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 ${CuCl}_{2}$ на ионы меди и хлора получаем выражение:

${CuCl}_{2} ⇄ {Cu}^{2 +} + 2 {Cl}^{-}$ .

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 ${Cl}_{2}$ . 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.

Какие вещества являются электролитами. Электролиз — Пример 2

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:

$m = k Q = k I t$ , где $k$ является электрохимическим эквивалентом.

Масса вещества, выделившегося на электроде, равняется массе всех ионов, пришедших к электроду, и запишется $n = m_{0} N = m_{0} \frac{Q}{q_{0}} = \frac{m_{0}}{q_{0}} I t$ .

Значения $m_{0}$ и $q_{0}$ являются массой и зарядом одного иона соответственно, а $N = \frac{Q}{q_{0}}$ - числом ионов, пришедших к электроду при прохождении через электролит с зарядом $Q$ . Отсюда следует, что электрохимический эквивалент $k$ равняется отношению массы $m_{0}$ иона данного вещества к его заряду $q_{0}$ .

Заряд иона является произведением валентности вещества $n$ на элементарный заряд $e (q_{0} = n e)$ , тогда запись выражения для $k$ примет вид

$k = \frac{m_{0}}{q_{0}} = \frac{m_{0} N_{А}}{n e N_{А}} = \frac{1}{F} \frac{M}{n}$ .

Значение $N_{А}$ является постоянной Авогадро, $M = m_{0} N_{А}$ - молярной массой вещества, $F = e N_{А}$ - постоянной Фарадея.

$F = e N_{А} = 96485 К л / м о л ь$ .

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

$m = \frac{1}{F} \frac{M}{n} I t$ .

Явление электролиза широко применимо в современном промышленном производстве.