Народна Освіта » Фізика » § 37. Електричний струм у рідинах

НАРОДНА ОСВІТА

§ 37. Електричний струм у рідинах

Дистильована вода — діелектрик, адже в ній майже немає вільних заряджених частинок; діелектриком є й кухонна сіль. Однак якщо дрібку кухонної солі кинути в дистильовану воду, то отриманий розчин добре проводитиме струм. Чому це так? Звідки в розчині взялися вільні частинки, які мають електричний заряд?

Знайомимося з електролітами

Багато кристалічних речовин являють собою позитивні й негативні йони, з’єднані в одне ціле силою електричного притягання. Так, кристали

розпастися на окремі йони.


су хімії, молекули води є полярними: атоми Гідрогену і Оксигену в молекулі води розташовані несиметрично, тому з одного боку молекули домінує позитивний заряд, а з іншого боку — такий самий негативний (рис.

37.2,    а). Отже, молекулу води можна уявити як електричний диполь10 (рис. 37.2, б).

Коли кристалик солі потрапляє у воду, диполі води оточують йони Натрію та йони Хлору, орієнтуючись певним чином (рис.

37.3,    а). Деякі диполі води потрапляють у проміжки між йонами солі та значно послабляють силу їхнього притягання (у 81 раз). Унаслідок цього процесу і внаслідок теплового руху молекул води йони відокремлюються від кристалика (рис. 37.3, б).

Розпад речовин на йони внаслідок дії полярних молекул розчинника називають електролітичною дисоціацією (від латин, dissociatio — роз'єднання, розділення).

У результаті електролітичної дисоціації в розчині з’являються вільні заряджені частинки — позитивні й негативні йони, тому розчин починає проводити струм.

Досліди показують, що розпадання молекул на йони може бути спричинене не тільки розчинником. Деякі солі та оксиди металів можуть розпадатися на окремі йони за умови значного збільшення температури. Тому розплави цих речовин теж проводять електричний струм. Розчини й розплави речовин, які проводять електричний струм, відносять до електролітів.

Досліджуємо природу електричного струму в електролітах

Візьмемо два вугільні електроди та з’єднаємо їх із полюсами джерела струму (див.

Рис. 37.1. Макромолекула кухонної солі (NaCl) складається з позитивних йонів Натрію (Na ) —жовті кульки та з негативних йонів Хлору (сі~) — зелені кульки

 

Рис. 37.3. Механізм електролітичної дисоціації кухонної солі

 

рис. 37.4). Нагадаємо, що електрод, з’єднаний із позитивним полюсом джерела струму, називають анодом, а електрод, з’єднаний із негативним полюсом, — катодом. Опустимо електроди в посудину з електролітом, наприклад, із водним розчином купрум хлориду (CuCl2), і замкнемо коло. У розчині виникне електричне поле, через дію якого вільні позитивні йони Купруму (Cu2+) попрямують до катода, а вільні негативні йони Хлору (СІ-) — до анода. Отже, в розчині виникне напрямлений рух вільних заряджених частинок — електричний струм.

Рис. 37.4. Схема дослідження електричн го струму в рідинах. У ванну з розчином електроліту (CuCI2) занурені анод і катод Після замикання кола позитивні йони (катіони) рухаються до катода, негативні йони (аніони) — до анода

 

Електричний струм в електролітах являє собою напрямлений рух позитивних і негативних йонів.

Під час проходження струму через електроліт позитивні йони рухаються до негативного електрода — катода, тому їх називають катіонами; негативні йони рухаються до позитивного електрода — анода, і їх відповідно називають аніонами.

о

Ионний механізм провідності мають не тільки деякі розчини та

 

Електроліти — це тверді або рідкі речовини, які мають йонну провідність.

Зазначимо, що зі збільшенням температури кількість йонів у електроліті значно збільшується, відповідно збільшується й сила струму. Це означає, що зі збільшенням температури опір електроліту змен-шується.

Даємо означення електролізу

Проходження електричного струму через електроліт (на відміну від проходження струму через метал) характеризується тим, що відбувається перенесення хімічних складових електроліту й ті виділяються на електродах — осаджуються у вигляді твердого шару або виділяються в газоподібному стані. Наприклад, якщо через водний розчин купрум хлориду протягом кількох хвилин пропускати струм, то поверхню катода вкриє тонкий шар міді (рис. 37.5), а біля анода виділиться газоподібний хлор. Наявність хлору можна виявити за характерним запахом.

Пояснимо, чому так відбувається. Під час проходження струму віль-

 

Купруму «бере» з його поверхні електрони, яких йому бракує, тобто відбувається хімічна реакція відновлення. Унаслідок цієї реакції катіон Купруму перетворюється на нейтральний атом; на поверхні катода осідає мідь. Водночас аніони Хлору, досягши поверхні анода, навпаки, «віддають» йому надлишкові електрони — відбувається хімічна реакція окиснення; на аноді виділяється хлор.

Процес виділяння речовин на електродах, пов'язаний з окисно-відновними реакціями, які відбуваються на електродах під час проходження струму, називають електролізом.

Відкриваємо закон Фарадея

Уперше явище електролізу докладно вивчив англійський фізик М. Фарадей (рис. 37.6). Він сформулював закон, який згодом був названий законом електролізу, або першим законом Фарадея:

Маса речовини, яка виділяється на електроді, прямо пропорційна заряду, який пройшов через електроліт:

де т — маса речовини; q — значення електричного заряду; k — електрохімічний еквівалент.

Електрохімічний еквівалент чисельно дорівнює масі певної речовини, яка виділяється на електроді внаслідок проходження через електроліт заряду 1 Кл.

Одиниця електрохімічного еквіваленту в CI — кілограм на кулон:

Рис. 37.5. Через кілька хвилин після початку пропускання струму через розчин купрум хлориду поверхню катода вкриє тонкий шар міді

 

Рис. 37.6. Майкл Фарадей (1791-1867) — англійський фізик, засновник учення про електромагнітне поле. Виявив хімічну дію електричного струму, встановив закони електролізу і здійснив чимало інших видатних відкриттів


Учимося розв'язувати задачі

Задача. Для визначення електрохімічного еквіваленту міді через розчин купрум сульфату протягом ЗО хв пропускали струм силою 0,5 А. Яке значення електрохімічного еквіваленту отримали, якщо маса катода до початку досліду становила 75,20 г, а після досліду — 75,47 г?

Аналіз фізичної проблеми. Для розв’язання задачі скористаємося законом електролізу. Масу міді, що виділилася на катоді, знайдемо як різницю мас катода до і після досліду. Оскільки в таблицях електрохімічний еквівалент подають у міліграмах на кулон, то масу зручно подати в міліграмах.

Підбиваємо підсумки

Електроліти — це тверді та рідкі речовини, які мають йонний характер провідності. Розпад електролітів на йони внаслідок дії полярних

молекул розчинника називають електролітичною дисоціацією. У результаті дисоціації в розчині з’являються вільні заряджені частинки — позитивні та негативні йони.

Електричний струм в електролітах — це напрямлений рух вільних йонів.

Під час проходження електричного струму через електроліт хімічні складові електроліту осаджуються на електродах або виділяються в газоподібному стані. Процес виділяння речовин на електродах, пов’язаний з окисно-відновними реакціями, які відбуваються на електродах під час проходження струму, називають електролізом. Для електролізу справ-

Контрольнізапитання

1. У чому полягає явище електролітичної дисоціації? Наведіть приклади. 2. Що таке електроліт? 3. Що являє собою електричний струм в електролітах? 4. Опишіть процес електролізу. 5. Сформулюйте перший закон Фарадея. 6. Яким є фізичний зміст електрохімічного еквіваленту?

Вправа № 37

1.    Скориставшись законом електролізу, виведіть одиницю електрохімічного еквіваленту в CL

2.    Дистильована вода не є провідником. А чому водопровідна вода, а також річкова й морська добре проводять електричний струм?

3.    Чому розчин солі у воді добре проводить електричний струм, а розчин цукру у воді — погано?

4.    Під час електролізу, де електролітом був розчин аргентум нітрату, на катоді виділилося 25 г срібла. Скільки часу тривав електроліз, якщо сила струму була незмінною й дорівнювала 0,5 А?

5.    Через розчин аргентум нітрату протягом 2 год пропускали електричний струм. Визначте масу срібла, яке утворилося на катоді в результаті електролізу, якщо напруга на електродах становила 2 В, а опір розчину — 0,4 Ом.

6.    Під час електролізу, де електролітом був розчин сульфатної кислоти, за 50 хв виділилося 3 г водню. Визначте потужність, яку витрачено на нагрівання електроліту, якщо його опір становив 0,4 Ом.

7.    Син коваля й учень палітурника Майкл Фарадей зміг стати видатним ученим свого часу. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся про життя М. Фарадея та історію його відкриттів.

8.    Під час сріблення сталевої ложки на її поверхню було нанесено тонкий шар срібла товщиною 55 мкм. Визначте масу витраченого срібла, якщо площа поверхні ложки дорівнює 40 см2.

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бар'яхтар

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 7-08-2016, 20:25, Переглядів: 9074