Elektronový proud v kapalinách
V železném vodiči se usměrněným pohybem volných elektronů objevuje elektronový proud a při tom všem nedochází k žádným změnám v látce, ze které je vodič vyroben.
Takové vodiče, ve kterých není průchod elektronového proudu doprovázen chemickými změnami v jejich látce, se nazývají vodiče prvního druhu. Patří sem všechny kovy, uhlí a řada dalších látek.
V přírodě ale existují i vodiče elektronického proudu, ve kterých dochází k chemickým jevům při průchodu proudu. Tyto vodiče jsou tzv vodiče druhého druhu. Patří sem především různé směsi kyselin, solí a zásad ve vodě.
Pokud nalijete vodu do skleněné nádoby a přidáte několik kapek kyseliny sírové (nebo nějaké jiné kyseliny nebo zásady) a poté vezmete dvě železné desky a připojíte k nim vodiče, spustíte tyto desky do nádoby a připojíte zdroj proudu k druhé konce vodičů přes spínač a ampérmetr, pak se z roztoku uvolní plyn a bude to trvat nepřetržitě, dokud bude obvod uzavřen, protože okyselená voda je skutečně vodič. Kromě toho se desky začnou pokrývat bublinami plynu. Poté se tyto bubliny oddělí od talířů a vyjdou ven.
Když roztokem prochází proud elektronů, dochází k chemickým změnám, které mají za následek uvolnění plynu.
Vodiče druhého druhu se nazývají elektrolyty a jev, ke kterému dochází v elektrolytu, když jím prochází elektronový proud.
Železné desky ponořené do elektrolytu se nazývají elektrody; jeden z nich, připojený ke kladnému pólu zdroje proudu, se nazývá anoda a druhý, připojený k zápornému pólu, se nazývá katoda.
Co určuje průchod elektronového proudu ve vodním vodiči? Ukazuje se, že v takových směsích (elektrolytech) se molekuly kyseliny (zásady, soli) pod vlivem rozpouštědla (v tomto případě vody) rozpadají na dvě složky, přičemž Jedna částice molekuly má kladný elektronový náboj a druhá záporný.
Částice molekul, které vlastní elektronický poplatek, se nazývají ionty. Když se kyselina, sůl nebo zásada rozpustí ve vodě, objeví se v roztoku obrovské množství kladně i záporně nabitých iontů.
Nyní by mělo být jasné, proč roztokem procházel elektronový proud, protože mezi elektrodami připojenými ke zdroji proudu vznikl potenciálový rozdíl, jinými slovy, jedna z nich byla nabitá kladně a druhá záporně. Pod vlivem tohoto rozdílu potenciálu se kladné ionty začaly mísit směrem k záporné elektrodě - katodě a záporné ionty - směrem k anodě.
Chaotický pohyb iontů se tak stal uspořádaným protipohybem záporně nabitých iontů v jednom směru a kladných iontů ve druhém. Tento proces přenosu náboje představuje tok proudu elektronů elektrolytem a probíhá tak dlouho, dokud existuje rozdíl potenciálů mezi elektrodami. S vymizením potenciálového rozdílu se zastaví proud elektrolytem, naruší se uspořádaný pohyb iontů a opět začíná chaotický pohyb.
Jako příklad uveďme jev elektrolýzy při průchodu proudu elektronů roztokem síranu měďnatého CuSO4 s měděnými elektrodami spuštěnými do něj.
Jev elektrolýzy při průchodu proudu roztokem síranu měďnatého: C - nádoba s elektrolytem, B - zdroj proudu, C - spínač
Dojde také k protipohybu iontů k elektrodám. Kladným iontem bude iont mědi (Cu) a záporným iontem bude iont zbytku kyseliny (SO4). Ionty mědi v kontaktu s katodou se vybijí (připojí k sobě chybějící elektrony), tj. převedou na neutrální molekuly čisté mědi, a uloží se na katodu ve formě tenké (molekulární) vrstvy.
Záporné ionty, které dosáhnou anody, jsou také vybity (vzdávají se navíc elektrony). Zároveň však vstupují do chemické reakce s mědí anody, v důsledku čehož se molekula mědi Cu spojí s kyselým zbytkem SO4 a objeví se molekula síranu měďnatého CuS O4, který se vrací zpět do elektrolytu. .
Protože k tomuto chemickému procesu dochází na dlouhou dobu, pak se na katodě usadí měď, která se uvolní z elektrolytu. V tomto případě místo molekul mědi, které šly na katodu, dostává elektrolyt nové molekuly mědi v důsledku rozpuštění druhé elektrody - anody.
Ke stejnému procesu dochází, pokud se místo měděných elektrod použijí zinkové elektrody a elektrolytem je roztok síranu zinečnatého Zn SO4. Zinek bude také převeden z anody na katodu.
Takto, rozdíl mezi elektronovým proudem v kovech a kapalných vodičích spočívá v tom, že v kovech jsou nositeli náboje pouze volné elektrony, tedy záporné náboje, zatímco v elektrolytech je elektřina nesena různě nabitými částicemi látky - ionty pohybujícími se v opačných směrech. Proto to říkají Elektrolyty mají iontovou vodivost.
Jev elektrolýzy byl objeven v roce 1837 B. S. Jacobim, který vytvořil nespočet experimentů ke studiu a vylepšení chemických zdrojů proudu. Jacobi zjistil, že jedna z elektrod umístěných v roztoku síranu měďnatého se pokryla mědí, když přes ni procházel elektronový proud.
Tento jev se nazývá galvanické pokovování, v současné době nachází velké praktické uplatnění. Jedním z příkladů je potahování železných předmětů tenkou vrstvou jiných kovů, tj. niklování, zlacení, stříbření atd.
Plyny (včetně vzduchu) za běžných podmínek nevedou elektronový proud. Například holé dráty venkovního vedení, které jsou zavěšeny paralelně k sobě, jsou navzájem izolovány vrstvou vzduchu.
Ale pod vlivem vysokých teplot, velkých potenciálových rozdílů a dalších okolností jsou plyny, jako vodnaté vodiče, ionizovány, to znamená, že se v nich objevují částice molekul plynu ve velkém množství, které jako nosiče elektřiny usnadňují průchod elektronu. proud plynem.
Ale zároveň se ionizace plynu liší od ionizace vodního vodiče. Pokud se ve vodě molekula rozpadne na dvě nabité části, tak v plynech se vlivem ionizace vždy z každé molekuly oddělí elektrony a zůstane iont ve formě kladně nabité části molekuly.
Jakmile je ionizace plynu dokončena, přestane být vodivý, zatímco kapalina vždy zůstane vodičem elektronového proudu. Vodivost plynu je dočasný jev, který závisí na vnějších okolnostech.
Existuje ale i jiný typ výboje tzv obloukový výboj nebo jednoduše elektronický oblouk. Fenomén elektronového oblouku objevil na počátku 19. století první ruský elektroinženýr V.V.Petrov.
V.V. Petrov nesčetnými experimenty zjistil, že mezi dvěma uhlíky připojenými ke zdroji proudu se vzduchem objevuje nepřetržitý elektronický výboj doprovázený jasným světlem. V.V. Petrov ve svých vlastních spisech napsal, že s tím vším „může být černý mír docela jasně osvětlen“. Tak bylo poprvé získáno elektronické světlo, které ve skutečnosti použil další ruský elektroinženýr Pavel Nikolajevič Jabločkov.
Yablochkov Candle, jejíž provoz je založen na použití elektronického oblouku, způsobila v té době skutečnou revoluci v elektrotechnice.
Obloukový výboj se dnes používá jako zdroj světla například v reflektorech a promítacích zařízeních. Vysoká teplota obloukového výboje umožňuje jeho využití pro stavbu obloukové pece. V současné době se obloukové pece, poháněné velmi vysokým proudem, používají v řadě oblastí průmyslu: pro tavení oceli, litiny, feroslitin, bronzu atd. A v roce 1882 N. N. Benardos poprvé použil obloukový výboj pro řezání a svařování kovu.
V plynových trubicích, zářivkách, stabilizátorech napětí, k výrobě elektrických a iontových paprsků, t. zv. doutnavý výboj plynu.
Jiskrový výboj slouží k měření obrovských rozdílů potenciálů pomocí kulové mezery, jejíž elektrody jsou dvě železné kuličky s leštěným povrchem. Kuličky se pohybují od sebe a aplikuje se na ně změřený rozdíl potenciálů. Poté se kuličky přiblíží k sobě, až mezi nimi přeskočí jiskra. Znáte-li průměr kuliček, vzdálenost mezi nimi, tlak, teplotu a vlhkost, najděte potenciální rozdíl mezi kuličkami pomocí speciálních tabulek. Touto metodou lze určit s přesností několika procent potenciální rozdíly v řádu 10 tisíc voltů.
To je prozatím vše. Pokud se chcete dozvědět více, doporučuji věnovat pozornost disku Misha Vanyushina:
„O elektřině pro začátečníky ve formátu videa na DVD“
Vzniká usměrněným pohybem volných elektronů a že v tomto případě nedochází k žádným změnám v látce, ze které je vodič vyroben.
Takové vodiče, ve kterých není průchod elektrického proudu doprovázen chemickými změnami v jejich látce, se nazývají vodiče prvního druhu. Patří sem všechny kovy, uhlí a řada dalších látek.
V přírodě však existují také vodiče elektrického proudu, ve kterých při průchodu proudu chemické jevy. Tyto vodiče jsou tzv vodiče druhého druhu. Patří sem především různé roztoky kyselin, solí a zásad ve vodě.
Pokud nalijete vodu do skleněné nádoby a přidáte několik kapek kyseliny sírové (nebo nějaké jiné kyseliny nebo zásady) a poté vezmete dvě kovové desky a připojíte k nim vodiče, spustíte tyto desky do nádoby a připojíte zdroj proudu k druhé konce vodičů přes spínač a ampérmetr, pak se z roztoku uvolní plyn a bude to pokračovat nepřetržitě, dokud bude obvod uzavřen, protože okyselená voda je skutečně vodič. Kromě toho se desky začnou pokrývat bublinami plynu. Tyto bubliny se pak odlomí z desek a vyjdou ven.
Při průchodu elektrického proudu roztokem dochází k chemickým změnám, jejichž výsledkem je uvolňování plynu.
Vodiče druhého druhu se nazývají elektrolyty a jev, ke kterému dochází v elektrolytu, když jím prochází elektrický proud, je.
Kovové desky ponořené do elektrolytu se nazývají elektrody; jeden z nich, připojený ke kladnému pólu zdroje proudu, se nazývá anoda a druhý, připojený k zápornému pólu, se nazývá katoda.
Co určuje průchod elektrického proudu v kapalném vodiči? Ukazuje se, že v takových roztocích (elektrolytech) se molekuly kyseliny (zásady, soli) pod vlivem rozpouštědla (v tomto případě vody) rozpadají na dvě složky a Jedna částice molekuly má kladný elektrický náboj a druhá záporný elektrický náboj.
Částice molekuly, které mají elektrický náboj, se nazývají ionty. Když se kyselina, sůl nebo zásada rozpustí ve vodě, objeví se v roztoku velké množství kladných i záporných iontů.
Nyní by mělo být jasné, proč roztokem procházel elektrický proud, protože mezi elektrodami připojenými ke zdroji proudu se vytvořilo napětí, jinými slovy, jedna z nich byla nabitá kladně a druhá záporně. Pod vlivem tohoto rozdílu potenciálu se kladné ionty začaly mísit směrem k záporné elektrodě - katodě a záporné ionty - směrem k anodě.
Chaotický pohyb iontů se tak stal uspořádaným protipohybem záporných iontů v jednom směru a kladných iontů ve druhém. Tento proces přenosu náboje představuje tok elektrického proudu elektrolytem a probíhá tak dlouho, dokud existuje rozdíl potenciálů mezi elektrodami. S vymizením potenciálového rozdílu se zastaví proud elektrolytem, naruší se uspořádaný pohyb iontů a opět začíná chaotický pohyb.
Jako příklad uveďme jev elektrolýzy při průchodu elektrického proudu roztokem síranu měďnatého CuSO4 s měděnými elektrodami spuštěnými do něj.
Jev elektrolýzy při průchodu proudu roztokem síranu měďnatého: C - nádoba s elektrolytem, B - zdroj proudu, C - spínač
Zde také dojde k protipohybu iontů k elektrodám. Kladným iontem bude iont mědi (Cu) a záporným iontem bude iont zbytku kyseliny (SO4). Ionty mědi v kontaktu s katodou se vybijí (připojí chybějící elektrony), tj. změní se na neutrální molekuly čisté mědi, a budou se ukládat na katodu ve formě tenké (molekulární) vrstvy.
Záporné ionty, které dosáhly anody, jsou také vybity (vzdávají se přebytečné elektrony). Ale zároveň vstupují do chemická reakce s mědí anody, v důsledku čehož se ke kyselému zbytku SO4 přidá molekula mědi Cu a vznikne molekula síranu měďnatého CuS O4, která se vrací zpět do elektrolytu.
Od tohoto chemický proces probíhá dlouhou dobu, pak se na katodě usadí měď, která se uvolní z elektrolytu. V tomto případě elektrolyt místo molekul mědi, které šly na katodu, přijímá nové molekuly mědi v důsledku rozpuštění druhé elektrody - anody.
Ke stejnému procesu dochází, pokud se místo měděných elektrod odeberou zinkové elektrody a elektrolytem je roztok síranu zinečnatého Zn SO4. Zinek bude také převeden z anody na katodu.
Tím pádem, rozdíl mezi elektrickým proudem v kovech a tekutých vodičích spočívá v tom, že u kovů jsou nosiči náboje pouze volné elektrony, tedy záporné náboje, kdežto u elektrolytů je nesou opačně nabité částice látky - ionty pohybující se v opačných směrech. Proto to říkají Elektrolyty vykazují iontovou vodivost.
Jev elektrolýzy byl objeven v roce 1837 B. S. Jacobim, který provedl četné experimenty na výzkum a vylepšení zdrojů chemického proudu. Jacobi zjistil, že jedna z elektrod umístěných v roztoku síranu měďnatého se pokryla mědí, když jí prošel elektrický proud.
Tento jev se nazývá galvanické pokovování, nyní nachází extrémně široké praktické uplatnění. Jedním z příkladů je potahování kovových předmětů tenkou vrstvou jiných kovů, tj. niklování, zlacení, stříbření atd.
Plyny (včetně vzduchu) v normální podmínky nevedou elektrický proud. Například nazí, kteří jsou zavěšeni paralelně k sobě, se ocitnou izolováni od sebe vrstvou vzduchu.
Pod vlivem vysoké teploty, velkých potenciálových rozdílů a dalších důvodů se však plyny, stejně jako kapalné vodiče, ionizují, tj. ve velkém množství se v nich objevují částice molekul plynu, které jako nosiče elektřiny usnadňují průchod el. proud plynem.
Ale zároveň se ionizace plynu liší od ionizace kapalného vodiče. Pokud se v kapalině molekula rozpadne na dvě nabité části, tak v plynech se vlivem ionizace vždy z každé molekuly oddělí elektrony a zůstane iont ve formě kladně nabité části molekuly.
Jakmile se ionizace plynu zastaví, přestane být vodivý, zatímco kapalina vždy zůstane vodičem elektrického proudu. V důsledku toho je vodivost plynu dočasným jevem, závislým na působení vnějších příčin.
Existuje však další tzv obloukový výboj nebo jednoduše elektrický oblouk. Fenomén elektrického oblouku objevil na počátku 19. století první ruský elektrotechnik V.V.Petrov.
V.V. Petrov četnými experimenty zjistil, že mezi dvěma uhlíky připojenými ke zdroji proudu dochází vzduchem k nepřetržitému elektrickému výboji doprovázenému jasným světlem. V.V. Petrov ve svých spisech napsal, že v tomto případě „může být temný mír osvětlen docela jasně“. Tak bylo poprvé získáno elektrické světlo, které prakticky aplikoval další ruský elektroinženýr Pavel Nikolajevič Jabločkov.
Svíčka Yablochkov Candle, jejíž provoz je založen na použití elektrického oblouku, udělala v té době skutečnou revoluci v elektrotechnice.
Obloukový výboj se jako zdroj světla používá dodnes, například v reflektorech a promítacích zařízeních. Vysoká teplota obloukového výboje umožňuje jeho použití pro. V současné době se obloukové pece napájené velmi vysokým proudem používají v řadě průmyslových odvětví: pro tavení oceli, litiny, feroslitin, bronzu atd. A v roce 1882 N. N. Benardos poprvé použil obloukový výboj pro řezání a svařování kovu.
V plynových trubicích, zářivkách, stabilizátorech napětí, tkzv doutnavý výboj plynu.
Jiskrový výboj slouží k měření velkých rozdílů potenciálů pomocí kulové mezery, jejíž elektrody jsou dvě kovové kuličky s leštěným povrchem. Kuličky se pohybují od sebe a aplikuje se na ně změřený rozdíl potenciálů. Poté se kuličky přiblíží k sobě, až mezi nimi přeskočí jiskra. Znáte-li průměr kuliček, vzdálenost mezi nimi, tlak, teplotu a vlhkost vzduchu, najděte potenciální rozdíl mezi kuličkami pomocí speciálních tabulek. Touto metodou lze měřit potenciální rozdíly v řádu desítek tisíc voltů s přesností několika procent.
Téměř každý člověk zná definici elektrického proudu jako Nicméně celá podstata spočívá v tom, že jeho původ a pohyb v různá prostředí dosti odlišné od sebe navzájem. Zejména elektrický proud v kapalinách má trochu jiné vlastnosti, než mluvíme o stejných kovových vodičích.
Hlavní rozdíl je v tom, že proud v kapalinách je pohyb nabitých iontů, tedy atomů nebo dokonce molekul, které z nějakého důvodu ztratily nebo získaly elektrony. Navíc jedním z indikátorů tohoto pohybu je změna vlastností látky, kterou tyto ionty procházejí. Na základě definice elektrického proudu můžeme předpokládat, že při rozkladu se budou záporně nabité ionty pohybovat směrem ke kladným a kladným, naopak k záporným.
Proces rozkladu molekul roztoku na kladně a záporně nabité ionty se ve vědě nazývá elektrolytická disociace. Elektrický proud v kapalinách tedy vzniká tím, že na rozdíl od stejného kovového vodiče je složení a Chemické vlastnosti těchto kapalin, což má za následek pohyb nabitých iontů.
Elektřina v kapalinách byl jeho původ, kvantitativní a kvalitativní charakteristiky jedním z hlavních problémů, kterým se slavný fyzik M. Faraday po dlouhou dobu zabýval. Zejména s pomocí četných experimentů byl schopen prokázat, že hmotnost látky uvolněné během elektrolýzy přímo závisí na množství elektřiny a době, po kterou byla tato elektrolýza prováděna. Tato hmotnost nezávisí na žádných jiných důvodech, kromě typu látky.
Studiem proudu v kapalinách Faraday navíc experimentálně zjistil, že k uvolnění jednoho kilogramu jakékoli látky při elektrolýze je potřeba stejné množství.Toto množství, rovné 9,65,10 7 k., se nazývalo Faradayovo číslo.
Na rozdíl od kovových vodičů je elektrický proud v kapalinách obklopen, což výrazně ztěžuje pohyb iontů látky. V tomto ohledu může být v jakémkoli elektrolytu generován pouze malý napěťový proud. Současně, pokud se teplota roztoku zvýší, pak se zvýší jeho vodivost a pole se zvětší.
Elektrolýza má další zajímavá nemovitost. Jde o to, že pravděpodobnost rozpadu konkrétní molekuly na kladně a záporně nabité ionty je tím vyšší, čím vyšší je větší číslo molekuly samotné látky a rozpouštědla. Současně dojde v určitém okamžiku k přesycení roztoku ionty, načež vodivost roztoku začne klesat. K nejsilnějšímu tedy dojde v roztoku, kde je koncentrace iontů extrémně nízká, ale intenzita elektrického proudu v takových roztocích bude extrémně nízká.
Proces elektrolýzy našel široké uplatnění v různých průmyslových procesech spojených s elektrochemickými reakcemi. Mezi nejvýznamnější z nich patří výroba kovů pomocí elektrolytů, elektrolýza solí obsahujících chlór a jeho deriváty, redoxní reakce, výroba tak potřebné látky, jako je vodík, leštění povrchu a galvanické pokovování. Například v mnoha podnicích vyrábějících stroje a nástroje je velmi běžná metoda rafinace, což je výroba kovu bez zbytečných nečistot.
Kapaliny, stejně jako pevné látky, mohou být vodiče, polovodiče a dielektrika. Tato lekce se zaměří na vodivé tekutiny. A ne o tekutinách s elektronická vodivost(tavené kovy), ale o vodivých kapalinách druhého druhu (roztoky a taveniny solí, kyselin, zásad). Typ vodivosti takových vodičů je iontový.
Definice. Vodiče druhého typu jsou vodiče, ve kterých dochází k chemickým procesům při protékání proudu.
Pro lepší pochopení procesu vedení proudu v kapalinách si můžeme představit následující experiment: Dvě elektrody připojené ke zdroji proudu byly umístěny ve vodní lázni, do obvodu lze zařadit žárovku jako indikátor proudu. Pokud takový obvod uzavřete, lampa se nerozsvítí, což znamená, že není žádný proud, což znamená, že došlo k přerušení obvodu a voda samotná nevede proud. Pokud ale do koupelny umístíte určité množství kuchyňské soli a okruh zopakujete, žárovka se rozsvítí. To znamená, že se v lázni mezi katodou a anodou začaly pohybovat volné nosiče náboje, v tomto případě ionty (obr. 1).
Rýže. 1. Schéma pokusu
Vodivost elektrolytů
Odkud pocházejí bezplatné poplatky ve druhém případě? Jak již bylo zmíněno v jedné z předchozích lekcí, některá dielektrika jsou polární. Voda má polární molekuly (obr. 2).
Rýže. 2. Polarita molekuly vody
Když se do vody přidá sůl, molekuly vody jsou orientovány tak, že jejich záporné póly jsou blízko sodíku, kladné póly jsou blízko chlóru. V důsledku interakcí mezi náboji molekuly vody rozbíjejí molekuly soli na páry odlišných iontů. Sodíkový iont má kladný náboj, chlorový iont záporný náboj (obr. 3). Právě tyto ionty se budou pod vlivem elektrického pole pohybovat mezi elektrodami.
Rýže. 3. Schéma vzniku volných iontů
Když se sodné ionty přiblíží ke katodě, přijme své chybějící elektrony a ionty chloru se vzdají svých, když dosáhnou anody.
Elektrolýza
Protože tok proudu v kapalinách je spojen s přenosem hmoty, probíhá při takovém proudu proces elektrolýzy.
Definice. Elektrolýza je proces spojený s redoxními reakcemi, při kterých se na elektrodách uvolňuje látka.
Látky, které v důsledku takového štěpení poskytují iontovou vodivost, se nazývají elektrolyty. Tento název navrhl anglický fyzik Michael Faraday (obr. 4).
Elektrolýza umožňuje získávat látky z roztoků v docela čisté formě, proto se používá k získávání vzácných materiálů jako je sodík, vápník... v čisté formě. Tomu se říká elektrolytická metalurgie.
Faradayovy zákony
V první práci o elektrolýze v roce 1833 Faraday představil své dva zákony elektrolýzy. První se zabývala hmotností látky uvolněné na elektrodách:
První Faradayův zákon říká, že tato hmotnost je úměrná náboji procházejícímu elektrolytem:
Roli koeficientu úměrnosti zde hraje veličina - elektrochemický ekvivalent. Jedná se o tabulkovou hodnotu, která je pro každý elektrolyt jedinečná a je jeho hlavní charakteristika. Elektrochemický ekvivalentní rozměr:
Fyzikální význam elektrochemického ekvivalentu je hmota uvolněná na elektrodě, když elektrolytem projde množství elektřiny 1 C.
Pokud si pamatujete vzorce z tématu o stejnosměrném proudu:
Pak můžeme první Faradayův zákon reprezentovat jako:
Druhý Faradayův zákon se přímo týká měření elektrochemického ekvivalentu prostřednictvím jiných konstant pro konkrétní elektrolyt:
Tady: - molární hmotnost elektrolyt; - elementární náboj; - valence elektrolytu; - Avogadroovo číslo.
Množství se nazývá chemický ekvivalent elektrolytu. To znamená, že ke znalosti elektrochemického ekvivalentu stačí znát chemický ekvivalent, zbývající složky vzorce jsou světové konstanty.
Na základě druhého Faradayova zákona může být první zákon reprezentován jako:
Faraday navrhl pro tyto ionty terminologii založenou na elektrodě, ke které se pohybují. Kladné ionty se nazývají kationty, protože se pohybují směrem k záporně nabité katodě, záporné náboje se nazývají anionty, protože se pohybují směrem k anodě.
Výše popsané působení vody na rozbití molekuly na dva ionty se nazývá elektrolytická disociace.
Kromě roztoků mohou být taveniny také vodiči druhého typu. V tomto případě je přítomnost volných iontů dosažena tím, že při vysokých teplotách velmi aktivní molekulární pohyby a vibrace, v důsledku čehož se molekuly rozkládají na ionty.
Praktická aplikace elektrolýzy
První praktická aplikace elektrolýzy se objevila v roce 1838 ruským vědcem Jacobim. Pomocí elektrolýzy získal otisk postav pro katedrálu sv. Izáka. Tato aplikace elektrolýzy se nazývá galvanoplastika. Další oblastí použití je galvanické pokovování - pokovování jednoho kovu druhým (chromování, niklování, zlacení atd., obr. 5)
- Fatyf.narod.ru ().
- ChiMiK().
- Ens.tpu.ru ().
Domácí práce
- Co jsou elektrolyty?
- Jaké jsou dva zásadně odlišné typy kapalin, ve kterých může proudit elektrický proud?
- Jaké by mohly být mechanismy pro vznik volných nosičů náboje?
- *Proč je hmotnost nanesená na elektrodě úměrná náboji?
Skutečnost, že kapaliny mohou dokonale vést elektrická energie, to zná úplně každý. A je také známo, že všechny vodiče podle typu jsou rozděleny do několika podskupin. V našem článku navrhujeme zvážit, jak se elektrický proud provádí v kapalinách, kovech a jiných polovodičích, stejně jako zákony elektrolýzy a její typy.
Teorie elektrolýzy
Pro snazší pochopení toho, o čem mluvíme, navrhujeme začít teorií; elektřina, pokud elektrický náboj považujeme za druh kapaliny, je známá již více než 200 let. Náboje se skládají z jednotlivých elektronů, ale ty jsou tak malé, že jakýkoli velký náboj se chová jako nepřetržitý tok kapaliny.
Stejně jako pevná tělesa mohou být i kapalné vodiče tří typů:
- polovodiče (selen, sulfidy a další);
- dielektrika (alkalické roztoky, soli a kyseliny);
- vodiče (řekněme v plazmě).
Proces, při kterém se vlivem elektrického molárního pole rozpouštějí elektrolyty a rozpadají ionty, se nazývá disociace. Podíl molekul, které se rozpadly na ionty nebo rozpadlé ionty v rozpuštěné látce, zase zcela závisí na fyzikální vlastnosti a teploty v různých vodičích a taveninách. Je důležité si pamatovat, že ionty se mohou rekombinovat nebo vrátit dohromady. Pokud se podmínky nezmění, bude počet rozpadlých a kombinovaných iontů stejně úměrný.
Ionty vedou energii v elektrolytech, protože mohou to být jak kladně, tak záporně nabité částice. Když je kapalina (nebo přesněji nádoba s kapalinou připojena ke zdroji energie), částice se začnou pohybovat směrem k opačným nábojům (kladné ionty se začnou přitahovat ke katodám a záporné ionty k anodám). V tomto případě je energie transportována přímo ionty, takže vodivost tohoto typu se nazývá iontová.
Při tomto typu vedení je proud přenášen ionty a na elektrodách se uvolňují látky, které jsou součástí elektrolytů. Pokud uvažujeme z chemického hlediska, pak dochází k oxidaci a redukci. Elektrický proud v plynech a kapalinách je tedy transportován pomocí elektrolýzy.
Fyzikální zákony a proud v kapalinách
Elektřina v našich domovech a zařízeních se zpravidla nepřenáší kovovými dráty. V kovu se elektrony mohou pohybovat z atomu na atom, a tak nést záporný náboj.
Jako kapaliny jsou přenášeny ve formě elektrického napětí, známého jako napětí, v jednotkách voltů, pojmenovaných po italském vědci Alessandru Voltovi.
Video: Elektrický proud v kapalinách: úplná teorie
Také elektrický proud teče z vysokého napětí na nízké napětí a je měřen v jednotkách známých jako ampéry, pojmenované po Andre-Marie Ampere. A podle teorie a vzorce, pokud zvýšíte napětí, pak se úměrně zvýší i jeho síla. Tento vztah je známý jako Ohmův zákon. Jako příklad je níže uvedena charakteristika virtuálních ampérů.
Obrázek: proud versus napětíOhmův zákon (s dalšími detaily týkajícími se délky a tloušťky drátu) je obvykle jednou z prvních věcí, které se vyučují v hodinách fyziky, mnoho studentů a učitelů proto považuje elektrický proud v plynech a kapalinách za základní zákon ve fyzice.
Abyste viděli pohyb nábojů na vlastní oči, musíte si připravit baňku se slanou vodou, ploché pravoúhlé elektrody a zdroje energie, dále budete potřebovat ampérmetrovou instalaci, pomocí které bude energie odváděna z el. přívod k elektrodám.
Vzor: proud a sůl Desky, které fungují jako vodiče, musí být spuštěny do kapaliny a zapnuto napětí. Poté začne chaotický pohyb částic, ale jako po vynoření magnetické pole mezi vodiči bude tento proces zefektivněn.
Jakmile si ionty začnou vyměňovat náboje a spojovat se, z anod se stanou katody a z katod se stanou anody. Zde je ale potřeba počítat s elektrickým odporem. Teoretická křivka samozřejmě hraje důležitou roli, ale hlavní vliv má teplota a úroveň disociace (podle toho, jaké jsou zvolené nosiče), a zda je zvolen střídavý nebo stejnosměrný proud. Na závěr této experimentální studie si toho můžete všimnout pevné látky ah (kovové desky), vytvořila se tenká vrstva soli.
Elektrolýza a vakuum
Elektrický proud ve vakuu a kapalinách je poměrně složitý problém. Faktem je, že v takových médiích nejsou v tělech žádné náboje, což znamená, že jde o dielektrikum. Jinými slovy, naším cílem je vytvořit podmínky, aby atom elektronu mohl začít svůj pohyb.
Chcete-li to provést, musíte použít modulární zařízení, vodiče a kovové desky a poté postupovat jako ve výše uvedené metodě.
Vodiče a vakuum 
Charakteristika proudu ve vakuu Aplikace elektrolýzy
Tento proces se uplatňuje téměř ve všech oblastech života. I ta nejzákladnější práce někdy vyžaduje zásah elektrického proudu do kapalin, řekněme,
Pomocí tohoto jednoduchého procesu jsou pevná tělesa potažena tenkou vrstvou jakéhokoli kovu, například niklu nebo chromování. Jedná se o jeden z možných způsobů boje proti korozním procesům. Podobné technologie se používají při výrobě transformátorů, měřičů a dalších elektrických zařízení.
Doufáme, že naše zdůvodnění zodpovědělo všechny otázky, které vyvstávají při studiu fenoménu elektrického proudu v kapalinách. Pokud potřebujete lepší odpovědi, doporučujeme navštívit fórum elektrikářů, kde vám rádi a zdarma poradí.
