ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІДИНАХ
Електроліти
Солі електролітів і дистильована вода самі по собі являються гарними діелектриками, а от розчини солей у воді є провідниками струму. У чому ж причина цього явища? Як відомо з курсу хімії молекули солі є полярними, тобто складаються з позитивного і негативного іонів, об’єднаних в одну молекулу. При попаданні молекули солі у воду, молекули води «оточують» молекулу солі і «розтягують» її, послаблюючи міжатомну взаємодію складових молекули солі. Якщо помістити таку молекулу у зовнішнє електричне поле, то міжатомні сили ще більше послабляться за рахунок того, що позитивний іон молекули солі буде прагнути рухатись вздовж ліній поля, а негативний – проти. В результаті молекула солі розпадеться на два іони позитивний і негативний – цей процес називається дисоціацією. Якщо прибрати зовнішнє електричне поле, то іони знов з’єднаються в одну молекулу солі – цей процес називається рекомбінацією.
Процес дисоціації молекули мідного купоросу (CuSO4)
У результаті електролітичної дисоціації в розчині з’являються вільні заряджені частинки — позитивні і негативні йони, тому розчин починає проводити струм. Розчини й розплави, які проводять електричний струм, відносять до електролітів.
Природа електричного струму в електролітах
Сам факт розкладу електролітів при проходженні через них електричного струму показує, що у них рух зарядів супроводжується рухом атомів або груп атомів, зв’язаних один з одним (іонів). Ці іони являють собою частини молекул розчиненої речовини. Природно, що саме ці іони і є носіями заряду в речовині. Їх напрямлений рух під дією сил зовнішнього електричного поля і являє собою електричний струм, який іде через електроліт. Ці іони прямують вздовж ліній напруженості зовнішнього електричного поля: позитивні іони прямують в напрямі силових ліній поля, а негативні іони – проти.
Отже, провідність електролітів є іонною, тобто обумовлена рухом в них позитивних і негативних іонів, які утворюються з нейтральної молекул шляхом її розпаду на дві частини, які заряджені рівними за модулем і протилежними за знаком зарядами. Між процесами електролітичної дисоціації й рекомбінації йонів за незмінних умов установлюється динамічна рівновага, за якої число молекул, що розпадаються на йони за одиницю часу, дорівнює числу пар іонів, що за цей час з'єднуються в нейтральні молекули. Іони в електролітах рухаються хаотично доти, поки в рідину не опускаються електроди. Тоді на хаотичний рух іонів накладається їхній упорядкований рух до відповідних електродів, і в рідині виникає електричний струм. За йонної провідності проходження струму пов'язане з переносом речовини. На електродах відбувається виділення речовин, що входять до складу електролітів.
Електроліз - процес виділення речовини на електродах при проходженні електричного струму через електроліт.
На аноді негативно заряджені йони віддають свої зайві електрони (у хімії цей процес називається окисною реакцією), а на катоді позитивні йони одержують електрони, яких не вистачає (відновна реакція).
Закон Фарадея
Питанням дослідження явища електролізу займались багато вчених, одним з яких був Майкл Фарадей. Саме Фарадей з допомогою багатьох експериментів кількісно описав основні процеси, які відбуваються при електролізі. Саме Фарадей ввів термін «іон» (грец. «той що йде», «прямуючий»). Іони, які заряджені позитивно і виділяються на катоді, Фарадей назвав катіонами, а ті, які виділялись на аноді – аніонами.
Користуючись описом фізичних процесів, які відбуваються при проходженні струму через електроліт, сформулюємо основні закономірності процесу електролізу, які Фарадей отримав експериментально. Ці закономірності назвали законами електролізу, або законами Фарадея.
Перший закон Фарадея: Маса речовини, яка виділилась на електроді під час електролізу, прямо пропорційна силі струму та часу, проходження струму через електроліт:
𝒎 = 𝒌𝒒
де, m– маса речовини, яка виділилась на електроді;
q – заряд, який пройшов через електроліт;
k – коефіцієнт пропорційності, який залежить від речовини, яка виділяється на електроді.
Оскільки 𝐼 = 𝑞/ 𝑡 , тоді 𝒎 = 𝒌𝑰𝒕
де І – сила струму, який іде через електроліт;
t – час електролізу.
Сталу k називають електрохімічним еквівалентом речовини, який чисельно дорівнює масі речовини, яка виділяється на електроді за 1 с під час проходження через електроліт струму силою 1А.
Одиниця вимірювання: [k] = 1кг/Кл.
Вчимося розв’язувати задачі.
Домашнє завдання.
Вивчити параграф 37; виконати вправа 37 (4)
Коментарі
Дописати коментар