Curentul electric în electroliți

În electroliți, încărcăturile gratuite sunt ioni pozitivi și negativi. Coborâm în vasul care conține electrolitul două plăci metalice sau carbon conectate la o sursă de EDS (Figura 1) și numite electrozi. Electrodul conectat la polul pozitiv al sursei se numește anodul conectat la polul negativ al sursei de către catod. Un vas care conține un electrolit și electrozi este denumit o baie electrolitică (sau voltmetru).







Când circuitul este închis, anodul este încărcat pozitiv, catodul este negativ și se produce un câmp electric între ele. Sub acțiunea forței câmpului, ionii negativi se deplasează la anod și ionii pozitivi către catod (figura 2). Prin urmare, ionii negativi sunt numiți anioni. și cationi pozitivi. După ce au ajuns la catod, cationii își atașează electronii în exces ai catodului și sunt transformați în atomi neutri. Acești atomi sau molecule formate din ele sunt depozitate pe electrozi, acoperind straturile lor de materie. Eliberarea materiei pe electrozii în timp ce trece un curent electric prin electrolit se numește electroliză.

Adesea trecerea unui curent electric prin electroliți este însoțită de transformări chimice ale materiei. Luați în considerare, de exemplu, electroliza unei soluții apoase de acid sulfuric. În timpul disocierii, molecula de acid sulfuric se descompune într-un ion pozitiv de hidrogen și un ion negativ al reziduului acid:

și fiecare dintre ioni poartă o încărcare numerică egală cu sarcina elementară. Se pare că o mică parte a moleculelor de apă este, de asemenea, disociată în ioni, și anume: un ion pozitiv de hidrogen și un ion de hidroxid negativ:

Când circuitul electric este închis, toți ionii de hidrogen se deplasează la catod, iar ionii OH și S04 încărcați negativ la anod. Ioniunile de hidrogen iau electroni de la catod și se transformă în atomi neutri, care se combină în molecule de H2 și sunt eliberați din soluție. Anodul selectează electronii suplimentari din ionii OH care se apropie. deoarece forțele care dețin electroni în ionii de hidroxid sunt mult mai mici decât forțele care dețin electroni în ionii de SO4. Când ionii OH sunt evacuați, se formează molecule de apă și o moleculă de oxigen, care se eliberează de soluție. Astfel, în soluție se formează următorii ioni:

La catod, se eliberează hidrogen gazos:

unde e este încărcarea de electroni.

La anodul SO4 - rămân în soluție și, combinate cu ioni de hidrogen, pot forma molecule de H2S04. Ca urmare a electrolizei, cantitatea totală de acid sulfuric din soluție rămâne neschimbată, iar cantitatea de apă scade.

Procesul în care o substanță este eliberată pe ambii electrozi este posibilă numai atunci când electrozii nu sunt solubili în electrolit.







Pentru electroliți, legea lui Ohm este valabilă

Conductivitate electrică specifică # 947; din electrolitul dat, cu atât mai mult numărul moleculelor sale este disociat în ioni și cu viteza mai mare acești ioni se mișcă sub acțiunea unui câmp electric cu o intensitate dată. Când este încălzit, rezistența electroliților scade. Acest lucru poate fi explicat prin două motive: în primul rând, pe măsură ce crește temperatura, energia cinetică a moleculelor de electroliți crește, iar în coliziuni, un număr mai mare se rupe în ioni; în al doilea rând, când lichidul este încălzit, frecarea sa internă este redusă și, în consecință, crește viteza ionului.

2.2. Legile electrolizei Faraday.

M. Faraday a investigat originea curentului electric prin electroliți și, pe baza experimentelor, a stabilit două legi fundamentale ale electrolizei.

Prima lege: masa materiei eliberate în timpul electrolizei pe fiecare electrod este proporțională cu sarcina q care trece prin electrolit:

unde k este echivalentul electrochimic al substanței. Pentru q = 1k, k = m. și anume echivalentul electrochimic este egal cu cantitatea de substanță eliberată pe electrod atunci când unitatea de încărcare trece prin electrolit.

Deoarece q = I t.

Valorile echivalentelor electrochimice pentru anumite substanțe sunt prezentate în anexa nr. 1.

Prima lege a lui Faraday este ușor de verificat prin experiență. Includeți trei băi electrolitice identice A, B și C, care conțin același electrolit și care au aceeași rezistență, așa cum se arată în Fig. I. Curentul care curge prin baia A, este împărțit în mod egal între băile B și C după măsurarea cantității de substanță în anozii băile separate B și C experimentul, vom vedea că fiecare dintre mB maselor și mC egale cu jumătate din mA masa. eliberat la anodul băii A. Aceeași relație pe care o găsim pentru masele de materie eliberate la catozi.

A doua lege: echivalentele electrochimice ale elementelor sunt direct proporționale cu echivalentele lor chimice:

Aici A este greutatea atomică a elementului, Z este valența lui. atitudine

se numește echivalentul chimic al unei substanțe; C este o valoare constantă, având aceeași valoare pentru toate substanțele.

Să verificăm experimental a doua lege a lui Faraday. Conectăm în serie mai multe băi electrolitice care conțin diferite electroliți (figura 4). Să desemnem masa unei substanțe eliberate pe unul dintre electrozi (de exemplu, pe catod) din prima baie, m1. greutatea atomică a acestei substanțe A1 și valența sa Z1. și valorile corespunzătoare acestor valori pentru substanța din a doua baie m2. A2 și Z2. Conform celei de-a doua legi a lui Faraday,

Dar, potrivit primei legi a lui Faraday,

Noi substituim aceste valori k1 și k2 în formula (3). Deci, forța I și timpul t al trecerii prin electrolit sunt aceleași pentru ambii electroliți

Definiți m1 și m2 din experiment și găsiți valorile lui A1. Z1. A2 și Z2. Se repetă experiența cu II și III voltmetre, verificați dacă ecuația (4) este valabilă pentru oricare două substanțe precipitate pe electrozi în timpul electrolizei, în cele două celule electrolitice conectate în serie.

Ambele legi ale lui Faraday pot fi explicate. Înlocuirea în formula (1) a echivalentului electrochimic k în conformitate cu (2):

a - cantitatea F (= F), numită numărul Faraday; în sfârșit ajungem

Dacă expresia (5) unite legea lui Faraday pune q = F. Prin urmare m = numărul de Faraday este egală cu sarcina electrică, care trebuie să treacă prin electrolit la cantitățile de separare electrod de substanțe, egal cu echivalentul său chimic (un gram echivalent).

S-a stabilit prin experiență că

Din legile lui Faraday rezultă că, așa cum o substanță este construită din atomi individuali, electricitatea constă în sarcini elementare. Pentru a extrage un gram de substanță la electrod prin electrolit, trebuie să treacă o sarcină electrică egală cu numărul Faraday. Într-un atom de gram dintr-o substanță monovalentă sunt conținute atomi de NA (NA este numărul Avogadro). Prin urmare, fiecare ion al unei substanțe monovalente are o sarcină







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: