Mag-ulat sa paksa:
sa mga likido
(electrolytes)
Electrolysis
Mga batas ni Faraday
elementarya na singil ng kuryente
mga mag-aaral 8 ika klase « B »
L oginova M arias PERO ndreevny
Moscow 2003
Paaralan Blg. 91
Panimula
Maraming mga bagay sa ating buhay ang konektado sa electrical conductivity ng mga solusyon ng mga asing-gamot sa tubig (electrolytes). Mula sa unang tibok ng puso ("buhay" na kuryente sa katawan ng tao, na 80% ng tubig) hanggang sa mga kotse sa kalye, mga manlalaro at mga mobile phone (isang mahalagang bahagi ng mga device na ito ay "mga baterya" - mga electrochemical na baterya at iba't ibang mga baterya - mula sa tingga -acid sa mga kotse sa lithium polymer sa pinakamahal mga mobile phone). Sa malalaking vats na naninigarilyo na may mga nakakalason na singaw, ang aluminyo ay nakuha sa pamamagitan ng electrolysis mula sa bauxite na natunaw sa isang malaking temperatura - ang "may pakpak" na metal para sa mga eroplano at lata para sa Fanta. Ang lahat sa paligid - mula sa isang chrome-plated radiator grill ng isang dayuhang kotse hanggang sa isang silver-plated na hikaw sa tainga - ay nakatagpo ng isang solusyon o tinunaw na asin, at samakatuwid ay isang electric current sa mga likido. Hindi nakakagulat na ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay pinag-aralan ng isang buong agham - electrochemistry. Ngunit ngayon kami ay mas interesado pisikal na pundasyon itong kababalaghan.
electric current sa solusyon. mga electrolyte
Mula sa mga aralin ng pisika sa ika-8 baitang, alam natin na ang singil sa mga konduktor (mga metal) ay dinadala ng mga negatibong sisingilin na mga electron.
Ang iniutos na paggalaw ng mga sisingilin na particle ay tinatawag na electric current.
Ngunit kung tipunin natin ang aparato (na may mga graphite electrodes):
pagkatapos ay titiyakin namin na ang ammeter needle ay lumihis - kasalukuyang dumadaloy sa solusyon! Ano ang mga sisingilin na particle sa solusyon?
Noong 1877, ang Swedish scientist na si Svante Arrhenius, na pinag-aaralan ang electrical conductivity ng mga solusyon ng iba't ibang mga sangkap, ay dumating sa konklusyon na ito ay sanhi ng mga ions na nabuo kapag ang asin ay natunaw sa tubig. Kapag natunaw sa tubig, ang molekula ng CuSO 4 ay nabubulok (nagdidissociate) sa dalawang magkaibang singil na mga ion - Cu 2+ at SO 4 2-. Sa simple, ang mga patuloy na proseso ay maipapakita ang sumusunod na pormula:
CuSO 4 ÞCu 2+ +SO 4 2-
Magsagawa ng mga de-kuryenteng kasalukuyang solusyon ng mga asing-gamot, alkalis, mga acid.
Ang mga sangkap na ang mga solusyon ay nagdadala ng kuryente ay tinatawag na electrolytes.
Ang mga solusyon ng asukal, alkohol, glucose at ilang iba pang mga sangkap ay hindi nagsasagawa ng kuryente.
Ang mga sangkap na ang mga solusyon ay hindi nagdadala ng kuryente ay tinatawag na non-electrolytes.
Electrolytic dissociation
Ang proseso kung saan ang isang electrolyte ay nasira sa mga ion ay tinatawag electrolytic dissociation.
S. Arrhenius, na sumunod sa pisikal na teorya ng mga solusyon, ay hindi isinasaalang-alang ang pakikipag-ugnayan ng electrolyte sa tubig at naniniwala na ang mga libreng ion ay naroroon sa mga solusyon. Sa kaibahan sa kanya, inilapat ng mga chemist ng Russia na sina I. A. Kablukov at V. A. Kistyakovsky ang teorya ng kemikal ng D. I. Mendeleev upang ipaliwanag ang electrolytic dissociation at pinatunayan na kapag ang isang electrolyte ay natunaw, pakikipag-ugnayan ng kemikal solute na may tubig, na humahantong sa pagbuo ng mga hydrates, at pagkatapos ay naghihiwalay sila sa mga ion. Naniniwala sila na sa mga solusyon ay walang libre, hindi "hubad" na mga ion, ngunit mga hydrated, iyon ay, "nakasuot ng fur coat" ng mga molekula ng tubig. Samakatuwid, ang dissociation ng mga electrolyte molecule ay nangyayari sa sumusunod na pagkakasunud-sunod:
a) oryentasyon ng mga molekula ng tubig sa paligid ng mga pole ng isang molekula ng electrolyte
b) hydration ng electrolyte molecule
c) ionization nito
d) ang pagkabulok nito sa mga hydrated ions
May kaugnayan sa antas ng electrolytic dissociation, ang mga electrolyte ay nahahati sa malakas at mahina.
- Malakas na electrolytes- yaong, sa paglusaw, halos ganap na maghiwalay.
Ang kanilang halaga ng antas ng dissociation ay may gawi sa pagkakaisa.
- Mahinang electrolytes- yaong, kapag natunaw, halos hindi naghihiwalay. Ang kanilang antas ng dissociation ay may posibilidad na zero.
Mula dito napagpasyahan namin na ang mga carrier ng electric charge (carrier ng electric current) sa mga electrolyte solution ay hindi mga electron, ngunit positibo at negatibong sisingilin. hydrated ions .
Pagdepende sa temperatura ng paglaban ng electrolyte
Kapag tumaas ang temperatura ang proseso ng dissociation ay pinadali, ang kadaliang mapakilos ng mga ions ay nadagdagan at bumababa ang resistensya ng electrolyte .
katod at anode. Cations at anion
Ngunit ano ang nangyayari sa mga ion sa ilalim ng impluwensya ng isang electric current?
Bumalik tayo sa ating device:
Sa solusyon, ang CuSO 4 ay naghiwalay sa mga ion - Cu 2+ at SO 4 2-. positibong sisingilin ang ion Cu2+ (cation) naaakit sa isang negatibong sisingilin na elektrod katod, kung saan natatanggap nito ang mga nawawalang electron at nabawasan sa metal na tanso - isang simpleng sangkap. Kung aalisin mo ang katod mula sa aparato pagkatapos na dumaan sa kasalukuyang solusyon, kung gayon madaling mapansin ang isang pulang-pula na patong - ito ay metal na tanso.
Ang unang batas ni Faraday
Maaari ba nating malaman kung gaano karaming tanso ang inilabas? Sa pamamagitan ng pagtimbang ng katod bago at pagkatapos ng eksperimento, maaaring tumpak na matukoy ng isa ang masa ng idinepositong metal. Ipinapakita ng mga sukat na ang masa ng sangkap na inilabas sa mga electrodes ay nakasalalay sa kasalukuyang lakas at oras ng electrolysis:
kung saan ang K ay ang proportionality factor, na tinatawag ding katumbas ng electrochemical .
Dahil dito, ang masa ng inilabas na sangkap ay direktang proporsyonal sa lakas ng kasalukuyang at ang oras ng electrolysis. Ngunit ang kasalukuyang sa paglipas ng panahon (ayon sa formula):
may bayad.
Kaya, ang masa ng sangkap na inilabas sa elektrod ay proporsyonal sa singil, o ang dami ng kuryente na dumaan sa electrolyte.
M=K´q
Ang batas na ito ay eksperimento na natuklasan noong 1843 ng Ingles na siyentipiko na si Michael Faraday at tinawag ito Ang unang batas ni Faraday .
Ang pangalawang batas ni Faraday
At ano ang katumbas ng electrochemical at saan ito nakasalalay? Ang tanong na ito ay sinagot din ni Michael Faraday.
Batay sa maraming mga eksperimento, dumating siya sa konklusyon na ang halagang ito ay katangian ng bawat sangkap. Kaya, halimbawa, sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng lapis (pilak nitrate AgNO 3), 1 palawit ay naglalabas ng 1.1180 mg ng pilak; eksakto ang parehong dami ng pilak na inilalabas sa panahon ng electrolysis na may singil na 1 palawit ng anumang silver salt. Sa panahon ng electrolysis ng asin ng isa pang metal, ang 1 pendant ay naglalabas ng ibang halaga ng metal na ito. Sa gayon , ang electrochemical equivalent ng isang substance ay ang masa ng substance na ito na inilabas sa panahon ng electrolysis ng 1 coulomb ng kuryente na dumadaloy sa isang solusyon. . Narito ang mga halaga nito para sa ilang mga sangkap:
| sangkap |
K sa mg/k |
|
| Ag (pilak) |
||
| H (hydrogen) |
||
Mula sa talahanayan nakita natin na ang mga katumbas na electrochemical ng iba't ibang mga sangkap ay makabuluhang naiiba sa bawat isa. Sa anong mga katangian ng isang sangkap nakasalalay ang halaga ng katumbas ng electrochemical nito? Ang sagot sa tanong na ito ay Ang pangalawang batas ni Faraday :
Ang electrochemical equivalents ng iba't ibang substance ay proporsyonal sa kanilang atomic weights at inversely proportional sa mga numerong nagpapahayag ng kanilang chemical valency.
n - valence
A - atomic na timbang
- ay tinatawag na kemikal na katumbas ng sangkap na ito
- koepisyent ng proporsyonalidad, na isang unibersal na pare-pareho, iyon ay, mayroon itong parehong halaga para sa lahat ng mga sangkap. Kung susukatin natin ang katumbas ng electrochemical sa g/k, makikita natin na ito ay katumbas ng 1.037'10 -5 g/k.
Ang pagsasama-sama ng una at pangalawang mga batas ng Faraday, nakukuha natin:
Ang formula na ito ay may simple pisikal na kahulugan: Ang F ay katumbas ng numero sa singil na dapat ipasa sa anumang electrolyte upang makapaglabas ng isang substance sa mga electrodes sa halagang katumbas ng isang kemikal na katumbas. Ang F ay tinatawag na numero ng Faraday at ito ay katumbas ng 96400 kg/g.
Isang nunal at ang bilang ng mga molekula sa loob nito. Numero ni Avogadro
Mula sa kursong kimika sa ika-8 baitang, alam natin na upang sukatin ang dami ng mga sangkap na kasangkot mga reaksiyong kemikal, isang espesyal na yunit ang napili - nunal. Upang sukatin ang isang nunal ng isang sangkap, kailangan mong kumuha ng maraming gramo nito, kung ano ang kamag-anak molekular na masa kanyang.
Halimbawa, ang 1 mole ng tubig (H 2 O) ay katumbas ng 18 gramo (1 + 1 + 16 = 18), ang mole ng oxygen (O 2) ay 32 gramo, at ang mole ng bakal (Fe) ay 56 gramo. Ngunit kung ano ang lalong mahalaga para sa amin, ito ay itinatag na ang 1 nunal ng anumang sangkap ay palaging naglalaman ng ang parehong bilang ng mga molekula .
Ang nunal ay ang dami ng substance na naglalaman ng 6 ´ 10 23 molekula ng sangkap na ito.
Bilang parangal sa siyentipikong Italyano na si A. Avogadro, ang bilang na ito ( N) ay tinatawag na pare-pareho ang Avogadro o Numero ni Avogadro .
Mula sa formula 
sumusunod na kung q=F, pagkatapos . Nangangahulugan ito na kapag ang isang singil na katumbas ng 96400 coulomb ay dumaan sa electrolyte, ang mga gramo ng anumang sangkap ay ilalabas. Sa madaling salita, upang palabasin ang isang nunal ng isang monovalent substance, ang isang singil ay dapat dumaloy sa electrolyte q=F mga palawit. Ngunit alam namin na ang anumang nunal ng isang sangkap ay naglalaman ng parehong bilang ng mga molekula nito - N=6x10 23. Ito ay nagpapahintulot sa amin na kalkulahin ang singil ng isang ion ng isang monovalent substance - ang elementarya na electric charge - ang singil ng isang (!) Electron:
Application ng electrolysis
Electrolytic na paraan para sa pagkuha ng mga purong metal (pagpino, pagpino). Electrolysis na sinamahan ng anode dissolution
magandang halimbawa ay ang electrolytic purification (pagpino) ng tanso. Ang tanso na nakuha nang direkta mula sa ore ay inihagis sa anyo ng mga plato at inilagay bilang isang anode sa isang solusyon ng CuSO 4. Sa pamamagitan ng pagpili ng boltahe sa mga electrodes ng paliguan (0.20-0.25V), posible upang matiyak na ang metal na tanso lamang ang inilabas sa katod. Sa kasong ito, ang mga dayuhang impurities ay napupunta sa solusyon (nang walang pag-ulan sa cathode) o nahuhulog sa ilalim ng paliguan sa anyo ng isang namuo ("anode sludge"). Ang mga cation ng anode substance ay pinagsama sa SO 4 2- anion, at ang metal na tanso lamang ang inilabas sa katod sa boltahe na ito. Ang anode, kumbaga, "natutunaw". Ang ganitong paglilinis ay nagbibigay-daan sa pagkamit ng kadalisayan ng 99.99% ("apat na siyam"). Katulad nito (pinipino) dalisayin at mahahalagang metal(gintong Au, pilak Ag).
Sa kasalukuyan, ang lahat ng aluminyo (Al) ay mined electrolytically (mula sa molten bauxite).
Electroplating
Electroplating - ang larangan ng inilapat na electrochemistry, na tumatalakay sa mga proseso ng paglalagay ng mga metal coatings sa ibabaw ng parehong metal at non-metal na mga produkto kapag ang isang direktang electric current ay dumadaan sa mga solusyon ng kanilang mga asing-gamot. Ang electroplating ay nahahati sa electroplating at electroplating .
Sa pamamagitan ng electrolysis, posibleng takpan ang mga bagay na metal sa isang layer ng isa pang metal. Ang prosesong ito ay tinatawag electroplating. Ang partikular na teknikal na kahalagahan ay ang mga coatings na may mga metal na mahirap i-oxidize, sa partikular na nickel at chromium plating, pati na rin ang silver at gold plating, na kadalasang ginagamit upang protektahan ang mga metal mula sa kaagnasan. Upang makuha ang ninanais na mga coatings, ang bagay ay lubusan na nililinis, mahusay na degreased at inilagay bilang isang cathode sa isang electrolytic bath na naglalaman ng asin ng metal kung saan nais nilang takpan ang bagay. Para sa isang mas pare-parehong patong, kapaki-pakinabang na gumamit ng dalawang plato bilang isang anode, na naglalagay ng isang bagay sa pagitan ng mga ito.
Gayundin, sa pamamagitan ng electrolysis, posible hindi lamang upang takpan ang mga bagay na may isang layer ng isa o isa pang metal, ngunit din upang gawin ang kanilang mga kopya ng relief metal (halimbawa, mga barya, mga medalya). Ang prosesong ito ay naimbento ng isang Russian physicist at electrical engineer, isang miyembro ng Russian Academy Mga Agham Boris Semenovich Jacobi (1801-1874) noong ika-apatnapu't siglo ng XIX na siglo at tinawag electroplating . Upang makagawa ng relief copy ng isang bagay, ang isang impresyon ay unang ginawa ng ilang plastik na materyal, tulad ng wax. Ang impression na ito ay pinahiran ng grapayt at inilubog sa isang electrolytic bath bilang isang cathode, kung saan ang isang layer ng metal ay idineposito dito. Ginagamit ito sa industriya ng pag-iimprenta sa paggawa ng mga form sa pag-print.
Bilang karagdagan sa itaas, ang electrolysis ay nakahanap ng aplikasyon sa ibang mga lugar:
Pagkuha ng oxide mga proteksiyon na pelikula sa mga metal (anodizing);
Electrochemical surface treatment ng isang produktong metal (polishing);
Electrochemical coloring ng mga metal (halimbawa, tanso, tanso, zinc, chromium, atbp.);
Ang paglilinis ng tubig ay ang pag-alis ng mga natutunaw na dumi mula dito. Ang resulta ay tinatawag na malambot na tubig (lumalapit sa distilled water sa mga katangian nito);
Electrochemical sharpening ng cutting instruments (eg surgical knives, razors, atbp.).
Listahan ng ginamit na panitikan:
1. Gurevich A. E. “Physics. Electromagnetic Phenomena. Baitang 8, Moscow, Drofa Publishing House. 1999
2. Gabrielyan O. S. “Chemistry. Baitang 8, Moscow, Drofa Publishing House. 1997
3. "Elementary textbook of physics na inedit ng academician G. S. Landsberg - Volume II - kuryente at magnetism." Moscow, Nauka, 1972.
4. Eric M. Rogers. "Physics para sa Inquiring Mind (ang mga pamamaraan, kalikasan at pilosopiya ng pisikal na agham)". "Prinseton University press" 1966. Volume III - kuryente at magnetism. Pagsasalin ng Moscow, "Mir" 1971.
5. A. N. Remizov "Kurso ng Physics, Electronics at Cybernetics para sa Medical Institutes". Moscow," graduate School» 1982 taon.
Mga likido, tulad ng solid na katawan, ay maaaring maging conductor, semiconductors at dielectrics. Sa araling ito, pagtutuunan natin ng pansin ang mga likidong konduktor. At hindi tungkol sa mga likido na may elektronikong kondaktibiti (tunaw na mga metal), ngunit tungkol sa mga likidong conductor ng pangalawang uri (mga solusyon at natutunaw ng mga asing-gamot, acid, base). Ang uri ng conductivity ng naturang conductors ay ionic.
Kahulugan. Ang mga konduktor ng pangalawang uri ay ang mga konduktor kung saan nangyayari ang mga kemikal na proseso kapag dumadaloy ang kasalukuyang.
Para sa isang mas mahusay na pag-unawa sa proseso ng kasalukuyang pagpapadaloy sa mga likido, ang sumusunod na eksperimento ay maaaring iharap: Dalawang electrodes na konektado sa isang kasalukuyang pinagmumulan ay inilagay sa isang paliguan ng tubig, ang isang ilaw na bombilya ay maaaring kunin bilang isang kasalukuyang tagapagpahiwatig sa circuit. Kung isasara mo ang naturang circuit, ang lampara ay hindi masusunog, na nangangahulugang walang kasalukuyang, na nangangahulugang mayroong pahinga sa circuit, at ang tubig mismo ay hindi nagsasagawa ng kasalukuyang. Ngunit kung maglagay ka ng isang tiyak na halaga ng asin sa banyo at ulitin ang circuit, ang ilaw ay bubukas. Nangangahulugan ito na ang mga carrier ng libreng bayad ay nagsimulang lumipat sa paliguan sa pagitan ng katod at anode, kasong ito mga ion (Larawan 1).
kanin. 1. Scheme ng karanasan
Conductivity ng electrolytes
Saan nanggagaling ang mga libreng singil sa pangalawang kaso? Tulad ng nabanggit sa isa sa mga nakaraang aralin, ang ilang mga dielectric ay polar. Ang tubig ay may parehong polar molecules (Fig. 2).
kanin. 2. Polarity ng molekula ng tubig
Kapag ang asin ay idinagdag sa tubig, ang mga molekula ng tubig ay nakatuon sa paraang ang kanilang mga negatibong pole ay malapit sa sodium, positibo - malapit sa murang luntian. Bilang resulta ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga singil, ang mga molekula ng tubig ay naghahati sa mga molekula ng asin sa mga pares ng magkasalungat na ion. Ang sodium ion ay may positibong singil, ang chlorine ion ay may negatibong singil (Larawan 3). Ito ang mga ions na ito na lilipat sa pagitan ng mga electrodes sa ilalim ng pagkilos ng electric field.
kanin. 3. Scheme ng pagbuo ng mga libreng ions
Kapag ang mga sodium ions ay lumalapit sa katod, natatanggap nito ang mga nawawalang electron nito, habang ang mga chloride ions ay bumibigay sa kanila kapag naabot nila ang anode.
Electrolysis
Dahil ang daloy ng kasalukuyang sa mga likido ay nauugnay sa paglipat ng bagay, na may tulad na kasalukuyang, ang proseso ng electrolysis ay nagaganap.
Kahulugan. Ang electrolysis ay isang proseso na nauugnay sa redox reactions kung saan ang isang substance ay inilabas sa mga electrodes.
Ang mga sangkap na, bilang resulta ng naturang paghahati, ay nagbibigay ng ionic conductivity ay tinatawag na electrolytes. Ang pangalang ito ay iminungkahi ng Ingles na physicist na si Michael Faraday (Larawan 4).
Ginagawang posible ng electrolysis na makakuha ng mga sangkap sa isang sapat na dalisay na anyo mula sa mga solusyon, samakatuwid ito ay ginagamit upang makakuha ng mga bihirang materyales, tulad ng sodium, calcium ... sa dalisay nitong anyo. Ito ang tinatawag na electrolytic metalurgy.
Mga batas ni Faraday
Sa unang gawain sa electrolysis noong 1833, ipinakita ni Faraday ang kanyang dalawang batas ng electrolysis. Sa una, ito ay tungkol sa masa ng sangkap na inilabas sa mga electrodes:
Ang unang batas ni Faraday ay nagsasaad na ang masa na ito ay proporsyonal sa singil na dumaan sa electrolyte:
Dito ang papel ng koepisyent ng proporsyonalidad ay nilalaro ng dami - ang katumbas ng electrochemical. Ito ay isang tabular na halaga na natatangi para sa bawat electrolyte at ito pangunahing katangian. Sukat ng katumbas ng electrochemical:
Ang pisikal na kahulugan ng katumbas ng electrochemical ay ang masa na inilabas sa elektrod kapag ang dami ng kuryente sa 1 C ay dumaan sa electrolyte.
Kung naaalala mo ang mga formula mula sa paksa ng direktang kasalukuyang:
Pagkatapos ay maaari nating katawanin ang unang batas ni Faraday sa anyo:
Ang pangalawang batas ng Faraday ay direktang may kinalaman sa pagsukat ng katumbas ng electrochemical sa pamamagitan ng iba pang mga constant para sa isang partikular na electrolyte:
dito: - molar mass electrolyte; - bayad sa elementarya; - electrolyte valence; ay ang numero ni Avogadro.
Ang halaga ay tinatawag na katumbas ng kemikal ng electrolyte. Iyon ay, upang malaman ang katumbas ng electrochemical, sapat na upang malaman ang katumbas ng kemikal, ang natitirang mga bahagi ng formula ay mga constant ng mundo.
Batay sa ikalawang batas ni Faraday, ang unang batas ay maaaring katawanin bilang:
Iminungkahi ni Faraday ang terminolohiya ng mga ion na ito batay sa elektrod kung saan sila gumagalaw. Ang mga positibong ion ay tinatawag na mga cation dahil lumilipat sila patungo sa negatibong sisingilin na katod, ang mga negatibong singil ay tinatawag na mga anion habang lumilipat sila patungo sa anode.
Ang pagkilos sa itaas ng tubig upang masira ang isang molekula sa dalawang ions ay tinatawag na electrolytic dissociation.
Bilang karagdagan sa mga solusyon, ang mga natutunaw ay maaari ding maging conductor ng pangalawang uri. Sa kasong ito, ang pagkakaroon ng mga libreng ions ay nakamit sa pamamagitan ng katotohanan na ang napaka-aktibong paggalaw ng molekular at panginginig ng boses ay nagsisimula sa isang mataas na temperatura, bilang isang resulta kung saan ang mga molekula ay nasira sa mga ion.
Praktikal na aplikasyon ng electrolysis
Una praktikal na gamit Ang electrolysis ay naganap noong 1838 ng Russian scientist na si Jacobi. Sa tulong ng electrolysis, nakatanggap siya ng impresyon ng mga figure para sa St. Isaac's Cathedral. Ang application na ito ng electrolysis ay tinatawag na electroplating. Ang isa pang lugar ng aplikasyon ay electroplating - sumasaklaw sa isang metal sa isa pa (chrome plating, nickel plating, gilding, atbp., Fig. 5)
- Fatyf.narod.ru ().
- ChemiK ().
- Ens.tpu.ru ().
Takdang aralin
- Ano ang electrolytes?
- Ano ang dalawang pangunahing iba't ibang uri mga likido kung saan maaaring dumaloy ang isang electric current?
- Ano ang mga posibleng mekanismo para sa pagbuo ng mga free charge carrier?
- *Bakit proporsyonal ang masa na inilabas sa electrode sa singil?
Agos ng kuryente sa mga gas
Mga tagadala ng singil: mga electron, mga positibong ion, mga negatibong ion.
Ang mga carrier ng singil ay lumitaw sa gas bilang isang resulta ng ionization: dahil sa pag-iilaw ng gas, o mga banggaan ng pinainit na mga particle ng gas sa bawat isa.
Ionization sa pamamagitan ng epekto ng elektron.
A_(mga patlang)=eEl
e=1.6\cdot 10^(19)Cl ;
E - direksyon ng field;
Ang l ay ang ibig sabihin ng libreng landas sa pagitan ng dalawang magkasunod na banggaan ng isang elektron na may mga atomo ng gas.
A_(fields)=eEl\geq W - kundisyon ng ionization
W ay ang ionization energy, i.e. ang enerhiya na kinakailangan upang hilahin ang isang elektron mula sa isang atom
Ang bilang ng mga electron ay tumataas geometric na pag-unlad, na nagreresulta sa isang electron avalanche, at samakatuwid ay isang paglabas sa gas.
Agos ng kuryente sa likido
Ang mga likido, tulad ng mga solido, ay maaaring mga dielectric, conductor, at semiconductors. Kasama sa mga dielectric ang distilled water, ang mga conductor ay kinabibilangan ng mga electrolyte solution: acids, alkalis, salts at metal melts. Ang mga likidong semiconductor ay tinunaw na siliniyum, natutunaw ng sulfide.
Electrolytic dissociation
Kapag ang mga electrolyte ay natunaw sa ilalim ng impluwensya ng electric field ng polar water molecules, ang mga electrolyte molecule ay nabubulok sa mga ions. Halimbawa, CuSO_(4)\rightarrow Cu^(2+)+SO^(2-)_(4).
Kasama ng dissociation, mayroong isang baligtad na proseso - recombination , ibig sabihin. pagsasamahan ng mga ion ng magkasalungat na mga palatandaan sa mga neutral na molekula.
Ang mga carrier ng kuryente sa mga solusyon sa electrolyte ay mga ion. Ang pagpapadaloy na ito ay tinatawag ionic .
Electrolysis
Kung ang mga electrodes ay inilagay sa isang paliguan na may isang electrolyte solution at ang isang kasalukuyang ay naka-on, pagkatapos ay ang mga negatibong ion ay lilipat sa positibong elektrod, at ang mga positibong ion sa negatibong isa.
Sa anode (positibong elektrod), ang mga negatibong sisingilin na mga ion ay nag-aabuloy ng mga karagdagang electron (reaksyon ng oxidative), at sa katod (negatibong elektrod), ang mga positibong ion ay tumatanggap ng mga nawawalang electron (reduction ng pagbabawas).
Kahulugan. Ang proseso ng paglabas ng mga sangkap sa mga electrodes na nauugnay sa mga reaksyon ng redox ay tinatawag na electrolysis.
Mga batas ni Faraday
ako. Ang masa ng sangkap na inilabas sa elektrod ay direktang proporsyonal sa singil na dumaloy sa electrolyte:
m=kq
k ay ang electrochemical equivalent ng isang substance.
q=I\Delta t , pagkatapos
m=kI\Delta t
k=\frac(1)(F)\frac(\mu)(n)
\frac(\mu)(n) - katumbas ng kemikal ng isang substance;
\mu - molar mass;
n - lakas ng loob
Ang electrochemical equivalents ng mga substance ay proporsyonal sa chemical equivalents.
F - pare-pareho ng Faraday;
Ang lahat ay pamilyar sa kahulugan ng electric current. Ito ay kinakatawan bilang isang nakadirekta na paggalaw ng mga sisingilin na particle. Ang ganitong paggalaw sa iba't ibang kapaligiran may mga pangunahing pagkakaiba. Bilang isang pangunahing halimbawa ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, maiisip ng isa ang daloy at pagpapalaganap ng electric current sa mga likido. Ang ganitong mga phenomena ay nailalarawan sa pamamagitan ng iba't ibang mga katangian at sineseryoso na naiiba mula sa iniutos na paggalaw ng mga sisingilin na mga particle, na nangyayari sa ilalim ng normal na mga kondisyon na hindi sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang mga likido.
Figure 1. Electric current sa mga likido. May-akda24 - online na pagpapalitan ng mga papeles ng mag-aaral
Ang pagbuo ng electric current sa mga likido
Sa kabila ng katotohanan na ang proseso ng pagpapadaloy ng electric current ay isinasagawa sa pamamagitan ng mga metal na aparato (konduktor), ang kasalukuyang sa mga likido ay nakasalalay sa paggalaw ng mga sisingilin na ion na nakuha o nawala ang naturang mga atomo at molekula para sa ilang partikular na dahilan. Ang isang tagapagpahiwatig ng naturang paggalaw ay isang pagbabago sa mga katangian ng isang tiyak na sangkap, kung saan pumasa ang mga ion. Kaya, kinakailangan na umasa sa pangunahing kahulugan ng electric current upang makabuo ng isang tiyak na konsepto ng pagbuo ng kasalukuyang sa iba't ibang mga likido. Natukoy na ang agnas ng mga negatibong sisingilin na mga ion ay nag-aambag sa paggalaw sa rehiyon ng kasalukuyang pinagmulan na may mga positibong halaga. Ang mga positibong sisingilin na ion sa naturang mga proseso ay lilipat sa kabaligtaran na direksyon - sa isang negatibong kasalukuyang pinagmumulan.
Ang mga konduktor ng likido ay nahahati sa tatlong pangunahing uri:
- semiconductor;
- dielectrics;
- mga konduktor.
Kahulugan 1
Ang electrolytic dissociation ay ang proseso ng agnas ng mga molekula ng isang tiyak na solusyon sa negatibo at positibong sisingilin na mga ion.
Maaari itong maitatag na ang isang electric current sa mga likido ay maaaring mangyari pagkatapos ng pagbabago sa komposisyon at katangian ng kemikal mga likidong ginamit. Ito ay ganap na sumasalungat sa teorya ng pagpapalaganap ng electric current sa ibang mga paraan kapag gumagamit ng isang conventional metal conductor.
Mga eksperimento at electrolysis ni Faraday
Ang daloy ng electric current sa mga likido ay isang produkto ng paggalaw ng mga sisingilin na ion. Ang mga problema na nauugnay sa paglitaw at pagpapalaganap ng electric current sa mga likido ay humantong sa pag-aaral ng sikat na siyentipiko na si Michael Faraday. Sa tulong ng maraming praktikal na pag-aaral, nakahanap siya ng katibayan na ang masa ng isang sangkap na inilabas sa panahon ng electrolysis ay nakasalalay sa dami ng oras at kuryente. Sa kasong ito, ang oras kung kailan isinagawa ang mga eksperimento ay mahalaga.
Nalaman din ng siyentipiko na sa proseso ng electrolysis, kapag ang isang tiyak na halaga ng isang sangkap ay inilabas, ang parehong halaga ay kinakailangan. mga singil sa kuryente. Ang dami na ito ay tumpak na naitatag at naayos sa isang palaging halaga, na tinatawag na numero ng Faraday.
Sa mga likido, ang electric current ay may iba't ibang kondisyon ng pagpapalaganap. Nakikipag-ugnayan ito sa mga molekula ng tubig. Sila ay makabuluhang humahadlang sa lahat ng paggalaw ng mga ions, na hindi naobserbahan sa mga eksperimento gamit ang isang maginoo na konduktor ng metal. Ito ay sumusunod mula dito na ang henerasyon ng kasalukuyang sa panahon ng mga electrolytic reactions ay hindi magiging napakalaki. Gayunpaman, habang tumataas ang temperatura ng solusyon, unti-unting tumataas ang conductivity. Nangangahulugan ito na ang boltahe ng electric current ay tumataas. Gayundin sa proseso ng electrolysis, naobserbahan na ang posibilidad ng isang partikular na molekula na mabulok sa negatibo o positibong mga singil ng ion ay tumataas dahil sa malaking bilang ng mga molekula ng sangkap o solvent na ginamit. Kapag ang solusyon ay puspos ng mga ions na labis sa isang tiyak na pamantayan, ang reverse na proseso ay nangyayari. Ang kondaktibiti ng solusyon ay nagsisimulang bumaba muli.
Sa kasalukuyan, natagpuan ng proseso ng electrolysis ang aplikasyon nito sa maraming larangan at larangan ng agham at sa produksyon. Ginagamit ito ng mga pang-industriya na negosyo sa paggawa o pagproseso ng metal. Ang mga reaksiyong electrochemical ay kasangkot sa:
- asin electrolysis;
- electroplating;
- ibabaw buli;
- iba pang mga proseso ng redox.
Agos ng kuryente sa vacuum at likido
Ang pagpapalaganap ng electric current sa mga likido at iba pang media ay isang medyo kumplikadong proseso na may sariling mga katangian, tampok at katangian. Ang katotohanan ay sa naturang media ay ganap na walang mga singil sa mga katawan, samakatuwid sila ay karaniwang tinatawag na dielectrics. Ang pangunahing layunin ng pananaliksik ay upang lumikha ng mga kondisyon kung saan ang mga atomo at molekula ay maaaring magsimulang gumalaw at ang proseso ng pagbuo ng isang electric current ay nagsimula. Para dito, kaugalian na gumamit ng mga espesyal na mekanismo o aparato. Ang pangunahing elemento ng naturang modular device ay mga conductor sa anyo ng mga metal plate.
Upang matukoy ang pangunahing mga parameter ng kasalukuyang, kinakailangan na gumamit ng mga kilalang teorya at formula. Ang pinakakaraniwan ay ang batas ng Ohm. Ito ay gumaganap bilang isang unibersal na katangian ng ampere, kung saan ipinatupad ang prinsipyo ng kasalukuyang-boltahe na pag-asa. Alalahanin na ang boltahe ay sinusukat sa yunit ng ampere.
Para sa mga eksperimento sa tubig at asin, kinakailangan upang maghanda ng isang sisidlan na may tubig na asin. Magbibigay ito ng praktikal at visual na ideya ng mga prosesong nagaganap kapag ang isang electric current ay nabuo sa mga likido. Gayundin, ang pag-install ay dapat maglaman ng mga rectangular electrodes at power supply. Para sa ganap na paghahanda para sa mga eksperimento, kailangan mong magkaroon ng pag-install ng ampere. Makakatulong ito sa pagsasagawa ng enerhiya mula sa power supply hanggang sa mga electrodes.
Ang mga metal plate ay magsisilbing conductor. Ang mga ito ay inilubog sa likidong ginamit, at pagkatapos ay konektado ang boltahe. Ang paggalaw ng mga particle ay nagsisimula kaagad. Ito ay tumatakbo nang random. Kailan magnetic field sa pagitan ng mga konduktor, ang lahat ng mga proseso ng paggalaw ng butil ay iniutos.
Ang mga ion ay nagsisimulang magbago ng mga singil at magsama-sama. Kaya ang mga cathode ay nagiging anodes at ang mga anode ay nagiging mga cathodes. Sa prosesong ito, mayroon ding ilang iba pang mahahalagang salik na dapat isaalang-alang:
- antas ng dissociation;
- temperatura;
- paglaban sa kuryente;
- paggamit ng alternating o direktang kasalukuyang.
Sa pagtatapos ng eksperimento, isang layer ng asin ang nabuo sa mga plato.
Tubig bilang isang unibersal na solvent.. Mga solusyon sa tubig.. Electrolytic dissociation.. Electrolyte.. Mahina at malakas na electrolytes.. Mga carrier ng electric charges sa mga likido.. Positive at negative ions.. Electrolysis.. Natutunaw.. Nature ng electric current sa natutunaw..
Ang isa sa mga kondisyon para sa paglitaw ng isang electric current ay ang pagkakaroon ng mga libreng singil na may kakayahang lumipat sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field. Napag-usapan namin ang tungkol sa likas na katangian ng electric current sa mga metal at.
Sa araling ito, susubukan nating malaman anong mga particle ang nagdadala ng electric charge sa mga likido at natutunaw.
Tubig bilang isang unibersal na solvent
Tulad ng alam natin, ang distilled water ay hindi naglalaman ng mga carrier ng singil at samakatuwid ay hindi nagsasagawa ng electric current, iyon ay, ito ay isang dielectric. Gayunpaman, ang pagkakaroon ng anumang mga impurities ay gumagawa na ng tubig na isang medyo magandang conductor.
Ang tubig ay may kahanga-hangang kakayahan upang matunaw ang halos lahat ng bagay sa sarili nito. mga elemento ng kemikal. Kapag ang iba't ibang mga sangkap (mga acid, alkali, base, asin, atbp.) ay natunaw sa tubig, ang solusyon ay nagiging konduktor dahil sa pagkasira ng mga molekula ng sangkap sa mga ion. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na electrolytic dissociation, at ang solusyon mismo ay isang electrolyte na may kakayahang magsagawa ng electric current. Ang lahat ng mga palanggana ng tubig sa Earth ay, sa mas malaki o mas maliit na lawak, mga natural na electrolyte.
Ang karagatan ng daigdig ay isang solusyon ng mga ion ng halos lahat ng elemento ng periodic table.
Ang gastric juice, dugo, lymph, lahat ng likido sa katawan ng tao ay mga electrolyte. Ang lahat ng mga hayop at halaman ay pangunahing binubuo din ng mga electrolyte.
Ayon sa antas ng dissociation, mayroong mahina at malakas na electrolytes. Ang tubig ay nabibilang sa mahinang electrolytes, at karamihan sa mga inorganikong acid ay nabibilang sa malakas na electrolytes. Ang mga electrolyte ay tinatawag ding mga conductor ng pangalawang uri.
Mga tagapagdala ng mga singil sa kuryente sa isang likido
Kapag natunaw sa tubig (o iba pang likido) ng iba't ibang mga sangkap, nabubulok sila sa mga ion.
Halimbawa, ang karaniwang table salt NaCl (sodium chloride) sa tubig ay naghihiwalay sa positive sodium ions (Na +) at negative chloride ions (Cl -). Kung ang dalawang pole sa nagresultang electrolyte ay nasa magkaibang potensyal, ang mga negatibong ion ay naaanod patungo sa positibong poste habang ang mga positibong ion ay naaanod patungo sa negatibong poste.
Kaya, ang electric current sa isang likido ay binubuo ng mga daloy ng positibo at negatibong mga ion na nakadirekta sa isa't isa.
Habang ang ganap na dalisay na tubig ay isang insulator, tubig na naglalaman ng kahit na maliliit na dumi (natural o ipinakilala mula sa labas) ionized substance, ay isang conductor ng electric current.
Electrolysis
Dahil ang mga positibo at negatibong ion ng solute ay naaanod sa iba't ibang direksyon sa ilalim ng impluwensya ng electric field, ang sangkap ay unti-unting naghihiwalay sa dalawang bahagi.
Ang paghihiwalay ng bagay na ito sa mga bumubuo nitong elemento ay tinatawag na electrolysis.
Ang mga electrolyte ay ginagamit sa electrochemistry, sa mga kasalukuyang pinagmumulan ng kemikal ( galvanic cells at mga baterya), sa mga proseso ng produksyon ng electroplating at iba pang mga teknolohiya batay sa paggalaw ng mga singil sa kuryente sa mga likido sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field.
natutunaw
Ang paghihiwalay ng isang sangkap ay posible nang walang paglahok ng tubig. Sapat na upang matunaw ang mga kristal komposisyong kemikal mga sangkap at matunaw. Ang mga natutunaw na bagay, tulad ng mga may tubig na electrolyte, ay mga conductor ng pangalawang uri, at samakatuwid ay maaari silang tawaging electrolytes. Ang electric current sa mga natutunaw ay may parehong likas na katangian tulad ng kasalukuyang sa aqueous electrolytes - ito ay mga counter flow ng positive at negative ions.
Gamit ang mga natutunaw, sa metalurhiya, ang aluminyo ay nakuha nang electrolytically mula sa alumina. Ang isang electric current ay dumaan sa aluminum oxide at sa panahon ng electrolysis, ang purong aluminyo ay naipon sa isa sa mga electrodes (cathode). Ito ay isang napaka-enerhiya na proseso, na, sa mga tuntunin ng pagkonsumo ng enerhiya, ay kahawig ng pagkabulok ng tubig sa hydrogen at oxygen gamit ang electric current.
Sa tindahan ng aluminyo electrolysis