Электрический ток в электролитах

Электрический ток в электролитах

    Определение 1

    Электролиты – это проводящие среды, в которых протекает электрический ток, сопровождающийся переносом вещества.

    Какие вещества являются электролитами. Электролиз

    Положительно и отрицательно заряженные ионы являются носителями свободных зарядов в электролитах. Соединения металлов в расплавленном состоянии, некоторые твердые вещества относят к электролитам. Основными их представителями являются водные растворы неорганических кислот, солей, оснований. Их широко применяют в технике.

    Определение 2

    При прохождении электрического тока через электролит происходит одновременное выделение веществ на электродах. Данное явление получило название электролиза.

    Электрический ток в электролитах рассматривается как перемещение ионов с обоими знаками в противоположных направлениях.

    Определение 3

    Движение положительных ионов направлено к отрицательному электроду (катоду), а отрицательных – к положительному электроду (аноду). Появление ионов с противоположными знаками в водных растворах солей, кислот, щелочей является следствием расщепления нейтральных молекул. Явление получило название электролитической диссоциации.

    Пример 1

    При диссоциации в водном растворе хлорида меди CuCl2 на ионы меди и хлора получаем выражение:

    CuCl2Cu2++2Cl-.

    Рисунок 1.15.1 показывает принцип упорядоченного движения положительных ионов меди к катоду, а отрицательных ионов хлора – к аноду вследствие подключения электродов к источнику тока при действии электрического поля на эти ионы.

    После достижения катода ионы меди нейтрализуются избыточным количеством его электронов и переходят в состояние нейтральных атомов, оседающих на катоде. Ионы хлора, добравшись к аноду, отдают по одному электрону. После чего происходит соединение попарно нейтральных атомов хлора для образования молекулы хлора Cl2. Его наличие обусловлено выделением пузырьков на аноде.

    Определение 4

    Многие реакции электролиза сопровождаются вторичными реакциями продуктов разложения, которые выделяются на электродах, с его материалом или растворителями.

    Пример 2

    Примером может служить электролиз раствора сульфата меди (медного купороса) CuSO4 при опущенных в электролит электродов, изготовленных их меди.

    Диссоциация молекул сульфата меди идет согласно формуле:

    CuSO4Cu2++SO42-.

    Нейтральные атомы меди оседают в виде твердого осадка на катоде. Таким образом получается химически чистая медь. При отдаче ионом SO42- двух электронов аноду становится нейтральным радикалом SO4, который вступает во вторичную реакцию с медным анодом:

    SO4+Cu=CuSO4.

    Получившаяся молекула сульфата меди переходит в раствор. Это показывает прохождение электрического тока через водный раствор сульфата меди для растворения медного анода и оседания меди на катоде. Концентрация данного раствора не меняется.

    Рисунок 1.15.1. Электролиз водного раствора хлорида меди.

    Закон электролиза

    В 1833 году М. Фарадеем был установлен закон электролиза.

    Определение 5

    Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, которые выделяются во время электролиза на электродах. Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

    m=kQ=kIt, где k является электрохимическим эквивалентом.

    Масса вещества, выделившегося на электроде, равняется массе всех ионов, пришедших к электроду, и запишется n=m0N=m0Qq0=m0q0It.

    Значения m0 и q0 являются массой и зарядом одного иона соответственно, а N=Qq0 - числом ионов, пришедших к электроду при прохождении через электролит с зарядом Q. Отсюда следует, что электрохимический эквивалент k равняется отношению массы m0 иона данного вещества к его заряду q0.

    Заряд иона является произведением валентности вещества n на элементарный заряд e(q0=ne), тогда запись выражения для k примет вид

    k=m0q0=m0NАneNА=1FMn.

    Значение NА является постоянной Авогадро, M=m0NА - молярной массой вещества, F=eNА - постоянной Фарадея.

    F=eNА=96485 Кл/моль.

    Определение 6

    Постоянная Фарадея численно равняется заряду, который следует пропустить через электролит, для выделения на электроде одного моля одновалентного вещества.

    Запись закона Фарадея для электролиза имеет вид

    m=1FMnIt.

    Явление электролиза широко применимо в современном промышленном производстве.

    Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
    Средняя оценка статьи
    4,2 из 5 (20 голосов)