Меню

При протекании электрического тока через растворы солей в них выделяются вещества в этом проявляется

Прохождение тока через растворы

Механизм прохождения тока через растворРис. 75. Механизм прохождения тока через раствор

По современным воззрениям, электрический ток в металлических проводниках — это поток электронов, передвигающихся от отрицательного полюса источника тока к положительному полюсу.

Источник тока, например гальванический элемент, представляет собой прибор, в котором на отрицательном полюсе накапливается больше электронов, чем на положительном, отчего на первом создается как бы некоторое давление электронов. Если соединить полюсы элемента металлической проволокой, то под влиянием этого давления электроны начинают передвигаться по проволоке от отрицательного полюса к положительному так же, как газ переходит от места, где давление больше, туда, где давление меньше. Убыль электронов у отрицательного полюса сейчас же пополняется за счет источника тока, вследствие чего происходит непрерывная циркуляция электронов в проводнике, соединяющем полюсы. Источник тока действует подобно насосу, который засасывает электроны через положительный полюс и снова выталкивает их в проводник через отрицательный полюс.

Если разрезать проволоку, то один конец ее зарядится отрицательно, так как на нем накопится избыток электронов, а дру гой, вследствие недостатка электронов, зарядится положительно; на этом движение электронов по проволоке прекратится.

Положим теперь, что в раствор электролита, например соляной кислоты, опущены два электрода, соединенные с полюсами источника тока, и следовательно, заряженные один положительно, другой — отрицательно. Вода сама по себе не проводник, и электроны не могут перемещаться в ней, как в проволоке, но находящиеся в растворе ионы, притягиваясь к электродам, тотчас же начинают передвигаться по двум противоположным направлениям: положительные ионы двигаются к катоду, отрицательные— к аноду (рис. 75). Достигая катода, положительные ионы получают от него недостающие им электроны и становятся нейтральными атомами. Одновременно с этим отрицательные ионы отдают аноду свои «лишние» электроны, тоже переходя в нейтральные атомы или остатки молекул. Благодаря непрерывному переходу электронов с катода на ионы и с ионов на анод поддерживается движение электронов в проводах, соединяющих полюсы элемента с электродами. В самом же растворе движутся не электроны, а положительно и отрицательно заряженные ионы. Последние как бы переносят электроны через раствор от катода к аноду, хотя в действительности анионы отдают аноду не те электроны, которые перешли из катода в раствор, а свои собственные.

Из сказанного ясно, что растворы, не содержащие ионов, не могут проводить электрический ток.

Движение ионов при прохождении тока через раствор может быть обнаружено прямым опытом. Для такого опыта особенно пригодны соли, ионы которых окрашены. Возьмем, например, синий раствор медного купороса. Окраска этого раствора не может быть приписана наличию в нем ионов SO4», так как многие растворы, содержащие эти ионы, бесцветны (например, растворы H2SO4, Na2SO4, ZnSO4 и др.). Разбавленные же растворы медных солей имеют синий цвет, из чего приходится заключить, что синяя окраска зависит от присутствия ионов меди (точнее—их гидратов).

Раствор медного купаросаРис. 76. Трубки с раствором медного купороса: а — до пропускания электрического тока; б — после пропускания электрического тока.

Чтобы наблюдать движение этих ионов, в U-образную трубку (рис. 76) наливают раствор медного купороса в теплой воде, содержащий немного агар-агара (органическое вещество, получаемое из морских водорослей). По охлаждении раствор превращается в студень, не препятствующий сколько-нибудь заметно движению ионов. Поверх этого студня в оба колена трубки наливают бесцветный раствор какой-нибудь соли, например KNO3, к которому тоже прибавлен агар-агар. При пропускании тока синие ионы меди направляются к отрицательному электроду и постепенно окрашивают бесцветный слой агар-агара в левом колене трубки снизу вверх в синий цвет. В то же время в правом колене трубки граница между синим и бесцветным растворами опускается.

Читайте также:  Параметры переменного тока период частота угловая частота

Перемещение ионов происходит с различной скоростью, зависящей, кроме природы ионов, также от температуры, и от напряжения тока. Чем выше температура и чем больше напряжение тока, тем быстрее движутся ионы. Наибольшей скоростью движения обладают ионы водорода,_но все же и они переме щаются очень медленно, всего лишь на 0,2 см в минуту при температуре 18° и падении напряжения в 1 вольт на 1см. Скорости некоторых других ионов при тех же условиях выражаются следующими цифрами: ОН’ — 0,111 см/мин, Na • — 0,027 см/мин, Сl’— 0,0415 см/мин, NO3‘ —0,039 см/мин

Вы читаете, статья на тему Прохождение тока через растворы

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

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

«Исследование электрического тока в растворе соли»

Электрический ток

РАЙОННОЕ МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ОКТЯБРЬСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА

НАУЧНО- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

«Исследование электрического тока в растворе соли»

E:\0002\.JPG

учащийся 8а класса РМОУ Октябрьская СОШ

учитель физики 1 квалификационной категории

РМОУ Октябрьская СОШ

1. Введение стр.3

2. Предварительные сведения стр.3

3. Постановка задачи и проведение эксперимента стр. 6

4. Результаты эксперимента стр. 8

5. Выводы стр. 12

6. Использованная литература стр. 13

Главный вопрос

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 (неотъемлемой частью этих устройств являются «батарейки» – электрохимические элементы 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.

Читайте также:  Определите вид омонимов лексические омонимы омоформы омофоны омографы электрический ток

Предварительные сведения

Электролиз — процесс разложения электролита на простые вещества под воздействием электрического тока, с выделением вещества на проводниках погружённых в раствор. Будем называть проводники, погружённые в электролит и служащие для подведения к нему тока, электродами: положительный заряд — анодом, а отрицательный — катодом.[1] Электролит — это раствор солей, кислот, щелочей, проводящий электрический ток. Таким образом, в отличие от металлов, обладающих электронной проводимостью, электролиты — это проводники, электропроводность которых возникает за счёт движения ионов. Молекула растворённого вещества оказывается окружённой полярными молекулами растворителя (если растворитель имеет полярные молекулы), которые своими полями ослабляют связь между ионами молекулы растворённого вещества. Вследствие теплового движения молекул происходит разрыв ионной молекулы растворённого вещества на отдельные ионы. Образовавшиеся ионы начинают странствовать по раствору. Если ионы растворённого вещества сблизятся на достаточное расстояние, то происходит их объединение в нейтральную молекулу – такой процесс называется рекомбинацией (молизацией) ионов. В растворе одновременно идут два процесса – диссоциация и рекомбинация. В состоянии равновесия скорости протекания диссоциации и рекомбинации одинаковы: количество образовавшихся ионов равно числу рекомбинирующих за одинаковое время.[2]

1) Электролиз водного раствора соляной кислоты. Диссоциация молекулы HCL:

Переходя к аноду ионы хлора, отдают избыточные электроны и превращаются в нейтральные атомы хлора и тут же объединяются в молекулу хлора CL.

Атомы водорода, нейтрализовавшись на катоде, объединяются попарно в молекулы Н:

В этом случае вторичных реакций нет.

Электролиз раствора серной кислоты H2SO4. Диссоциация молекулы H2SO4.

На электродах протекают следующие реакции:

2Н+ + 2е — = Н2 (водород выделяется в виде пузырьков)

Нейтральная группа SO4 химически очень активна и вступает во вторичную реакцию. Если электроды изготовлены из платины или никеля, то SO4 реагирует только с водой:

2SO4 + 2Н2O = 2H2SO4 + O2

Молекула серной кислоты поступает в раствор, а кислород O2 выделяется в виде пузырьков. В итоге происходит разложение воды с выделением её составных частей. Вторичная реакция в этом случае протекает с растворителем.[3]

Процесс электролиза описывается законами Фарадея.

1 закон Фарадея:

масса m выделившегося на электродах вещества пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит:

здесь k – электрохимический эквивалент выделившегося вещества.

2 закон Фарадея:

где: F = e NA = 96484,55461 Кл/моль – постоянная Фарадея, z – заряд иона, выраженный в элементарных зарядах, е = 1,6021892*10-19 Кл, А – молярная масса выделившегося вещества (иона), г/моль или кг/моль[4]

Постановка задачи и проведение эксперимента.

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

VAsol

Эксперименты проводились на специальной установке, состоящей из элемента (4,5 В), выключателя, переменного сопротивления (Rmax=10 Ом), милливольтметра, миллиамперметра и электролитической ванночки. Для определения вольтамперной характеристики электролита я приготовил раствор поваренной соли в воде. Поваренная соль специально не очищалась, вода использовалась из водопроводной сети. Нас интересовала зависимость силы тока от напряжения, приложенного к электродам, помещённым в электролит. По данной зависимости мы хотели выяснить изменение степени диссоциации электролита при вариации напряжения. Эксперимент проводился при разных концентрациях поваренной соли от С = 0,05 г/см3 до С= 0,03 г/см3. В качестве электродов использовались плоские медные и цинковые пластины, угольные стержни расположенные параллельно друг другу на расстоянии 13 мм. Площади пластин одинаковы с размерами 3 x 2,5 см. Измерение силы тока и напряжения проводились с помощью амперметра и вольтметра, что позволяло фиксировать силу тока с точностью до 1 мА и напряжение с точностью до 0,1 В. При проведении эксперимента выяснилось, что при фиксированной ЭДС элемента 4,5 В и неизменном положении регулятора делителя напряжения, в течение 1 – 3 минут наблюдалось изменение силы тока и напряжения между электродами в пределах 10 мА и несколько десятков мВ. По истечении этого времени показания приборов стабилизировались, именно эти значения записывались в таблицу экспериментальных данных. Все эксперименты проводились при температуре t° = 20° С. Результаты экспериментов, проведённых с помощью медных электродов, качественно отличались от таковых с использованием угольных электродов. Выяснилось, что вольтамперная характеристика раствора поваренной соли, снятая с помощью медных электродов, имела в некоторых случаях N – образную характеристику. При использовании угольных электродов вольтамперная характеристика была монотонно возрастающей.

Читайте также:  Амплитудное значение переменного тока как обозначается

Источник

При протекании электрического тока через растворы солей в них выделяются вещества в этом проявляется

Актуальность выбора темы

По своим электрическим свойствам вещества делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. Чистая вода является диэлектриком. Поваренная соль так же является диэлектриком. Раствор соли в воде — проводник. Меня, ученика 8 класса, ещё не изучавшего электродинамику в курсе школьной физики, заинтересовало данное явление.

В учебниках физики за 10 класс я нашел теоретическое обоснование процесса протекание тока через раствор соли в воде.

Поваренная соль – твёрдый полярный диэлектрик. Под действием растворителя – воды происходит расщепление молекул соли NaCl на отдельные ионы Na + и Cl — . Такой процесс получил название «электролитическая диссоциация». В результате в диэлектрике – воде появляются свободные носители заряда, что обеспечивает прохождение электрического тока через раствор.

Следовательно, чем больше в жидкости свободных носителей заряда, тем больше должна быть сила тока. Я решил проверить гипотезу на опыте, меняя условия эксперимента.

Сила тока через раствор поваренной соли зависит только от массы растворенной соли.

Цель исследовательской работы

Исследование зависимости силы тока через раствор поваренной соли от массы соли, растворенной в воде при различных внешних условиях.

Задачи исследовательской работы

Собрать экспериментальную установку для исследования протекания тока через раствор поваренной соли.

Установить зависимость силы тока от массы соли, растворенной в воде, при различных внешних условиях эксперимента.

Обобщить полученные результаты, сделать вывод.

– протеканиеэлектрического тока через раствор поваренной соли.

– зависимость силы тока от массы соли, растворенной в воде.

Изучение теории – знакомство с теоретическим материалом.

Сборка экспериментальной установки.

Эксперимент – установление зависимости силы тока через раствор поваренной соли от массы соли, растворенной в воде при различных внешних условиях.

Анализ и обработка полученных результатов.

Синтез – интерпретация и обобщение полученных в ходе эксперимента данных.

Экспериментальная установка (приложение 1):

2) один цинковый и два медных электрода,

3) источник питания,

4) амперметр, миллиамперметр,

6) электронные весы,

Кювета наполнялась водой из-под крана объёмом 100 мл. При погружении в воду электродов и замыкании ключа амперметр не регистрировал наличие тока в цепи. Далее кювета наполнялась водой с растворенной в ней солью. Соль предварительно взвешивалась на электронных весах. В кювету погружались электроды, через раствор соли протекал электрический ток. Сила тока измерялась амперметром.

Для проверки гипотезы были проведены эксперименты:

исследование зависимости силы тока от массы соли, растворённой в воде при замене материала, из которого изготовлены электроды,

исследование зависимости силы тока от расстояния между электродами и глубиной их погружения в раствор при постоянной массе соли, растворенной в воде.

Результаты экспериментов приведены в таблицах и на графиках.

Исследование зависимости силы тока от массы соли,растворенной в воде при замене материала, из которого изготовлены электроды.

Расстояние между электродами r = 9см.

Опыт 1.1. Катод – медная пластина, анод – цинковая.

Источник