Se formează prin mișcarea direcționată a electronilor liberi și că în acest caz nu se produc modificări ale substanței din care este făcut conductorul.
Astfel de conductoare, în care trecerea unui curent electric nu este însoțită de modificări chimice ale substanței lor, se numesc conductoare de primul fel. Acestea includ toate metalele, cărbunele și o serie de alte substanțe.
Dar există și astfel de conductori de curent electric în natură, în care fenomene chimice apar în timpul trecerii curentului. Acești conductori se numesc conductoare de al doilea fel. Acestea includ în principal diverse soluții în apă de acizi, săruri și alcalii.
Dacă turnați apă într-un vas de sticlă și adăugați câteva picături de acid sulfuric (sau alt acid sau alcalin), apoi luați două plăci metalice și atașați conductorii de ele coborând aceste plăci în vas și conectați un curent sursă la celelalte capete ale conductorilor printr-un comutator și un ampermetru, apoi gazul va fi eliberat din soluție și va continua continuu până când circuitul este închis. apa acidificată este într-adevăr un conductor. În plus, plăcile vor începe să fie acoperite cu bule de gaz. Apoi aceste bule se vor desprinde din farfurii și vor ieși.
Când un curent electric trece prin soluție, apar modificări chimice, în urma cărora se eliberează gaz.
Conductorii de al doilea fel se numesc electroliți, iar fenomenul care are loc în electrolit atunci când un curent electric trece prin el este.
Plăcile metalice scufundate în electrolit se numesc electrozi; unul dintre ele, conectat la polul pozitiv al sursei de curent, se numește anod, iar celălalt, conectat la polul negativ, se numește catod.
Ce cauzează trecerea curentului electric într-un conductor lichid? Se pare că în astfel de soluții (electroliți), moleculele acide (alcali, săruri) sub acțiunea unui solvent (în acest caz, apă) se descompun în două componente și o particulă a moleculei are o sarcină electrică pozitivă, iar cealaltă negativă.
Particulele unei molecule care au o sarcină electrică se numesc ioni. Când un acid, sare sau alcali este dizolvat în apă, în soluție apar un număr mare de ioni pozitivi și negativi.
Acum ar trebui să devină clar de ce un curent electric a trecut prin soluție, deoarece între electrozii conectați la sursa de curent a fost creat, cu alte cuvinte, unul dintre ei s-a dovedit a fi încărcat pozitiv, iar celălalt negativ. Sub influența acestei diferențe de potențial, ionii pozitivi au început să se miște spre electrodul negativ - catod, iar ionii negativi - spre anod.
Astfel, mișcarea haotică a ionilor a devenit o contra-mișcare ordonată a ionilor negativi într-o direcție și a celor pozitivi în cealaltă. Acest proces de transfer de sarcină constituie fluxul de curent electric prin electrolit și are loc atâta timp cât există o diferență de potențial între electrozi. Odată cu dispariția diferenței de potențial, curentul prin electrolit se oprește, mișcarea ordonată a ionilor este perturbată și mișcarea haotică se instalează din nou.
Ca exemplu, luați în considerare fenomenul de electroliză atunci când un curent electric este trecut printr-o soluție de sulfat de cupru CuSO4 cu electrozi de cupru coborâți în ea.
Fenomenul de electroliză atunci când curentul trece printr-o soluție de sulfat de cupru: C - vas cu electrolit, B - sursă de curent, C - comutator
Va exista, de asemenea, o contra mișcare a ionilor către electrozi. Ionul pozitiv va fi ionul de cupru (Cu), iar ionul negativ va fi ionul rezidual acid (SO4). Ionii de cupru, la contactul cu catodul, vor fi descărcați (atașând electronii lipsă la ei înșiși), adică se vor transforma în molecule neutre de cupru pur și se vor depune pe catod sub forma celui mai subțire strat (molecular).
Ionii negativi, ajungând la anod, sunt și ei descărcați (dau electroni în exces). Dar în același timp intră reactie chimica cu cupru anod, în urma căruia la reziduul acid SO4 se adaugă o moleculă de cupru Cu și se formează o moleculă de sulfat de cupru CuS O4, care este returnată în electrolit.
Deoarece acest proces chimic durează mult timp, cuprul este depus pe catod, care este eliberat din electrolit. În acest caz, în locul moleculelor de cupru care au ajuns la catod, electrolitul primește noi molecule de cupru datorită dizolvării celui de-al doilea electrod - anodul.
Același proces are loc dacă se iau electrozi de zinc în loc de cei de cupru, iar electrolitul este o soluție de sulfat de zinc ZnSO4. Zincul va fi, de asemenea, transferat de la anod la catod.
În acest fel, diferența dintre curentul electric din metale și conductorii de lichid constă în faptul că în metale doar electronii liberi, adică sarcinile negative, sunt purtători de sarcină, în timp ce în electroliți sunt transportați de particule de materie încărcate opus - ioni care se mișcă în direcții opuse. Prin urmare ei spun că electroliții au conductivitate ionică.
Fenomenul electrolizei a fost descoperit în 1837 de B. S. Jacobi, care a efectuat numeroase experimente privind studiul și îmbunătățirea surselor de curent chimic. Jacobi a descoperit că unul dintre electrozii plasați într-o soluție de sulfat de cupru, când trece un curent electric prin el, este acoperit cu cupru.
Acest fenomen se numește galvanizare, găsește acum o aplicație practică extrem de largă. Un exemplu în acest sens este acoperirea obiectelor metalice cu un strat subțire de alte metale, adică placarea cu nichel, aurirea, placarea cu argint etc.
Gazele (inclusiv aerul) nu conduc electricitatea în condiții normale. De exemplu, goale, fiind suspendate paralel unele cu altele, sunt izolate una de alta printr-un strat de aer.
Cu toate acestea, sub influența temperaturii ridicate, a unei diferențe mari de potențial și a altor motive, gazele, cum ar fi conductorii de lichid, ionizează, adică apar în ele în în număr mare particule de molecule de gaz, care, fiind purtători de electricitate, contribuie la trecerea curentului electric prin gaz.
Dar, în același timp, ionizarea unui gaz diferă de ionizarea unui conductor lichid. Dacă o moleculă se rupe în două părți încărcate într-un lichid, atunci în gaze, sub acțiunea ionizării, electronii sunt întotdeauna separați de fiecare moleculă și un ion rămâne sub forma unei părți încărcate pozitiv a moleculei.
Trebuie doar să opriți ionizarea gazului, deoarece acesta încetează să mai fie conducător, în timp ce lichidul rămâne întotdeauna un conductor de curent electric. În consecință, conductivitatea unui gaz este un fenomen temporar, în funcție de acțiunea factorilor externi.
Cu toate acestea, mai există unul numit descărcare cu arc sau doar un arc electric. Fenomenul arcului electric a fost descoperit la începutul secolului al XIX-lea de către primul inginer electric rus V. V. Petrov.
V. V. Petrov, făcând numeroase experimente, a descoperit că între doi cărbuni conectați la o sursă de curent, se produce o descărcare electrică continuă prin aer, însoțită de o lumină puternică. În scrierile sale, V. V. Petrov a scris că, în acest caz, „pacea întunecată poate fi destul de puternic luminată”. Așadar, pentru prima dată s-a obținut lumină electrică, care a fost aplicată practic de un alt electronist rus Pavel Nikolaevich Yablochkov.
„Lumânarea lui Yablochkov”, a cărei lucrare se bazează pe utilizarea unui arc electric, a făcut o adevărată revoluție în inginerie electrică în acele vremuri.
Descărcarea cu arc este folosită ca sursă de lumină și astăzi, de exemplu, în proiectoare și proiectoare. Temperatura ridicată a descărcării arcului permite utilizarea acestuia pentru . În prezent, cuptoarele cu arc alimentate cu un curent foarte mare sunt utilizate într-o serie de industrii: pentru topirea oțelului, fontei, feroaliajelor, bronzului etc. Și în 1882, N. N. Benardos a folosit pentru prima dată o descărcare cu arc pentru tăierea și sudarea metalului.
În tuburi de lumină cu gaz, lămpi fluorescente, stabilizatoare de tensiune, pentru a obține fascicule de electroni și ioni, așa-numitele descărcare de gaz strălucitor.
O descărcare de scânteie este utilizată pentru a măsura diferențe mari de potențial folosind un spațiu între bile, ai cărui electrozi sunt două bile metalice cu o suprafață lustruită. Bilele sunt depărtate și li se aplică o diferență de potențial măsurată. Apoi bilele sunt aduse împreună până când o scânteie sare între ele. Cunoscând diametrul bilelor, distanța dintre ele, presiunea, temperatura și umiditatea aerului, găsesc diferența de potențial dintre bile conform tabelelor speciale. Această metodă poate fi utilizată pentru a măsura, cu câteva procente, diferențe de potențial de ordinul a zeci de mii de volți.
Apa ca solvent universal.. Soluții apoase.. Disocierea electrolitică.. Electroliți.. Electroliți slabi și puternici.. Purtători de sarcini electrice în lichide.. Ioni pozitivi și negativi.. Electroliza.. Topituri.. Natura curentului electric în topituri. ..
Una dintre condițiile pentru apariția unui curent electric este prezența sarcinilor libere capabile să se deplaseze sub influența unui câmp electric. Am vorbit despre natura curentului electric în metale și.
În această lecție, vom încerca să ne dăm seama ce particule poartă sarcină electrică în lichide și se topește.
Apa ca solvent universal
După cum știm, apa distilată nu conține purtători de sarcină și, prin urmare, nu conduce curentul electric, adică este un dielectric. Cu toate acestea, prezența oricăror impurități face deja ca apa să fie un conductor destul de bun.
Apa are capacitatea fenomenală de a dizolva aproape totul în sine. elemente chimice. Când diferite substanțe (acizi, alcaline, baze, săruri etc.) sunt dizolvate în apă, soluția devine conductor datorită descompunerii moleculelor de substanță în ioni. Acest fenomen se numește disociere electrolitică, iar soluția în sine este un electrolit capabil să conducă un curent electric. Toate bazinele de apă de pe Pământ sunt, într-o măsură mai mare sau mai mică, electroliți naturali.
Oceanul mondial este o soluție de ioni ai aproape tuturor elementelor tabelului periodic.
Sucul gastric, sângele, limfa, toate fluidele din corpul uman sunt electroliți. Toate animalele și plantele sunt, de asemenea, compuse în principal din electroliți.
În funcție de gradul de disociere, există electroliți slabi și puternici. Apa este un electrolit slab, iar majoritatea acizilor anorganici sunt electroliți puternici. Electroliții sunt numiți și conductori de al doilea fel.
Purtători de sarcini electrice într-un lichid
Când sunt dizolvate în apă (sau alt lichid) a diferitelor substanțe, se descompun în ioni.
De exemplu, sarea obișnuită de masă NaCl (clorura de sodiu) din apă se separă în ioni de sodiu pozitivi (Na +) și ioni de clorură negativi (Cl -). Dacă cei doi poli din electrolitul rezultat sunt la potențiale diferite, atunci ionii negativi se deplasează spre polul pozitiv, în timp ce ionii pozitivi se deplasează spre polul negativ.
Astfel, curentul electric dintr-un lichid constă din fluxuri de ioni pozitivi și negativi direcționați unul către celălalt.
În timp ce apa absolut pură este un izolator, apa care conține chiar și impurități mici (naturale sau introduse din exterior) de materie ionizată este un conductor de curent electric.
Electroliză
Deoarece ionii pozitivi și negativi ai solutului se deplasează în direcții diferite sub influența câmpului electric, substanța se separă treptat în două părți.
Această separare a materiei în elementele sale constitutive se numește electroliză.
Electroliții sunt utilizați în electrochimie, în sursele de curent chimic (pile galvanice și baterii), în procesele de producție de galvanizare și alte tehnologii bazate pe mișcarea sarcinilor electrice în lichide sub influența unui câmp electric.
se topește
Disocierea unei substanțe este posibilă fără participarea apei. Suficient pentru a topi cristalele compoziție chimică substanțe și se topesc. Topiturile de materie, ca electroliții aposi, sunt conductori de al doilea fel și, prin urmare, pot fi numiți electroliți. Electricitateîn topituri are aceeași natură ca și curentul din electroliții apoși - acestea sunt contra fluxuri de ioni pozitivi și negativi.
Folosind topituri, în metalurgie, aluminiul se obține electrolitic din alumină. Un curent electric trece prin oxidul de aluminiu și în timpul electrolizei, aluminiul pur se acumulează la unul dintre electrozi (catod). Acesta este un proces foarte consumator de energie, care, în ceea ce privește consumul de energie, seamănă cu descompunerea apei în hidrogen și oxigen folosind curentul electric.
În magazinul de electroliză de aluminiu
Toată lumea este familiarizată cu definiția curentului electric. Este reprezentată ca o mișcare direcționată a particulelor încărcate. O astfel de mișcare în medii diferite are diferențe fundamentale. Ca exemplu de bază al acestui fenomen, ne putem imagina fluxul și propagarea curentului electric în lichide. Astfel de fenomene sunt caracterizate de proprietăți diferite și sunt foarte diferite de mișcarea ordonată a particulelor încărcate, care are loc în condiții normale, nu sub influența diferitelor lichide.
Figura 1. Curentul electric în lichide. Autor24 - Schimb de internet munca elevului
Formarea curentului electric în lichide
În ciuda faptului că procesul de conducere a curentului electric se realizează cu ajutorul dispozitivelor metalice (conductoare), curentul din lichide depinde de mișcarea ionilor încărcați care au dobândit sau au pierdut astfel de atomi și molecule dintr-un anumit motiv. Un indicator al unei astfel de mișcări este o modificare a proprietăților unei anumite substanțe, unde trec ionii. Astfel, este necesar să ne bazăm pe definiția de bază a curentului electric pentru a forma un concept specific de formare a curentului în diferite lichide. Se determină că descompunerea ionilor încărcați negativ contribuie la deplasarea în regiunea sursei de curent cu valori pozitive. Ionii încărcați pozitiv în astfel de procese se vor deplasa în direcția opusă - la o sursă de curent negativă.
Conductoarele lichide sunt împărțite în trei tipuri principale:
- semiconductori;
- dielectrice;
- conductoare.
Definiția 1
Disocierea electrolitică este procesul de descompunere a moleculelor unei anumite soluții în ioni încărcați negativi și pozitivi.
Se poate stabili că un curent electric în lichide poate apărea după o modificare a compoziției și proprietăților chimice ale lichidelor utilizate. Acest lucru contrazice complet teoria propagării curentului electric în alte moduri atunci când se utilizează un conductor metalic convențional.
Experimentele lui Faraday și electroliza
Fluxul curentului electric în lichide este un produs al mișcării ionilor încărcați. Problemele asociate cu apariția și propagarea curentului electric în lichide au condus la studiul celebrului om de știință Michael Faraday. Cu ajutorul a numeroase studii practice, el a reușit să găsească dovezi că masa unei substanțe eliberată în timpul electrolizei depinde de cantitatea de timp și de electricitate. În acest caz, timpul în care au fost efectuate experimentele este important.
Omul de știință a reușit, de asemenea, să afle că în procesul de electroliză, atunci când o anumită cantitate de substanță este eliberată, este nevoie de aceeași cantitate de sarcini electrice. Această cantitate a fost stabilită cu precizie și fixată într-o valoare constantă, care a fost numită numărul Faraday.
În lichide, curentul electric are diferite condiții de propagare. Interacționează cu moleculele de apă. Ele împiedică în mod semnificativ toată mișcarea ionilor, ceea ce nu a fost observat în experimentele folosind un conductor metalic convențional. De aici rezultă că generarea de curent în timpul reacțiilor electrolitice nu va fi atât de mare. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura soluției crește, conductivitatea crește treptat. Aceasta înseamnă că tensiunea curentului electric crește. Tot în procesul de electroliză, s-a observat că probabilitatea ca o anumită moleculă să se dezintegreze în sarcini ionice negative sau pozitive crește din cauza numărului mare de molecule ale substanței sau solventului utilizat. Când o soluție este saturată cu ioni peste o anumită normă, proces invers. Conductivitatea soluției începe să scadă din nou.
În prezent, procesul de electroliză și-a găsit aplicarea în multe domenii și domenii ale științei și în producție. Întreprinderile industriale îl folosesc în producția sau prelucrarea metalului. Reacțiile electrochimice sunt implicate în:
- electroliza sării;
- galvanizare;
- lustruirea suprafetelor;
- alte procese redox.
Curentul electric în vid și lichide
Propagarea curentului electric în lichide și alte medii este un proces destul de complex, care are propriile caracteristici, caracteristici și proprietăți. Faptul este că în astfel de medii nu există complet încărcături în corpuri, prin urmare se numesc de obicei dielectrici. Scopul principal al cercetării a fost crearea unor astfel de condiții în care atomii și moleculele să își poată începe mișcarea și a început procesul de generare a curentului electric. Pentru aceasta, se obișnuiește să se utilizeze mecanisme sau dispozitive speciale. Elementul principal al unor astfel de dispozitive modulare sunt conductorii sub formă de plăci metalice.
Pentru a determina principalii parametri ai curentului, este necesar să se utilizeze teorii și formule cunoscute. Cea mai comună este legea lui Ohm. Acționează ca o caracteristică universală a amperului, unde este implementat principiul dependenței curent-tensiune. Amintiți-vă că tensiunea se măsoară în unități de amperi.
Pentru experimente cu apă și sare, este necesar să pregătiți un vas cu apă sărată. Acest lucru va oferi o reprezentare practică și vizuală a proceselor care au loc atunci când un curent electric este generat în lichide. De asemenea, instalația trebuie să conțină electrozi dreptunghiulari și surse de alimentare. Pentru pregătirea la scară largă pentru experimente, trebuie să aveți o instalație de amperi. Acesta va ajuta la conducerea energiei de la sursa de alimentare la electrozi.
Plăcile metalice vor acționa ca conductoare. Ele sunt scufundate în lichidul folosit și apoi tensiunea este conectată. Mișcarea particulelor începe imediat. Se rulează la întâmplare. Când camp magneticîntre conductoare sunt ordonate toate procesele de mișcare a particulelor.
Ionii încep să schimbe încărcăturile și să se combine. Astfel catozii devin anozi, iar anozii devin catozi. În acest proces, există și alți alți factori importanți de luat în considerare:
- nivelul de disociere;
- temperatura;
- rezistență electrică;
- utilizarea curentului alternativ sau continuu.
La sfârșitul experimentului, pe farfurii se formează un strat de sare.
Lichidele, ca orice alte substanțe, pot fi conductori, semiconductori și dielectrici. De exemplu, apa distilată va fi un dielectric, iar soluțiile de electroliți și topiturile vor fi conductori. Semiconductorii vor fi, de exemplu, seleniu topit sau topituri de sulfuri.
Conducție ionică
Disocierea electrolitică este procesul de dezintegrare a moleculelor de electrolit în ioni sub influența unui câmp electric al moleculelor polare de apă. Gradul de disociere este proporția de molecule descompuse în ioni dintr-un dizolvat.
Gradul de disociere va depinde de diverși factori: temperatură, concentrația soluției, proprietățile solventului. Pe măsură ce temperatura crește, va crește și gradul de disociere.
După ce moleculele sunt împărțite în ioni, se mișcă aleatoriu. În acest caz, doi ioni cu semne diferite se pot recombina, adică se pot combina din nou în molecule neutre. În absența modificărilor externe ale soluției, trebuie stabilit echilibrul dinamic. Cu el, numărul de molecule care s-au degradat în ioni pe unitatea de timp va fi egal cu numărul de molecule care se vor uni din nou.
Purtătorii de sarcină în soluții apoase și topituri de electroliți vor fi ioni. Dacă un vas cu o soluție sau o topitură este inclus în circuit, atunci ionii încărcați pozitiv vor începe să se miște spre catod, iar cei negativi - spre anod. Ca urmare a acestei mișcări, va apărea un curent electric. Acest tip conductivitatea se numește conductivitate ionică.
Pe lângă conductivitatea ionică în lichide, poate avea și conductivitate electronică. Acest tip de conductivitate este caracteristic, de exemplu, metalelor lichide. După cum sa menționat mai sus, în conducerea ionică, trecerea curentului este asociată cu transferul de materie.
Electroliză
Substanțele care fac parte din electroliți se vor depune pe electrozi. Acest proces se numește electroliză. Electroliza este procesul de eliberare a unei substanțe la electrod, asociat cu reacții redox.
Electroliza a găsit o largă aplicație în fizică și tehnologie. Cu ajutorul electrolizei, suprafața unui metal este acoperită cu un strat subțire de alt metal. De exemplu, placarea cu crom și nichel.
Folosind electroliza, puteți obține o copie de pe o suprafață în relief. Pentru aceasta, este necesar ca stratul de metal care se așează pe suprafața electrodului să poată fi îndepărtat cu ușurință. Pentru a face acest lucru, grafitul este uneori aplicat pe suprafață.
Procesul de obținere a unor astfel de acoperiri ușor de decojit se numește galvanizare. Această metodă a fost dezvoltată de omul de știință rus Boris Jacobi în fabricarea figurilor goale pentru Catedrala Sf. Isaac din Sankt Petersburg.
Aproape fiecare persoană cunoaște definiția curentului electric ca fiind. Cu toate acestea, ideea este că originea și mișcarea acestuia în diferite medii sunt destul de diferite unele de altele. În special, curentul electric din lichide are proprietăți oarecum diferite față de aceiași conductori metalici.
Principala diferență este că curentul din lichide este mișcarea ionilor încărcați, adică atomi sau chiar molecule care au pierdut sau au câștigat electroni dintr-un anumit motiv. În același timp, unul dintre indicatorii acestei mișcări este o modificare a proprietăților substanței prin care trec acești ioni. Pe baza definiției curentului electric, putem presupune că în timpul descompunerii, ionii încărcați negativ se vor deplasa spre pozitiv și pozitiv, dimpotrivă, spre negativ.
Procesul de descompunere a moleculelor de soluție în ioni încărcați pozitiv și negativ este numit în știință disociere electrolitică. Astfel, un curent electric în lichide apare datorită faptului că, spre deosebire de același conductor metalic, compoziția și Proprietăți chimice aceste lichide, rezultând în procesul de mișcare a ionilor încărcați.
Curentul electric în lichide, originea sa, cantitativ și caracteristici de calitate au fost una dintre principalele probleme studiate de faimosul fizician M. Faraday multă vreme. În special, cu ajutorul a numeroase experimente, el a reușit să demonstreze că masa substanței eliberate în timpul electrolizei depinde direct de cantitatea de electricitate și de timpul în care a fost efectuată această electroliză. Din orice alte motive, cu excepția tipului de substanță, această masă nu depinde.
În plus, studiind curentul din lichide, Faraday a descoperit experimental că aceeași cantitate este necesară pentru a izola un kilogram de orice substanță în timpul electrolizei.Această cantitate, egală cu 9,65,10 7 k, a fost numită numărul Faraday.
Spre deosebire de conductorii metalici, curentul electric din lichide este înconjurat, ceea ce complică foarte mult mișcarea ionilor substanței. În acest sens, în orice electrolit, poate fi generată doar o tensiune mică. În același timp, dacă temperatura soluției crește, atunci conductivitatea acesteia crește, iar câmpul crește.
Electroliza are o altă proprietate interesantă. Chestia este că probabilitatea dezintegrarii unei anumite molecule în ioni încărcați pozitivi și negativi este cu cât este mai mare, cu atât este mai mare numărul de molecule ale substanței în sine și ale solventului. În același timp, la un moment dat, soluția devine suprasaturată cu ioni, după care conductivitatea soluției începe să scadă. Astfel, cel mai puternic va avea loc într-o soluție în care concentrația de ioni este extrem de scăzută, dar curentul electric în astfel de soluții va fi extrem de scăzut.
Procesul de electroliză a găsit o largă aplicație în diverse producții industriale legate de reacțiile electrochimice. Printre cele mai importante dintre ele se numără producția de metal folosind electroliți, electroliza sărurilor care conțin clor și derivații săi, reacțiile redox, producerea unei substanțe atât de necesare precum hidrogenul, lustruirea suprafețelor, galvanizarea. De exemplu, la multe întreprinderi de inginerie mecanică și fabricare de instrumente, metoda de rafinare este foarte comună, care este producerea de metal fără impurități inutile.
