§ 39. Природа електричного струму в розчинах і розплавах електролітів. Закон Фарадея для електролізу

Які дії електричного струму вам відомі?

Які умови протікання електричного струму?

Розглянемо механізм протікання електричного струму в рідинах. Не всі рідини е провідниками електричного струму. Дистильована вода, наприклад, не містить вільних зарядів — електронів або іонів, тому в ній електричний струм виникнути не може.

Щоб переконатися в цьому, проведемо наступний дослід. У посудину з дистильованою водою опустимо два вугільних електроди (два стержні) і під’єднаємо їх до кола, що складається з джерела струму, лампочки і ключа (рис. 134). При замкнутому ключі між електродами виникне електричне поле, але лампочка горіти не буде. Отже, струму в колі немає.

Тепер додамо у воду звичайну кухонну сіль, розмішаємо розчин — і лампочка загориться. Очевидно, в розчині кухонної солі з’явилися вільні заряди. Причина їх утворення — явище електролітичної дисоціації, внаслідок якої молекули кухонної солі, взаємодіючи з молекулами води, розпадаються на іони: позитивні йони натрію і негативні йони хлору.

Позитивні іони натрію (катіони) в електричному полі будуть рухатися до електрода з’єднаного з негативним полюсом джерела струму. Такий електрод називають катодом. Негативні ж іони хлору (аніони) будуть рухатися до протилежного електрода — анода, який з’єднаний з позитивним полюсом джерела струму.

Розчин кухонної солі можна замінити розчином мідного купоросу або будь-якого іншого електроліту (солі, кислоти, луги). Речовини, водні розчини або розплави яких проводять електричний струм, називають електролітами.

Дослідження залежності сили струму, що проходить через електроліт, від напруги на ньому показує, що сила струму (за певних значеннях напруги) прямо пропорційна напрузі, тобто для електроліту виконується закон Ома.

Під час протікання електричного струму через електроліт відбувається перенесення речовини, яка входить до складу електроліту, і її виділення на електродах. В результаті реакції негативно заряджені іони віддають надлишкові електрони аноду, а позитивно заряджені іони отримують електрони, яких не вистачає, від катода, що призводить до відновлення молекул і атомів.

Виділення на електродах речовин, що входять до складу електроліту, називають електролізом.

Дослідно встановлено, що маса т речовини, що виділяється на електроді, прямо пропорційна заряду, що проходить за час і через розчин електроліту: т = kq.

Оскільки q = It_f то

т = kit.

Записана формула є математичним записом закону електролізу.

Маса речовини, яка виділяється на електроді за час t прямо пропорційна силі струму, що проходить через розчин електроліту, і часу його проходження.

Цей закон був установлений у 1834 році експериментально англійським ученим Майклом Фарадеєм (1791-1867). Коефіцієнт пропорційності k називають електрохімічним еквівалентом речовини. Він показує, яка маса даної речовини виділиться на електроді при проходженні через розчин електроліту заряду 1 Кл.

Одиниця електрохімічного еквівалента в CI — кілограм на кулон (кіУКл). Значення електрохімічного еквівалента залежить від роду речовини. Наприклад, для міді k = 0,33 ·10^_β кг/Кл, для срібла k= 1,12 IO^-6 кг/Кл.

Запитання для самоперевірки

1. Що називають електролізом?

Q. Які частинки є носіями заряду в розчині електроліту? Як вони утворюються?

3.    Сформулюйте закон електролізу.

4.    Які відмінності у протіканні електричного струму в металах та розчинах і розплавах електролітів?

5.    Який фізичний зміст електрохімічного еквівалента речовини?

Завдання 39

1. Чому під час проходження електричного струму через електроліт відбувається виділення речовин на електродах?

Q. Чому дорівнює маса міді, що осяде на катоді за 40 хв при силі струму 4 А, якщо її електрохімічний еквівалент 0,33-10^-6 кг/Кл?

З* Чому дорівнює електроенергія, яку потрібно затратити для отримання 500 кг чистої міді, якщо напруга на електролітичній ванні 0,4 В?

4*. При нікелюванні деталі протягом 4 год через електролітичну ванну проходив струм силою 10 А. Яка товщина шару нікелю, що осів на деталі, якщо площа її поверхні 900 см², густина нікелю 8,9 · 10³ кг/м³, його електрохімічний еквівалент 3,3 · 10^-7 кг/Кл?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун