Меню

Какими носителями эл заряда создается электрический ток в растворах или расплавах электролитов

§ 3.4. Электрический ток в растворах и расплавах электролитов

Соединим последовательно источник тока, электрическую лампочку и два электрода (две пластинки). Электроды разъединены (цепь не замкнута), поэтому, естественно, лампочка не горит. Опустим теперь электроды в сосуд с дистиллированной водой. Лампочка также не горит. Значит, дистиллированная вода не является проводником электрического тока.

Вынем электроды из воды и поставим их на лист бумаги, на который насыпана поваренная соль NaCl. Лампочка и теперь не горит. Следовательно, и сухая соль не является проводником электрического тока. Наконец, еще раз опустим в дистиллированную воду электроды с прилипшей к ним солью. Мы увидим, что лампочка загорелась, что свидетельствует о появлении электрического тока.

Таким образом, хотя в отдельности дистиллированная вода и соль не являются проводниками, раствор соли в воде является хорошим проводником электрического тока. То же можно сказать (и на опыте в этом убедиться) о водных растворах кислот и щелочей.

Электролитическая диссоциация

Заряженные частицы, обеспечивающие электрический ток в этих растворах, образуются в результате электролитической диссоциации. Из-за взаимодействия с полярными молекулами воды молекулы растворяемых веществ распадаются на разноименно заряженные «осколки» — ионы. Положительно заряженными оказываются ионы металлов и водорода, а отрицательно заряженными — кислотные остатки и гидроксильная группа (ОН).

Рассмотрим этот процесс подробнее на примере бромида калия КВг.

Взаимодействие атомов брома и калия в молекуле бромида калия упрощенно можно представить как взаимодействие двух ионов: положительно заряженного иона К + и отрицательно заряженного иона Вг — . Объясняется это тем, что единственный валентный электрон у калия слабо связан с атомом. При образовании молекулы КВг этот электрон переходит к атому брома, превращая его в отрицательный ион Вг — . В соответствии с этим молекулу КВг можно схематически изобразить в виде диполя (рис. 3.4).

При растворении соли бромида калия в воде молекулы КВг попадают в окружение молекул воды, которые тоже являются диполями. В электрическом поле, создаваемом молекулой КВг, молекулы воды ориентируются, как показано на рисунке 3.5. При этом они растягивают молекулу КВг настолько, что незначительная встряска при столкновении с другими молекулами, участвующими в тепловом движении, разрушает ее. Часть молекул КВг распадается — диссоциирует на ионы К + и Вг — .

Степень диссоциации, т. е. доля молекул растворенного вещества, которые распадаются на ионы, зависит от температуры, концентрации раствора и диэлектрической проницаемости ε растворителя. С увеличением температуры степень диссоциации возрастает и, следовательно, увеличивается концентрация положительно и отрицательно заряженных ионов.

Наряду с процессом диссоциации в растворах электролитов происходит и обратный процесс. Ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы — рекомбинировать (воссоединяться). При неизменных условиях в растворе устанавливается динамическое равновесие, при котором число молекул, распадающихся за секунду на ионы, равно числу пар ионов, которые за то же время вновь воссоединяются в нейтральные молекулы. При наступлении динамического равновесия концентрация ионов в растворе электролита сохраняется постоянной (при неизменной температуре).

Ионная проводимость растворов и расплавов электролитов

При отсутствии внешнего электрического поля ионы вместе с нераспавшимися молекулами находятся в хаотическом тепловом движении.

Если сосуд с раствором электролита включить в электрическую цепь, то между электродами образуется электрическое поле и ионы в растворе придут в упорядоченное движение (рис. 3.6). Положительно заряженные ионы станут двигаться по направлению напряженности поля, т. е. к катоду (электроду, соединенному с отрицательным полюсом источника тока), а отрицательно заряженные ионы — в противоположном направлении, т. е. к аноду (электроду, соединенному с положительным полюсом источника тока).

Отрицательные ионы, пришедшие к аноду и называемые поэтому анионами, отдают свои лишние электроны аноду, а посредством его и соединительных проводников — положительному полюсу источника, возмещая на нем недостаток электронов. Положительные ионы, пришедшие к катоду и потому называемые катионами, получают недостающие им электроны из избытка их на катоде. Так устанавливается во внешней цепи перемещение электронов от отрицательного полюса источника тока к положительному. При этом через раствор электролита заряд переносится вместе с частицами вещества — ионами. Такую проводимость называют ионной. В расплавах электролитов проводимость также ионная, так как при плавлении твердых электролитов их молекулы распадаются на положительные и отрицательные ионы. Жидкие же металлы обладают электронной проводимостью.

Читайте также:  Рассчитать силу тока законы кирхгофа

Электролиз

При прохождении электрического тока через г раствор электролита анионы отдают свои лишние электроны на аноде (в химии это называется окислительной реакцией), а катионы на катоде получают недостающие электроны (восстановительная реакция). Таким образом, на электродах при прохождении через раствор электрического тока происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов.

Процесс выделения на электродах вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями, называют электролизом.

В ряде случаев нейтрализуемые на электродах ионы вступают в химические реакции с растворителем, растворенными веществами или с веществом электродов. Эти реакции называют вторичными.

Так, например, при электролизе раствора медного купороса (CuSO4) на катоде выделяется медь, а на аноде — кислотный остаток SO4, который вступает в реакцию с веществом анода — медью;

Благодаря этой реакции концентрация раствора медного купороса остается неизменной. Происходит лишь перенос меди с анода на катод, пока анод полностью не израсходуется.

В случае платинового анода при электролизе раствора медного купороса происходит реакция с растворителем:

Молекулы серной кислоты попадают в раствор, а молекулярный кислород выделяется в виде пузырьков.

Закон Ома

Для растворов электролитов справедлив закон Ома. Это утверждение можно обосновать подобно тому, как это было сделано в предыдущем параграфе для металлических проводников.

При постоянной температуре графиком, выражающим зависимость силы тока от напряжения (вольт-амперная характеристика) для растворов электролитов, является, как и для металлического проводника, прямая линия. Однако эта прямая не проходит через начало координат, а «сдвинута» вправо (рис. 3.7).

Это объясняется тем, что при электролизе происходит поляризация электродов, погруженных в раствор электролита (см. § 2,12), причем ЭДС поляризации в имеет знак, противоположный знаку напряжения U на электродах. На рисунке 3.7 отрезок ОА соответствует ЭДС поляризации.

В растворах и расплавах электролитов свободные электрические заряды появляются за счет распада на ионы нейтральных молекул. Движение ионов в поле означает перенос вещества.

Источник



Электрический Ток в Растворах и Расплавах Электролитов

Электрический Ток в Растворах и Расплавах Электролитов

Растворы солей, кислот и оснований называются электролитами . Химически чистая вода почти не проводит электрического тока, но если растворить в воде какую-нибудь соль, например медный купорос, то ток через нее пойдет. При протекании электрического тока через раствор электролитов вместе с зарядом всегда переносится вещество (это явление называется электролизом). Отсюда следует, что носителями тока в этих проводниках являются ионы.

Электрической диссоциацией называется расщепление в воде солей, кислот и щелочей на положительные и отрицательные ионы. Растворы электролитов всегда содержат некоторое число ионов: катионов (положительных ионов) и анионов (отрицательных ионов). Пока электрическое поле отсутствует, ионы совершают только беспорядочное тепловое движение. Но в электрическом поле ионы, подобно электронам в металлах, начинают дрейфовать в направлении действующей на них силы: катионы — к катоду, анионы — к аноду.

Электрический ток в растворах (или расплавах) электролитов представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Опыт показывает, что сила тока при постоянном сопротивлении электролитов линейно зависит от напряжения, т. е. для растворов электролитов справедлив закон Ома.

Электронная теория позволяет рассчитать массу вещества, выделившегося на электродах при электролизе. Она равна массе одного иона m 0 , умноженной на число ионов N, которые осели на электродах. Масса одного

Читайте также:  Однофазные обмотки машин переменного тока

elektricheskiiy_tok_v_rastvorah_i_rasplavah_elektrolitov_renamed_19111.jpg

Величины N A и е являются универсальными постоянными, а М и z постоянны для данного вещества. Поэтому выражение

elektricheskiiy_tok_v_rastvorah_i_rasplavah_elektrolitov_renamed_32492.jpg— величина, постоянная для данного вещества.

Масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду, прошедшему через раствор (или пропорциональна силе тока и времени). Эта зависимость носит название закона Фарадея.

elektricheskiiy_tok_v_rastvorah_i_rasplavah_elektrolitov_renamed_21060.jpg

Коэффициент k называется электрохимическим эквивалентом данного вещества. Он выражается в килограммах на кулон (кг/Кл).

Закон Фарадея позволяет определить заряд одновалентного иона:

elektricheskiiy_tok_v_rastvorah_i_rasplavah_elektrolitov.jpg

Электролиз получил широкое применение в технике:

  • получение щелочных и щелочноземельных металлов (алюминия, магния, бериллия и др.);
  • покрытие трудно окисляемыми металлами деталей для предохранения их от коррозии;
  • гальванопластика — изготовление рельефных металлических копий предметов и др.

Источник

Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Законы электролиза. Определение заряда электрона

Растворы солей, кислот и оснований называются электролитами. Химически чистая вода почти не проводит электрического тока, но если растворить в воде какую-нибудь соль, например медный купорос, то ток через нее пойдет. При протекании электрического тока через раствор электролитов вместе с зарядом всегда переносится вещество (это явление называется электролизом). Отсюда следует, что носителями тока в этих проводниках являются ионы.

Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.

Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорционально эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

Законы Фарадея можно записать в виде следующей формулы:

  • m — масса осаждённого на электроде вещества в граммах
  • Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество
  • F = 96,485 C mol −1 — постоянная Фарадея
  • M — молярная масса вещества
  • z — валентное число ионов вещества (число электронов на один ион).

Электро́н— стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица.

кг [1] — масса электрона.

Кл [1] — заряд электрона.

Кл/кг [1] — удельный заряд электрона.

Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 127 | Нарушение авторских прав

Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Открыт Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом, каждый из которых впоследствии был награжден Нобелевской премией. Они обнаружили его экспериментальным путём и опубликовали в 1903 году в работах «Сравнительное изучение радиоактивности радия и тория» [1] и «Радиоактивное превращение» [2] , сформулировав следующим образом [3] :

Во всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он образовался, было обнаружено, что активность при всех исследованиях уменьшается со временем по закону геометрической прогрессии.

из чего с помощью теоремы Бернулли учёные сделали вывод [источник не указан 1591 день] :

Скорость превращения всё время пропорциональна количеству систем, еще не подвергнувшихся превращению.

Существует несколько формулировок закона, например, в виде дифференциального уравнения:

которое означает, что число распадов −dN, произошедшее за короткий интервал времени dt, пропорционально числу атомов N в образце.

БИЛЕТ 24 вопрос 1

Магнитное поле

Проводники с током действуют друг на друга посредством магнитных сил. Магнитная сила проявляется также в опытах с магнитной стрелкой. Опыт показывает, что движущиеся электрические заряды (токи) создаютмагнитное поле.

Рис. 1. Магнитное взаимодействие проводников с током

Магнитное поле действует на находящийся в нем проводник с током. Характеристика магнитного поля, определяющая силу действия магнитного поля, называется магнитной индукцией Единицей магнитной индукции в СИ является тесла (Тл).

Читайте также:  Акб самым высоким пусковым током

Магнитная индукция – это векторная величина. Направление магнитной индукции поля, создаваемого током, можно определить по правилу буравчика: направление вращения рукоятки буравчика при его движении вдоль тока указывает направление вектора Графически направление магнитной индукции часто указывается магнитными линиями: направление магнитной линии в каждой точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции в этой точке. В отличие от силовых линий электрического поля линии магнитной индукции замкнуты или уходят в бесконечность; это связано с тем, что магнитных зарядов не существует, а само магнитное поле – вихревое по природе. Магнитное поле не обладает свойством консервативности.

Рис. 2. Силовые линии полосового магнита

Сила, действующая со стороны магнитного поля на элемент проводника длиной l с током I, определяется законом Ампера:

F = IBl sin α,

где α – угол между направлениями тока и магнитной индукции.

Рис. 3. Правило левой руки

Ее направление можно определить по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление действия силы.

Магнитное поле действует не только на проводники с током, но и на отдельные движущиеся электрические заряды. Силу, действующую на движущиеся заряды в магнитном поле, называют силой Лоренца:

F = qυB sin α.

Здесь υ – скорость заряда q, α – угол между направлением движения заряда и магнитной индукцией. Направление силы Лоренца, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки. При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает, так как она всегда направлена перпендикулярно скорости заряженной частицы.

Рис. 4. Сила Лоренца

В однородном магнитном поле частица будет двигаться по спирали, ось которой совпадает с направлением магнитной индукции. Радиус спирали будет равен:

где m и q – масса частицы и ее заряд, – составляющая скорости, перпендикулярная магнитной индукции Период обращения равен Шаг спирали равен где – составляющая, параллельная магнитной индукции.

Рис. 5. Движение частицы в однородном магнитном поле

Магнитная индукция в веществе отличается по модулю от магнитной индукции в вакууме

Коэффициент пропорциональности называется магнитной проницаемостью. Магнитные свойства вещества определяются, в основном, электронами, входящими в состав атомов. По величине μ все веществе делятся на диамагнетики (μ 1) и ферромагнетики (μ >> 1). Последние при температуре выше TК (точка Кюри) переходят в парамагнетики.

Источник

Физика. 10 класс

Носители заряда в электролитах

Какими носителями заряда создаётся электрический ток в растворах и расплавах электролитов? Выберите один вариант ответа.

электронами и дырками

электронами и ионами

Электрический ток в электролитах

Заполните пропуски в тексте. Для этого наберите пропущенные слова на клавиатуре компьютера.

Масса вещества, выделившегося на за время t при прохождении электрического тока, пропорциональна и .

Электрический ток в проводниках, электролитах и полупроводниках

Установите соответствие между средой и носителем заряда.

Электроны и дырки

Электрический ток в электролитах

Выделите мышкой 6 слов, которые относятся к теме урока.

1. Учёный, впервые изучивший явление электролиза.

2. Положительный электрод.

3. Раствор, проводящий электрический ток.

4. Носитель заряда в жидкости, которая проводит

Электрический ток в электролитах

Распределите слова по категориям.

Величины

Процессы

Единицы измерения

Электрический ток в электролитах

Ответьте на вопросы, чтобы решить кроссворд.

Электрический ток в электролитах
Электрический ток в электролитах

Заполните пропуски в тексте, выбрав правильные варианты ответа из выпадающего меню.

Проводимость , обусловленная движением , называется .

Электролиз

Заполните пропуски в тексте. Ответ дайте целым числом.

В процессе электролиза из водного раствора хлорида железа-2 выделилось 840 мг железа. Через электролитическую ванну прошёл заряд Кл. Электрохимический эквивалент железа К = 0,289 мг/Кл.

Источник