Σχηματίζεται από την κατευθυνόμενη κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων και ότι σε αυτή την περίπτωση δεν συμβαίνουν αλλαγές στην ουσία από την οποία είναι κατασκευασμένος ο αγωγός.
Τέτοιοι αγωγοί, στους οποίους η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος δεν συνοδεύεται από χημικές αλλαγές στην ουσία τους, ονομάζονται μαέστροι πρώτου είδους. Αυτά περιλαμβάνουν όλα τα μέταλλα, τον άνθρακα και μια σειρά από άλλες ουσίες.
Υπάρχουν όμως και τέτοιοι αγωγοί ηλεκτρικού ρεύματος στη φύση, στους οποίους συμβαίνουν χημικά φαινόμενα κατά τη διέλευση του ρεύματος. Αυτοί οι αγωγοί ονομάζονται αγωγοί δευτέρου είδους. Αυτά περιλαμβάνουν κυρίως διάφορα διαλύματα σε νερό οξέων, αλάτων και αλκαλίων.
Εάν ρίξετε νερό σε ένα γυάλινο δοχείο και προσθέσετε μερικές σταγόνες θειικού οξέος (ή κάποιο άλλο οξύ ή αλκάλιο) σε αυτό και στη συνέχεια πάρετε δύο μεταλλικές πλάκες και συνδέσετε αγωγούς σε αυτές χαμηλώνοντας αυτές τις πλάκες στο δοχείο και συνδέστε ένα ρεύμα πηγή στα άλλα άκρα των αγωγών μέσω ενός διακόπτη και ενός αμπερόμετρου, στη συνέχεια θα απελευθερωθεί αέριο από το διάλυμα και θα συνεχίσει συνεχώς μέχρι να κλείσει το κύκλωμα. Το οξινισμένο νερό είναι πράγματι αγωγός. Επιπλέον, οι πλάκες θα αρχίσουν να καλύπτονται με φυσαλίδες αερίου. Τότε αυτές οι φυσαλίδες θα ξεκολλήσουν από τα πιάτα και θα βγουν έξω.
Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από το διάλυμα, συμβαίνουν χημικές αλλαγές, με αποτέλεσμα να απελευθερώνεται αέριο.
Οι αγωγοί του δεύτερου είδους ονομάζονται ηλεκτρολύτες και το φαινόμενο που εμφανίζεται στον ηλεκτρολύτη όταν τον διαπερνά ηλεκτρικό ρεύμα είναι.
Οι μεταλλικές πλάκες που βυθίζονται στον ηλεκτρολύτη ονομάζονται ηλεκτρόδια. ένα από αυτά, συνδεδεμένο με τον θετικό πόλο της πηγής ρεύματος, ονομάζεται άνοδος και το άλλο, συνδεδεμένο με τον αρνητικό πόλο, ονομάζεται κάθοδος.
Τι προκαλεί τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό υγρού; Αποδεικνύεται ότι σε τέτοια διαλύματα (ηλεκτρολύτες), τα μόρια οξέος (αλκάλια, άλατα) υπό τη δράση ενός διαλύτη (στην περίπτωση αυτή, του νερού) αποσυντίθενται σε δύο συστατικά και ένα σωματίδιο του μορίου έχει θετικό ηλεκτρικό φορτίο και το άλλο αρνητικό.
Τα σωματίδια ενός μορίου που έχουν ηλεκτρικό φορτίο ονομάζονται ιόντα. Όταν ένα οξύ, άλας ή αλκάλιο διαλύεται στο νερό, εμφανίζεται ένας μεγάλος αριθμός θετικών και αρνητικών ιόντων στο διάλυμα.
Τώρα θα πρέπει να γίνει σαφές γιατί ένα ηλεκτρικό ρεύμα πέρασε μέσα από το διάλυμα, επειδή μεταξύ των ηλεκτροδίων που συνδέονται με την πηγή ρεύματος, δημιουργήθηκε, με άλλα λόγια, ένα από αυτά αποδείχθηκε ότι ήταν θετικά φορτισμένο και το άλλο αρνητικά. Υπό την επίδραση αυτής της διαφοράς δυναμικού, τα θετικά ιόντα άρχισαν να κινούνται προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο - την κάθοδο, και τα αρνητικά ιόντα - προς την άνοδο.
Έτσι, η χαοτική κίνηση των ιόντων έχει γίνει μια διατεταγμένη αντίστροφη κίνηση αρνητικών ιόντων προς τη μία κατεύθυνση και θετικών προς την άλλη. Αυτή η διαδικασία μεταφοράς φορτίου συνιστά τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του ηλεκτρολύτη και συμβαίνει όσο υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων. Με την εξαφάνιση της διαφοράς δυναμικού, το ρεύμα μέσω του ηλεκτρολύτη σταματά, η ομαλή κίνηση των ιόντων διαταράσσεται και η χαοτική κίνηση επανέρχεται.
Ως παράδειγμα, εξετάστε το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα διάλυμα θειικού χαλκού CuSO4 με ηλεκτρόδια χαλκού χαμηλωμένα σε αυτό.
Το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης όταν το ρεύμα διέρχεται από διάλυμα θειικού χαλκού: C - δοχείο με ηλεκτρολύτη, B - πηγή ρεύματος, C - διακόπτης
Θα υπάρχει επίσης αντίστροφη κίνηση ιόντων προς τα ηλεκτρόδια. Το θετικό ιόν θα είναι το ιόν χαλκού (Cu) και το αρνητικό ιόν θα είναι το ιόν του υπολείμματος οξέος (SO4). Τα ιόντα χαλκού, όταν έρθουν σε επαφή με την κάθοδο, θα αποφορτιστούν (συνδέοντας τα ηλεκτρόνια που λείπουν στον εαυτό τους), δηλαδή θα μετατραπούν σε ουδέτερα μόρια καθαρού χαλκού και θα εναποτεθούν στην κάθοδο με τη μορφή του λεπτότερου (μοριακού) στρώματος.
Τα αρνητικά ιόντα, αφού φτάσουν στην άνοδο, εκφορτίζονται επίσης (διώχνουν περίσσεια ηλεκτρονίων). Ταυτόχρονα όμως μπαίνουν σε χημική αντίδραση με τον χαλκό της ανόδου, με αποτέλεσμα να προσκολλάται ένα μόριο χαλκού Cu στο όξινο υπόλειμμα SO4 και να σχηματίζεται ένα μόριο θειικού χαλκού CuS O4, το οποίο επιστρέφει πίσω στον ηλεκτρολύτη.
Δεδομένου ότι αυτή η χημική διαδικασία διαρκεί πολύ, ο χαλκός εναποτίθεται στην κάθοδο, ο οποίος απελευθερώνεται από τον ηλεκτρολύτη. Σε αυτή την περίπτωση, αντί για τα μόρια χαλκού που έχουν πάει στην κάθοδο, ο ηλεκτρολύτης λαμβάνει νέα μόρια χαλκού λόγω της διάλυσης του δεύτερου ηλεκτροδίου - της ανόδου.
Η ίδια διαδικασία συμβαίνει εάν ληφθούν ηλεκτρόδια ψευδαργύρου αντί για χαλκό και ο ηλεκτρολύτης είναι διάλυμα θειικού ψευδαργύρου ZnSO4. Ο ψευδάργυρος θα μεταφερθεί επίσης από την άνοδο στην κάθοδο.
Ετσι, διαφορά μεταξύ ηλεκτρικού ρεύματος σε μέταλλα και υγρών αγωγώνέγκειται στο γεγονός ότι στα μέταλλα μόνο τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, δηλαδή τα αρνητικά φορτία, είναι φορείς φορτίου, ενώ στους ηλεκτρολύτες μεταφέρεται από αντίθετα φορτισμένα σωματίδια ύλης - ιόντα που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Γι' αυτό το λένε οι ηλεκτρολύτες έχουν ιοντική αγωγιμότητα.
Το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσηςανακαλύφθηκε το 1837 από τον B. S. Jacobi, ο οποίος πραγματοποίησε πολυάριθμα πειράματα για τη μελέτη και τη βελτίωση των πηγών χημικού ρεύματος. Ο Jacobi διαπίστωσε ότι ένα από τα ηλεκτρόδια που τοποθετούνται σε διάλυμα θειικού χαλκού, όταν το διαπερνά ηλεκτρικό ρεύμα, καλύπτεται με χαλκό.
Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται επιμετάλλωση, βρίσκει πλέον εξαιρετικά ευρεία πρακτική εφαρμογή. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η επίστρωση μεταλλικών αντικειμένων με ένα λεπτό στρώμα άλλων μετάλλων, δηλαδή επινικελίωση, επιχρύσωση, επάργυρη κ.λπ.
Τα αέρια (συμπεριλαμβανομένου του αέρα) δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό υπό κανονικές συνθήκες. Για παράδειγμα, οι γυμνοί, που αιωρούνται παράλληλα μεταξύ τους, απομονώνονται το ένα από το άλλο με ένα στρώμα αέρα.
Ωστόσο, υπό την επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας, μιας μεγάλης διαφοράς δυναμικού και άλλων λόγων, τα αέρια, όπως οι υγροί αγωγοί, ιονίζονται, δηλαδή εμφανίζονται σε αυτά σε μεγάλους αριθμούς σωματίδια μορίων αερίου, τα οποία, ως φορείς ηλεκτρισμού, συμβάλλουν στη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του αερίου.
Αλλά ταυτόχρονα, ο ιονισμός ενός αερίου διαφέρει από τον ιονισμό ενός αγωγού υγρού. Εάν ένα μόριο διασπαστεί σε δύο φορτισμένα μέρη σε ένα υγρό, τότε στα αέρια, υπό τη δράση ιονισμού, τα ηλεκτρόνια διαχωρίζονται πάντα από κάθε μόριο και ένα ιόν παραμένει με τη μορφή ενός θετικά φορτισμένου μέρους του μορίου.
Αρκεί να σταματήσει ο ιονισμός του αερίου, καθώς παύει να είναι αγώγιμο, ενώ το υγρό παραμένει πάντα αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος. Κατά συνέπεια, η αγωγιμότητα ενός αερίου είναι ένα προσωρινό φαινόμενο, ανάλογα με τη δράση εξωτερικών αιτιών.
Ωστόσο, υπάρχει ένα άλλο που ονομάζεται εκκένωση τόξουή απλώς ένα ηλεκτρικό τόξο. Το φαινόμενο του ηλεκτρικού τόξου ανακαλύφθηκε στις αρχές του 19ου αιώνα από τον πρώτο Ρώσο ηλεκτρολόγο μηχανικό V. V. Petrov.
Ο V. V. Petrov, κάνοντας πολλά πειράματα, ανακάλυψε ότι ανάμεσα σε δύο κάρβουνα που συνδέονται με μια πηγή ρεύματος, εμφανίζεται μια συνεχής ηλεκτρική εκκένωση μέσω του αέρα, συνοδευόμενη από ένα έντονο φως. Στα γραπτά του, ο V. V. Petrov έγραψε ότι σε αυτή την περίπτωση, «η σκοτεινή ειρήνη μπορεί να φωτιστεί αρκετά έντονα». Έτσι, για πρώτη φορά αποκτήθηκε ηλεκτρικό φως, το οποίο εφαρμόστηκε πρακτικά από έναν άλλο Ρώσο ηλεκτρολόγο Pavel Nikolaevich Yablochkov.
Το "Yablochkov's Candle", το έργο του οποίου βασίζεται στη χρήση ηλεκτρικού τόξου, έκανε μια πραγματική επανάσταση στην ηλεκτρική μηχανική εκείνη την εποχή.
Η εκκένωση τόξου χρησιμοποιείται ως πηγή φωτός ακόμη και σήμερα, για παράδειγμα, σε προβολείς και προβολείς. Η υψηλή θερμοκρασία της εκκένωσης τόξου επιτρέπει τη χρήση του για . Επί του παρόντος, οι κάμινοι τόξου που τροφοδοτούνται από πολύ υψηλό ρεύμα χρησιμοποιούνται σε διάφορες βιομηχανίες: για την τήξη χάλυβα, χυτοσιδήρου, σιδηροκράματα, μπρούτζου κ.λπ. Και το 1882 ο Ν. Ν. Μπενάρδος χρησιμοποίησε για πρώτη φορά εκκένωση τόξου για κοπή και συγκόλληση μετάλλου.
Σε σωλήνες φωτός αερίου, λαμπτήρες φθορισμού, σταθεροποιητές τάσης, για τη λήψη δέσμης ηλεκτρονίων και ιόντων, τα λεγόμενα εκκένωση αερίου λάμψης.
Μια εκκένωση σπινθήρα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση μεγάλων διαφορών δυναμικού χρησιμοποιώντας ένα διάκενο μπάλας, τα ηλεκτρόδια του οποίου είναι δύο μεταλλικές μπάλες με γυαλισμένη επιφάνεια. Οι μπάλες απομακρύνονται και εφαρμόζεται μια μετρημένη διαφορά δυναμικού σε αυτές. Στη συνέχεια, οι μπάλες ενώνονται μέχρι να πηδήξει μια σπίθα ανάμεσά τους. Γνωρίζοντας τη διάμετρο των σφαιρών, την απόσταση μεταξύ τους, την πίεση, τη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα, βρίσκουν τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των σφαιρών σύμφωνα με ειδικούς πίνακες. Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση, εντός μερικών τοις εκατό, διαφορών δυναμικού της τάξης των δεκάδων χιλιάδων βολτ.
Το νερό ως γενικός διαλύτης.. Υδατικά διαλύματα.. Ηλεκτρολυτική διάσταση.. Ηλεκτρολύτης.. Αδύναμοι και ισχυροί ηλεκτρολύτες. Φορείς ηλεκτρικών φορτίων στα υγρά.. Θετικά και αρνητικά ιόντα.. Ηλεκτρόλυση.. Λιώματα.. Φύση ηλεκτρικού ρεύματος στα τήγματα ..
Μία από τις προϋποθέσεις για την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος είναι η παρουσία ελεύθερων φορτίων ικανών να κινούνται υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου. Μιλήσαμε για τη φύση του ηλεκτρικού ρεύματος στα μέταλλα και.
Σε αυτό το μάθημα, θα προσπαθήσουμε να καταλάβουμε ποια σωματίδια μεταφέρουν ηλεκτρικό φορτίο σε υγρά και λιώνουν.
Το νερό ως γενικός διαλύτης
Όπως γνωρίζουμε, το απεσταγμένο νερό δεν περιέχει φορείς φορτίου και επομένως δεν μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα, είναι δηλαδή διηλεκτρικό. Ωστόσο, η παρουσία οποιωνδήποτε ακαθαρσιών κάνει ήδη το νερό έναν αρκετά καλό αγωγό.
Το νερό έχει μια εκπληκτική ικανότητα να διαλύει σχεδόν όλα τα χημικά στοιχεία μέσα του. Όταν διάφορες ουσίες (οξέα, αλκάλια, βάσεις, άλατα κ.λπ.) διαλύονται στο νερό, το διάλυμα γίνεται αγωγός λόγω της διάσπασης των μορίων της ουσίας σε ιόντα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτρολυτική διάσταση και το ίδιο το διάλυμα είναι ένας ηλεκτρολύτης ικανός να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα. Όλες οι λεκάνες νερού στη Γη είναι, σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, φυσικοί ηλεκτρολύτες.
Ο παγκόσμιος ωκεανός είναι μια λύση ιόντων σχεδόν όλων των στοιχείων του περιοδικού πίνακα.
Το γαστρικό υγρό, το αίμα, η λέμφος, όλα τα υγρά του ανθρώπινου σώματος είναι ηλεκτρολύτες. Όλα τα ζώα και τα φυτά αποτελούνται επίσης κυρίως από ηλεκτρολύτες.
Ανάλογα με το βαθμό διάστασης, υπάρχουν ασθενείς και ισχυροί ηλεκτρολύτες. Το νερό είναι ένας αδύναμος ηλεκτρολύτης και τα περισσότερα ανόργανα οξέα είναι ισχυροί ηλεκτρολύτες. Οι ηλεκτρολύτες ονομάζονται επίσης αγωγοί του δεύτερου είδους.
Φορείς ηλεκτρικών φορτίων σε υγρό
Όταν διαλυθούν σε νερό (ή άλλο υγρό) διαφόρων ουσιών, αποσυντίθενται σε ιόντα.
Για παράδειγμα, το κοινό επιτραπέζιο αλάτι NaCl (χλωριούχο νάτριο) στο νερό διαχωρίζεται σε θετικά ιόντα νατρίου (Na +) και αρνητικά ιόντα χλωρίου (Cl-). Εάν οι δύο πόλοι στον προκύπτοντα ηλεκτρολύτη βρίσκονται σε διαφορετικά δυναμικά, τότε τα αρνητικά ιόντα μετατοπίζονται προς τον θετικό πόλο ενώ τα θετικά ιόντα μετατοπίζονται προς τον αρνητικό πόλο.
Έτσι, το ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα υγρό αποτελείται από ροές θετικών και αρνητικών ιόντων που κατευθύνονται το ένα προς το άλλο.
Ενώ το απολύτως καθαρό νερό είναι μονωτής, το νερό που περιέχει ακόμη και μικρές ακαθαρσίες (φυσικές ή εισαγόμενες από έξω) ιονισμένης ύλης είναι αγωγός ηλεκτρικού ρεύματος.
Ηλεκτρόλυση
Δεδομένου ότι τα θετικά και αρνητικά ιόντα της διαλυμένης ουσίας μετατοπίζονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου, η ουσία διαχωρίζεται σταδιακά σε δύο μέρη.
Αυτός ο διαχωρισμός της ύλης στα συστατικά της στοιχεία ονομάζεται ηλεκτρόλυση.
Οι ηλεκτρολύτες χρησιμοποιούνται στην ηλεκτροχημεία, σε πηγές χημικού ρεύματος (γαλβανικά στοιχεία και μπαταρίες), σε διαδικασίες παραγωγής ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης και σε άλλες τεχνολογίες που βασίζονται στην κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων σε υγρά υπό τη δράση ηλεκτρικού πεδίου.
λιώνει
Η διάσπαση μιας ουσίας είναι δυνατή χωρίς τη συμμετοχή νερού. Αρκεί να λιώσουν οι κρύσταλλοι της χημικής σύστασης της ουσίας και να πάρει το τήγμα. Τα τήγματα ύλης, όπως και οι υδατικοί ηλεκτρολύτες, είναι αγωγοί του δεύτερου είδους, και επομένως μπορούν να ονομαστούν ηλεκτρολύτες. Το ηλεκτρικό ρεύμα στα τήγματα έχει την ίδια φύση με το ρεύμα στους υδατικούς ηλεκτρολύτες - πρόκειται για αντίθετες ροές θετικών και αρνητικών ιόντων.
Χρησιμοποιώντας τήγματα, στη μεταλλουργία, το αλουμίνιο λαμβάνεται ηλεκτρολυτικά από την αλουμίνα. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω οξειδίου του αλουμινίου και κατά την ηλεκτρόλυση, καθαρό αλουμίνιο συσσωρεύεται σε ένα από τα ηλεκτρόδια (κάθοδος). Πρόκειται για μια πολύ ενεργοβόρα διαδικασία, η οποία, όσον αφορά την κατανάλωση ενέργειας, μοιάζει με την αποσύνθεση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο με χρήση ηλεκτρικού ρεύματος.
Στο κατάστημα ηλεκτρόλυσης αλουμινίου
Όλοι είναι εξοικειωμένοι με τον ορισμό του ηλεκτρικού ρεύματος. Αναπαρίσταται ως μια κατευθυνόμενη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων. Μια τέτοια κίνηση σε διαφορετικά περιβάλλοντα έχει θεμελιώδεις διαφορές. Ως βασικό παράδειγμα αυτού του φαινομένου, μπορεί κανείς να φανταστεί τη ροή και τη διάδοση του ηλεκτρικού ρεύματος στα υγρά. Τέτοια φαινόμενα χαρακτηρίζονται από διαφορετικές ιδιότητες και διαφέρουν σοβαρά από την διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων, η οποία συμβαίνει υπό κανονικές συνθήκες και όχι υπό την επίδραση διαφόρων υγρών.
Εικόνα 1. Ηλεκτρικό ρεύμα σε υγρά. Author24 - διαδικτυακή ανταλλαγή φοιτητικών εγγράφων
Σχηματισμός ηλεκτρικού ρεύματος σε υγρά
Παρά το γεγονός ότι η διαδικασία αγωγής του ηλεκτρικού ρεύματος πραγματοποιείται μέσω μεταλλικών συσκευών (αγωγών), το ρεύμα στα υγρά εξαρτάται από την κίνηση φορτισμένων ιόντων που έχουν αποκτήσει ή χάσει τέτοια άτομα και μόρια για κάποιο συγκεκριμένο λόγο. Ένας δείκτης μιας τέτοιας κίνησης είναι μια αλλαγή στις ιδιότητες μιας συγκεκριμένης ουσίας, όπου περνούν τα ιόντα. Έτσι, είναι απαραίτητο να βασιστούμε στον βασικό ορισμό του ηλεκτρικού ρεύματος προκειμένου να διαμορφώσουμε μια συγκεκριμένη έννοια του σχηματισμού ρεύματος σε διάφορα υγρά. Καθορίζεται ότι η αποσύνθεση αρνητικά φορτισμένων ιόντων συμβάλλει στη μετακίνηση προς την περιοχή της πηγής ρεύματος με θετικές τιμές. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα σε τέτοιες διεργασίες θα κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση - προς μια πηγή αρνητικού ρεύματος.
Οι αγωγοί υγρών χωρίζονται σε τρεις κύριους τύπους:
- ημιαγωγοί?
- διηλεκτρικά?
- αγωγοί.
Ορισμός 1
Η ηλεκτρολυτική διάσταση είναι η διαδικασία αποσύνθεσης μορίων ενός συγκεκριμένου διαλύματος σε αρνητικά και θετικά φορτισμένα ιόντα.
Μπορεί να διαπιστωθεί ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα στα υγρά μπορεί να συμβεί μετά από αλλαγή στη σύνθεση και τις χημικές ιδιότητες των υγρών που χρησιμοποιούνται. Αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με τη θεωρία της διάδοσης του ηλεκτρικού ρεύματος με άλλους τρόπους όταν χρησιμοποιείται ένας συμβατικός μεταλλικός αγωγός.
Πειράματα Faraday και ηλεκτρόλυση
Η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος στα υγρά είναι προϊόν της κίνησης των φορτισμένων ιόντων. Τα προβλήματα που σχετίζονται με την εμφάνιση και τη διάδοση του ηλεκτρικού ρεύματος στα υγρά οδήγησαν στη μελέτη του διάσημου επιστήμονα Michael Faraday. Με τη βοήθεια πολυάριθμων πρακτικών μελετών, μπόρεσε να βρει στοιχεία ότι η μάζα μιας ουσίας που απελευθερώνεται κατά την ηλεκτρόλυση εξαρτάται από την ποσότητα του χρόνου και του ηλεκτρισμού. Σε αυτή την περίπτωση, ο χρόνος κατά τον οποίο πραγματοποιήθηκαν τα πειράματα είναι σημαντικός.
Ο επιστήμονας μπόρεσε επίσης να ανακαλύψει ότι στη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, όταν απελευθερώνεται μια ορισμένη ποσότητα μιας ουσίας, απαιτείται η ίδια ποσότητα ηλεκτρικών φορτίων. Αυτή η ποσότητα καθορίστηκε με ακρίβεια και καθορίστηκε σε μια σταθερή τιμή, η οποία ονομαζόταν αριθμός Faraday.
Στα υγρά, το ηλεκτρικό ρεύμα έχει διαφορετικές συνθήκες διάδοσης. Αλληλεπιδρά με τα μόρια του νερού. Εμποδίζουν σημαντικά κάθε κίνηση των ιόντων, κάτι που δεν παρατηρήθηκε σε πειράματα με χρήση συμβατικού μεταλλικού αγωγού. Από αυτό προκύπτει ότι η παραγωγή ρεύματος κατά τις ηλεκτρολυτικές αντιδράσεις δεν θα είναι τόσο μεγάλη. Ωστόσο, όσο αυξάνεται η θερμοκρασία του διαλύματος, η αγωγιμότητα αυξάνεται σταδιακά. Αυτό σημαίνει ότι η τάση του ηλεκτρικού ρεύματος αυξάνεται. Επίσης στη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, έχει παρατηρηθεί ότι η πιθανότητα ενός συγκεκριμένου μορίου να αποσυντεθεί σε αρνητικά ή θετικά φορτία ιόντων αυξάνεται λόγω του μεγάλου αριθμού μορίων της ουσίας ή του διαλύτη που χρησιμοποιείται. Όταν το διάλυμα είναι κορεσμένο με ιόντα που υπερβαίνουν έναν ορισμένο κανόνα, εμφανίζεται η αντίστροφη διαδικασία. Η αγωγιμότητα του διαλύματος αρχίζει να μειώνεται ξανά.
Επί του παρόντος, η διαδικασία της ηλεκτρόλυσης έχει βρει την εφαρμογή της σε πολλούς τομείς και τομείς της επιστήμης και στην παραγωγή. Οι βιομηχανικές επιχειρήσεις το χρησιμοποιούν στην παραγωγή ή επεξεργασία μετάλλου. Οι ηλεκτροχημικές αντιδράσεις εμπλέκονται σε:
- ηλεκτρόλυση άλατος;
- Ηλεκτρική επιμετάλλωση?
- γυάλισμα επιφάνειας?
- άλλες διεργασίες οξειδοαναγωγής.
Ηλεκτρικό ρεύμα σε κενό και υγρά
Η διάδοση του ηλεκτρικού ρεύματος σε υγρά και άλλα μέσα είναι μια αρκετά περίπλοκη διαδικασία που έχει τα δικά της χαρακτηριστικά, χαρακτηριστικά και ιδιότητες. Το γεγονός είναι ότι σε τέτοια μέσα δεν υπάρχουν καθόλου φορτία στα σώματα, επομένως συνήθως ονομάζονται διηλεκτρικά. Ο κύριος στόχος της έρευνας ήταν να δημιουργηθούν τέτοιες συνθήκες κάτω από τις οποίες τα άτομα και τα μόρια θα μπορούσαν να ξεκινήσουν την κίνησή τους και να ξεκινήσει η διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Για αυτό, συνηθίζεται να χρησιμοποιείτε ειδικούς μηχανισμούς ή συσκευές. Το κύριο στοιχείο τέτοιων αρθρωτών συσκευών είναι αγωγοί με τη μορφή μεταλλικών πλακών.
Για τον προσδιορισμό των κύριων παραμέτρων του ρεύματος, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν γνωστές θεωρίες και τύποι. Ο πιο συνηθισμένος είναι ο νόμος του Ohm. Λειτουργεί ως γενικό χαρακτηριστικό αμπέρ, όπου εφαρμόζεται η αρχή της εξάρτησης ρεύματος-τάσης. Θυμηθείτε ότι η τάση μετριέται σε μονάδες αμπέρ.
Για πειράματα με νερό και αλάτι, είναι απαραίτητο να προετοιμάσετε ένα δοχείο με αλατόνερο. Αυτό θα δώσει μια πρακτική και οπτική αναπαράσταση των διεργασιών που συμβαίνουν όταν παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα σε υγρά. Επίσης, η εγκατάσταση θα πρέπει να περιέχει ορθογώνια ηλεκτρόδια και τροφοδοτικά. Για προετοιμασία πλήρους κλίμακας για πειράματα, πρέπει να έχετε εγκατάσταση αμπέρ. Θα βοηθήσει στη μεταφορά ενέργειας από την παροχή ρεύματος στα ηλεκτρόδια.
Οι μεταλλικές πλάκες θα λειτουργήσουν ως αγωγοί. Βυθίζονται στο χρησιμοποιούμενο υγρό και στη συνέχεια συνδέεται η τάση. Η κίνηση των σωματιδίων ξεκινά αμέσως. Τρέχει τυχαία. Όταν δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο μεταξύ των αγωγών, διατάσσεται ολόκληρη η διαδικασία της κίνησης των σωματιδίων.
Τα ιόντα αρχίζουν να αλλάζουν φορτία και να συνδυάζονται. Έτσι οι κάθοδοι γίνονται άνοδοι και οι άνοδοι κάθοδοι. Σε αυτή τη διαδικασία, υπάρχουν επίσης αρκετοί άλλοι σημαντικοί παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη:
- επίπεδο διάστασης?
- θερμοκρασία;
- ηλεκτρική αντίσταση;
- χρήση εναλλασσόμενου ή συνεχούς ρεύματος.
Στο τέλος του πειράματος, σχηματίζεται ένα στρώμα αλατιού στις πλάκες.
Τα υγρά, όπως και κάθε άλλη ουσία, μπορεί να είναι αγωγοί, ημιαγωγοί και διηλεκτρικά. Για παράδειγμα, το απεσταγμένο νερό θα είναι διηλεκτρικό και τα διαλύματα ηλεκτρολυτών και τα τήγματα θα είναι αγωγοί. Οι ημιαγωγοί θα είναι, για παράδειγμα, λιωμένα τήγματα σεληνίου ή σουλφιδίου.
Ιονική αγωγιμότητα
Η ηλεκτρολυτική διάσταση είναι η διαδικασία αποσύνθεσης των μορίων του ηλεκτρολύτη σε ιόντα υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου πολικών μορίων νερού. Ο βαθμός διάστασης είναι η αναλογία των μορίων που αποσυντίθενται σε ιόντα σε μια διαλυμένη ουσία.
Ο βαθμός διάστασης θα εξαρτηθεί από διάφορους παράγοντες: θερμοκρασία, συγκέντρωση διαλύματος, ιδιότητες διαλύτη. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, θα αυξάνεται και ο βαθμός διάστασης.
Αφού τα μόρια χωριστούν σε ιόντα, κινούνται τυχαία. Σε αυτή την περίπτωση, δύο ιόντα διαφορετικών σημάτων μπορούν να ανασυνδυαστούν, δηλαδή να συνδυαστούν ξανά σε ουδέτερα μόρια. Ελλείψει εξωτερικών αλλαγών στη λύση, θα πρέπει να δημιουργηθεί δυναμική ισορροπία. Με αυτό, ο αριθμός των μορίων που διασπώνται σε ιόντα ανά μονάδα χρόνου θα είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων που θα ενωθούν ξανά.
Οι φορείς φορτίου σε υδατικά διαλύματα και τήγματα ηλεκτρολυτών θα είναι ιόντα. Εάν ένα δοχείο με διάλυμα ή τήγμα περιλαμβάνεται στο κύκλωμα, τότε τα θετικά φορτισμένα ιόντα θα αρχίσουν να κινούνται προς την κάθοδο και τα αρνητικά - προς την άνοδο. Ως αποτέλεσμα αυτής της κίνησης, θα προκύψει ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτός ο τύπος αγωγιμότητας ονομάζεται ιοντική αγωγιμότητα.
Εκτός από την ιοντική αγωγιμότητα στα υγρά, μπορεί να έχει και ηλεκτρονική αγωγιμότητα. Αυτός ο τύπος αγωγιμότητας είναι χαρακτηριστικός, για παράδειγμα, των υγρών μετάλλων. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, στην ιοντική αγωγιμότητα, η διέλευση του ρεύματος συνδέεται με τη μεταφορά της ύλης.
Ηλεκτρόλυση
Ουσίες που αποτελούν μέρος των ηλεκτρολυτών θα καθιζάνουν στα ηλεκτρόδια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ηλεκτρόλυση. Η ηλεκτρόλυση είναι η διαδικασία απελευθέρωσης μιας ουσίας στο ηλεκτρόδιο, που σχετίζεται με αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.
Η ηλεκτρόλυση έχει βρει ευρεία εφαρμογή στη φυσική και την τεχνολογία. Με τη βοήθεια της ηλεκτρόλυσης, η επιφάνεια ενός μετάλλου καλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα άλλου μετάλλου. Για παράδειγμα, επιχρωμίωση και επινικέλιο.
Χρησιμοποιώντας ηλεκτρόλυση, μπορείτε να πάρετε ένα αντίγραφο από μια ανάγλυφη επιφάνεια. Για αυτό, είναι απαραίτητο το μεταλλικό στρώμα που κατακάθεται στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου να μπορεί να αφαιρεθεί εύκολα. Για να γίνει αυτό, μερικές φορές εφαρμόζεται γραφίτης στην επιφάνεια.
Η διαδικασία λήψης τέτοιων επιστρώσεων που αφαιρούνται εύκολα ονομάζεται ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση. Αυτή η μέθοδος αναπτύχθηκε από τον Ρώσο επιστήμονα Boris Jacobi στην κατασκευή κοίλων μορφών για τον καθεδρικό ναό του Αγίου Ισαάκ στην Αγία Πετρούπολη.
Σχεδόν κάθε άτομο γνωρίζει τον ορισμό του ηλεκτρικού ρεύματος ως Ωστόσο, το όλο θέμα είναι ότι η προέλευση και η κίνησή του σε διάφορα μέσα διαφέρουν αρκετά μεταξύ τους. Συγκεκριμένα, το ηλεκτρικό ρεύμα στα υγρά έχει κάπως διαφορετικές ιδιότητες από τους ίδιους μεταλλικούς αγωγούς.
Η κύρια διαφορά είναι ότι το ρεύμα στα υγρά είναι η κίνηση φορτισμένων ιόντων, δηλαδή ατόμων ή και μορίων που έχουν χάσει ή αποκτήσει ηλεκτρόνια για κάποιο λόγο. Ταυτόχρονα, ένας από τους δείκτες αυτής της κίνησης είναι μια αλλαγή στις ιδιότητες της ουσίας από την οποία περνούν αυτά τα ιόντα. Με βάση τον ορισμό του ηλεκτρικού ρεύματος, μπορούμε να υποθέσουμε ότι κατά την αποσύνθεση, τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα θα κινηθούν προς θετικά και θετικά, αντίθετα προς αρνητικά.
Η διαδικασία αποσύνθεσης των μορίων του διαλύματος σε θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα ονομάζεται ηλεκτρολυτική διάσταση στην επιστήμη. Έτσι, ένα ηλεκτρικό ρεύμα στα υγρά προκύπτει λόγω του γεγονότος ότι, σε αντίθεση με τον ίδιο μεταλλικό αγωγό, η σύνθεση και οι χημικές ιδιότητες αυτών των υγρών αλλάζουν, με αποτέλεσμα τη διαδικασία κίνησης των φορτισμένων ιόντων.
Το ηλεκτρικό ρεύμα στα υγρά, η προέλευσή του, τα ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά του ήταν ένα από τα κύρια προβλήματα που μελετούσε ο διάσημος φυσικός Μ. Φαραντάι για μεγάλο χρονικό διάστημα. Συγκεκριμένα, με τη βοήθεια πολυάριθμων πειραμάτων, μπόρεσε να αποδείξει ότι η μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται κατά την ηλεκτρόλυση εξαρτάται άμεσα από την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας και το χρόνο κατά τον οποίο πραγματοποιήθηκε αυτή η ηλεκτρόλυση. Από οποιουσδήποτε άλλους λόγους, με εξαίρεση τον τύπο της ουσίας, αυτή η μάζα δεν εξαρτάται.
Επιπλέον, μελετώντας το ρεύμα στα υγρά, ο Faraday ανακάλυψε πειραματικά ότι η ίδια ποσότητα χρειάζεται για να απομονωθεί ένα κιλό οποιασδήποτε ουσίας κατά την ηλεκτρόλυση.Αυτό το ποσό, ίσο με 9,65,10 7 k, ονομάστηκε αριθμός Faraday.
Σε αντίθεση με τους μεταλλικούς αγωγούς, το ηλεκτρικό ρεύμα στα υγρά περιβάλλεται, γεγονός που περιπλέκει πολύ την κίνηση των ιόντων της ουσίας. Από αυτή την άποψη, σε οποιονδήποτε ηλεκτρολύτη, μπορεί να δημιουργηθεί μόνο μια μικρή τάση. Ταυτόχρονα, εάν η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται, τότε η αγωγιμότητά του αυξάνεται και το πεδίο αυξάνεται.
Η ηλεκτρόλυση έχει μια άλλη ενδιαφέρουσα ιδιότητα. Το θέμα είναι ότι η πιθανότητα διάσπασης ενός συγκεκριμένου μορίου σε θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των μορίων της ίδιας της ουσίας και του διαλύτη. Ταυτόχρονα, σε μια ορισμένη στιγμή, το διάλυμα γίνεται υπερκορεσμένο με ιόντα, μετά την οποία η αγωγιμότητα του διαλύματος αρχίζει να μειώνεται. Έτσι, το ισχυρότερο θα λάβει χώρα σε ένα διάλυμα όπου η συγκέντρωση των ιόντων είναι εξαιρετικά χαμηλή, αλλά το ηλεκτρικό ρεύμα σε τέτοια διαλύματα θα είναι εξαιρετικά χαμηλό.
Η διαδικασία της ηλεκτρόλυσης έχει βρει ευρεία εφαρμογή σε διάφορες βιομηχανικές παραγωγές που σχετίζονται με ηλεκτροχημικές αντιδράσεις. Μεταξύ των σημαντικότερων από αυτά είναι η παραγωγή μετάλλου με χρήση ηλεκτρολυτών, η ηλεκτρόλυση αλάτων που περιέχουν χλώριο και τα παράγωγά του, οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, η παραγωγή μιας τέτοιας απαραίτητης ουσίας όπως το υδρογόνο, η στίλβωση επιφανειών και η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση. Για παράδειγμα, σε πολλές επιχειρήσεις μηχανολογίας και οργανοποιίας, είναι πολύ διαδεδομένη η μέθοδος εξευγενισμού, που είναι η παραγωγή μετάλλου χωρίς περιττές ακαθαρσίες.
