При н.у. газы – хорошие диэлектрики, т. к. их атомы и молекулы электрически нейтральны.

Для возникновения тока в газе необходимо наличие свободных носителей заряда.

Ионизация – процесс появления свободных носителей заряда в газе.

· Ионизация может происходить под действием тепла, света, рентгеновского излучения и других ионизирующих факторов.

Рекомбинация – процесс исчезновения свободных носителей заряда.

· Ток в газах – упорядоченное движение электронов и ионов.

5.1.3.3.1. Несамостоятельный и самостоятельный
газовые разряды

При наличии ионизирующих факторов газ становится проводником: например, если в воздухе между заряженными пластинами поместить горящую свечу, то можно отметить прохождение тока.

При исчезновении ионизирующих факторов ток прекращается.

Несамостоятельный разряд – явление прохождения электрического тока в газе только при наличии внешнего ионизирующего фактора.

Повышая напряжение на пластинах, можно добиться прохождения тока в газе без внешних ионизирующих факторов. Параметры поля, создающего такой разряд, зависят от природы газа, его чистоты и др.

Самостоятельный разряд – явление прохождения электрического тока в газе без внешних ионизирующих факторов.

· В воздухе при н.у. самостоятельный разряд возникает при Е = 3×10⁶ .

Плазма

Термическая ионизация – явление образования положительного иона и свободного электрона при столкновении молекул газа высокой температуры.

Степень термической ионизации зависит от температуры: например, при Т = 10000 К ионизировано» 10% общего числа атомов водорода, при Т = 20000 К – практически все (» 100%).

Плазма – газ, в котором значительная часть молекул ионизирована.

· Плазма в целом электрически нейтральна.

· При Т = 20000–30000 К любое вещество – плазма.

· Плазма – наиболее распространенное в природе состояние вещества. Из плазмы состоят: Солнце, звёзды, верхние слои атмосферы (ионосфера). Сильно разреженная плазма рассредоточена по всему пространству Вселенной.

Электрический ток в вакууме

Вакуум – идеальный диэлектрик. Для создания тока в него необходимо ввести свободные электроны. Их масса и объём пренебрежимо малы (по сравнению с ионами). Это позволяет считать, что при появлении свободных электронов вакуум не нарушается.

· Ток в вакууме – упорядоченное движение электронов.