Электрический ток в электролитах направленные движения

Электрический ток в электролитах направленные движения

Электролиты относятся к проводникам второго рода. Электролиты вещества – растворы и расплавы которых в воде и других жидкостях проводят электрический ток. К ним относятся соли, кислоты, щелочи. Носителями заряда в электролитах являются ионы.

Молекулы электролита и растворители являются дипольными. Дипольную молекулу электролита окружают молекулы растворителя.

Молекулы растворителя разрывают молекулу электролита, в результате чего, образуется два иона, этот процесс называется электролитической диссоциацией.

В отсутствии электрического поля ионы движутся хаотично. Под действием электрического поля, катионы будут двигаться в направлении, совпадающем с направлением электрического поля (от + до -), а анионы будут двигаться противоположную сторону. Таким образом, электрический ток, в электролитах представляет собой встречное движение разноименно заряженных ионов.

Заряд иона можно выразить через его валентность.

z- валентность иона

q- заряд иона общий

e- электрон= 1.6 * 10 -19 Кл.

Так как концентрация и заряд положительных и отрицательных ионов одинаковы можно записать

Ионы, движутся, упорядочено под действием электрической силы F.

А препятствует движению ионов сила сопротивления со стороны жидкости, определяемая по закону Стокса.

При равномерном движении иона:

где, — вязкость жидкости;— радиус иона

— скорость иона

— удельная проводимость электролита (j)

закон Ома для электролитов

Зависимость сопротивления электролитов от температуры.

С увеличением температуры сопротивление электролитов уменьшается, т.к. уменьшается вязкость жидкости, увеличивается подвижность ионов и концентрация ионов.

Явление оседания на электродах продуктов распада раствора электролита при прохождении через него электрического тока называется электролизом.

1.5..Электрический ток в полупроводниках. Полупроводниковые приборы.

К полупроводникам относятся материалы проводимость, которых больше, чем у диэлектриков, но меньше, чем у проводников. К полупроводникам относят кремний (Si), фосфор(P), германий (Ge), индий (In), мышьяк (As).

Полупроводники имеют ряд особенностей:

Электрический ток в полупроводниках обусловлен как движением свободных электронов, так и движением связанных электронов, так называемых дырок. Поэтому различают электронную и дырочную проводимости. Место, покинутое электронами условно положительно заряжено – дырка. Полупроводники, имеющие преимущественно электронную проводимость, называются полупроводниками n-типа. Полупроводники, имеющие преимущественно дырочную проводимость , называются полупроводниками р-типа.

Читайте также:  Основные электрические величины и единицы их измерения

Проводимость полупроводников очень сильно зависит от температуры, эта зависимость в десятки раз больше, чем у металлов. С увеличением температуры проводимость полупроводников увеличивается, а сопротивление уменьшается, т.к. увеличивается количество пар носителей зарядов ē и дыр.

Проводимость полупроводников сильно зависит от примесей и называется примесной проводимостью. Проводимость чистых полупроводников совсем невелика, чтобы увеличить проводимость к чистому полупроводнику добавляют примесь.

Примесь может увеличить во много раз либо число свободных электронов, либо дырок. В первом случае (рис.44(а)) примесь выполняет роль донора (отдает электроны) – проводимость n – типа, а во втором (рис.44(б)) – роль акцептора (отбирает электроны) – проводимость р – типа.

В жидких проводниках (электролитах) происходит непрерывный самопроизвольный распад молекул на составные части . Иногда этот процесс называется процессом диссоциации молекул. Например, молекула медного купороса CuS04 распадается на положительный ион меди Cu и отрицательный ион S04 (так называемый кислотный остаток). В электролите происходит беспорядочное тепловое движение ионов и молекул. Ионы соединяются, образуют молекулы, вновь распадаются и т. д. В целом раствор электрически нейтрален, так как количество положительных и отрицательных ионов в нем одинаковое.

Проделаем следующий опыт. В стеклянный сосуд с раствором медного купороса (CuS04) опустим две медные пластины (электроды) и подключим их к источнику электрической энергии (рис. 1). Пластина, соединенная с положительным полюсом источника, называется анодом (эта пластина имеет положительный потенциал), а другая, соединенная с отрицательным- полюсом,— катодом (эта пластина имеет отрицательный потенциал).

Рисунок 1. Прохождение электрического тока через раствор медного купороса.

Как только мы подключим пластины к источнику электрической энергии, между ними образуется электрическое поле. На положительные и отрицательные ионы, находящиеся в растворе, начнут действовать электрические силы.

Очевидно, что отрицательные ионы (SO4) пойдут к аноду, а положительные (Сu)—к катоду, т. е. в электролите начнется упорядоченное движение ионов. Это упорядоченное движение ионов в электролите под воздействием сил электрического поля и называется ионным электрическим током. Ионный электрический ток существует до тех пор, пока между электродами имеется разность потенциалов.

Читайте также:  Вывоз хозяйственно бытовых стоков

Мы видим существенное отличие электрического тока в электролите от электрического тока в металлическом проводнике: первый создается движением ионов, а второй — свободных электронов.

Что же будет происходить в электролите после того, как положительные ионы подошли к катоду, а отрицательные — к аноду?

Положительные ионы (Сu) присоединяют недостающие электроны и превращаются в молекулы чистой меди. Молекулы меди в виде тончайшего слоя отлагаются на катоде. Отрицательные ионы отдают излишние электроны аноду и вступают в химическую реакцию с материалом анода, т. е. с медью, образуя молекулы медного купороса (CuSO4). Эти молекулы вступают в электролит.

Таким образом, в электролите при прохождении электрического тока происходит следующий процесс: катод покрывается слоем меди, выделяющейся из электролита, а анод растворяется и пополняет убыль меди в электролите.

Определение: Процесс прохождения ионного электрического тока в электролите, сопровождающийся химическими превращениями вещества и выделением его, получил название электролиза

Честь открытия явления электролиза принадлежит русскому академику Б. С. Якоби. В настоящее время явление электролиза широко применяется в промышленности (очистка металлов, снятие копий с различных предметов, никелирование, золочение, серебрение и т. д.).

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Передача электричества

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Носителями заряда электрического тока в электролитах являются ионы. Они образуются в результате распада (электролитической диссоциации) молекул вещества под действием молекул воды в растворе или при нагревании и образовании расплава.

Расщепление молекул происходит за счёт разрыва полярных ковалентных или ионных связей. Интенсивность диссоциации зависит от температуры и концентрации раствора. Также на степень диссоциации влияет природа электролита. В связи с этим выделяют:

  • слабые электролиты, распадающиеся частично или не распадающиеся вообще;
  • сильные электролиты, быстро распадающиеся на ионы.

К слабым электролитам относится большинство органических веществ, слабые кислоты, плохо растворимые соли и нерастворимые основания. Сильные кислоты, щёлочи, соли относятся к сильным электролитам.

Читайте также:  Крашенный коридор в квартире

Рис. 1. Процесс электролитической диссоциации.

Образованные в результате диссоциации ионы делятся на два типа:

  • катионы – положительно заряженные частицы;
  • анионы – отрицательно заряженные частицы.

Проводником электрического тока в электролитах является электрод. Он может быть анодом или катодом. Анод присоединён к положительному полюсу источника тока, катод – к отрицательному. Анод окисляет вещества, находящиеся в электролите, катод – восстанавливает.

Рис. 2. Электроды.

Если в раствор электролита поместить два электрода – катод и анод – и включить электрический ток, то ионы начнут двигаться под действием электрического поля. Катионы устремятся к катоду, анионы – к аноду. Достигнув электродов, ионы нейтрализуются, превращаются в нейтральные атомы и оседают.

Процесс разложения вещества на составные части, которые оседают на электродах, называется электролизом.

Закон Фарадея

Процесс электролиза экспериментально изучил английский физик и химик Майкл Фарадей в 1833 году. Он сформулировал закон, согласно которому масса выделившегося на электроде вещества прямо пропорциональна прошедшему через электролит заряду. Этот закон закрепился в науке как первый закон Фарадея.

Рис. 3. Майкл Фарадей.

  • m – масса вещества;
  • Q – заряд;
  • k – электрохимический эквивалент;
  • I – сила тока;
  • t – время действия тока.

Согласно второму закону Фарадея масса выделившегося на электроды вещества прямо пропорциональна отношению молярной массы к валентности и равна электрохимическому эквиваленту.

  • m – масса выделившегося вещества;
  • k – электрохимический эквивалент;
  • M – молярная масса;
  • z – валентность вещества.

Электролиз используется в щелочных и кислотных аккумуляторах. С помощью электролиза можно защитить изделие металлическим покрытием.

Что мы узнали?

Электрический ток в электролитах передают ионы, образовавшиеся в результате электролитической диссоциации. Положительно заряженные ионы – катионы – движутся к отрицательно заряженному электроду – катоду. Отрицательно заряженные анионы устремятся к положительно заряженному электроду – аноду. Достигнув электрода, ионы нейтрализуются, превращаясь в атомы вещества, и оседают на электродах. Это явление было изучено Майклом Фарадеем и получило название электролиза.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector