Mis tekitab vedelikes voolu. Elektrivool vedelikes: selle päritolu, kvantitatiivsed ja kvalitatiivsed omadused

Absoluutselt kõik teavad, et vedelikud juhivad hästi elektrienergiat. Ja teada on ka see, et kõik dirigendid jagunevad oma tüübi järgi mitmesse alarühma. Teeme oma artiklis ettepaneku kaaluda, kuidas elektrivool toimub vedelikes, metallides ja muudes pooljuhtides, samuti elektrolüüsi seadusi ja selle tüüpe.

Elektrolüüsi teooria

Et oleks lihtsam aru saada, mida me räägime, soovitame alustada teooriast, elekter, kui käsitleda elektrilaengut vedelikuna, on tuntuks saanud enam kui 200 aastat. Laengud koosnevad üksikutest elektronidest, kuid need on nii väikesed, et iga suur laeng käitub nagu vedeliku pidev vool.

Nagu tahked kehad, võivad ka vedelad juhid olla kolme tüüpi:

• pooljuhid (seleen, sulfiidid ja teised);
• dielektrikud ( leeliselised lahused, soolad ja happed);
• juhid (näiteks plasmas).

Protsessi, mille käigus elektrolüüdid lahustuvad ja ioonid lagunevad elektrilise molaarvälja mõjul, nimetatakse dissotsiatsiooniks. Ioonideks lagunenud molekulide ehk lagunenud ioonide osakaal lahustunud aines sõltub omakorda täielikult füüsikalised omadused ja temperatuurid erinevates juhtmetes ja sulades. Oluline on meeles pidada, et ioonid võivad rekombineeruda või uuesti kokku tulla. Kui tingimused ei muutu, on lagunenud ja kombineeritud ioonide arv võrdselt proportsionaalne.

Ioonid juhivad elektrolüütides energiat, sest need võivad olla nii positiivselt kui ka negatiivselt laetud osakesed. Kui vedelik (või täpsemalt vedelikuga anum on ühendatud toiteallikaga), hakkavad osakesed liikuma vastandlaengute suunas (positiivsed ioonid hakkavad katoodide külge tõmbama, negatiivsed aga anoodid). Sel juhul transpordivad energiat ioonid otse, seetõttu nimetatakse seda tüüpi juhtivust ioonseks.

Seda tüüpi juhtivuse ajal kannavad voolu ioonid ja elektroodidel eralduvad ained, mis on elektrolüütide koostisosad. Kui mõelda keemilisest vaatenurgast, siis toimub oksüdatsioon ja redutseerimine. Seega transporditakse elektrivoolu gaasides ja vedelikes elektrolüüsi abil.

Füüsika seadused ja voolutugevus vedelikes

Elekter meie kodudes ja seadmetes reeglina metalljuhtmetes ei edastata. Metallis võivad elektronid liikuda aatomilt aatomile ja seega kanda negatiivset laengut.

Vedelatena kantakse neid elektrilise pingena, mida tuntakse voltide ühikutes ja mis on nimetatud Itaalia teadlase Alessandro Volta järgi.

Video: Elekter vedelikes: täielik teooria

Samuti liigub elektrivool kõrgepingest madalpingele ja seda mõõdetakse Andre-Marie Ampere'i järgi nime saanud amprites. Ja vastavalt teooriale ja valemile, kui tõstate pinget, siis suureneb ka selle tugevus proportsionaalselt. Seda suhet tuntakse Ohmi seadusena. Näitena on allpool toodud virtuaalne ampri karakteristik.

Joonis: vool versus pinge

Ohmi seadus (koos täiendavate üksikasjadega traadi pikkuse ja jämeduse kohta) on tavaliselt üks esimesi asju, mida füüsikatundides õpetatakse, seetõttu käsitlevad paljud õpilased ja õpetajad gaasides ja vedelikes leiduvat elektrivoolu füüsika põhiseadusena.

Laengute liikumise oma silmaga nägemiseks peate valmistama soolase vee, lamedate ristkülikukujuliste elektroodide ja toiteallikatega kolbi, mille abil juhitakse energiat vooluallikast elektroodide varustamine.

Muster: vool ja sool

Juhtidena toimivad plaadid tuleb vedelikku alla lasta ja pinge sisse lülitada. Pärast seda algab osakeste kaootiline liikumine, kuid nagu pärast tekkimist magnetväli juhtide vahel muutub see protsess sujuvamaks.

Niipea, kui ioonid hakkavad laenguid vahetama ja ühinema, muutuvad anoodid katoodideks ja katoodidest anoodid. Kuid siin peate arvestama elektritakistusega. Loomulikult mängib olulist rolli teoreetiline kõver, kuid peamine mõju on temperatuur ja dissotsiatsiooni tase (olenevalt sellest, millised kandjad on valitud) ning kas valitakse vahelduv- või alalisvool. Selle eksperimentaalse uuringu lõpuleviimisel võite märgata, et tahketele kehadele (metallplaatidele) on tekkinud õhuke soolakiht.

Elektrolüüs ja vaakum

Elektrivool vaakumis ja vedelikes on üsna keeruline probleem. Fakt on see, et sellises meedias pole kehades laenguid, mis tähendab, et see on dielektrik. Teisisõnu, meie eesmärk on luua tingimused, et elektroni aatom saaks alustada liikumist.

Selleks peate kasutama moodulseadet, juhte ja metallplaate ning seejärel toimima nagu ülaltoodud meetodis.

Dirigendid ja vaakum Vaakumis oleva voolu omadused

Elektrolüüsi rakendused

Seda protsessi rakendatakse peaaegu kõigis eluvaldkondades. Isegi kõige elementaarsem töö nõuab mõnikord elektrivoolu sekkumist vedelikesse, näiteks

Selle lihtsa protsessi abil kaetakse tahked kehad õhukese kihiga mis tahes metallist, näiteks nikkel- või kroomitud. see on üks võimalikud viisid korrosiooniprotsesside vastu võitlemine. Sarnaseid tehnoloogiaid kasutatakse trafode, arvestite ja muude elektriseadmete valmistamisel.

Loodame, et meie põhjendus on vastanud kõigile küsimustele, mis tekivad vedelike elektrivoolu nähtuse uurimisel. Kui vajate paremaid vastuseid, soovitame külastada elektrikute foorumit, kus nad nõustavad teid hea meelega tasuta.

>>Füüsika: Elektrivool vedelikes

Vedelikud, nagu tahked ained, võivad olla dielektrikud, juhid ja pooljuhid. Dielektrikute hulka kuuluvad destilleeritud vesi, juhtide hulka kuuluvad elektrolüütide lahused ja sulatused: happed, leelised ja soolad. Vedelad pooljuhid on sula seleen, sula sulfiidid jne.
Elektrolüütiline dissotsiatsioon. Elektrolüütide lahustamisel mõju all elektriväli Polaarsed veemolekulid lagundavad elektrolüüdi molekulid ioonideks. Seda protsessi nimetatakse elektrolüütiline dissotsiatsioon.
Dissotsiatsiooni aste st ioonideks lagunenud molekulide osakaal lahustunud aines sõltub temperatuurist, lahuse kontsentratsioonist ja elektrilised omadused lahusti. Temperatuuri tõustes suureneb dissotsiatsiooniaste ja sellest tulenevalt suureneb positiivselt ja negatiivselt laetud ioonide kontsentratsioon.
Kui erineva märgiga ioonid kohtuvad, saavad nad uuesti ühineda neutraalseteks molekulideks - rekombineerida. Konstantsetes tingimustes tekib lahuses dünaamiline tasakaal, kus ioonideks lagunevate molekulide arv sekundis on võrdne ioonipaaride arvuga, mis samal ajal rekombineeruvad neutraalseteks molekulideks.
Ioonjuhtivus. Laengukandjad vesilahustes või elektrolüütide sulamites on positiivse ja negatiivse laenguga ioonid.
Kui elektrolüüdilahusega anum on ühendatud elektriahelaga, hakkavad negatiivsed ioonid liikuma positiivse elektroodi - anoodi - suunas ja positiivsed ioonid - negatiivse - katoodi suunas. Selle tulemusena tekib elektrivool. Kuna laengu ülekandmine vesilahustes või elektrolüütide sulamis toimub ioonide abil, nimetatakse sellist juhtivust iooniline.
Vedelikel võib olla ka elektrooniline juhtivus. Selline juhtivus on näiteks vedelatel metallidel.
Elektrolüüs. Ioonjuhtivuse korral on voolu läbimine seotud aine ülekandega. Elektroodidel eralduvad elektrolüüdid moodustavad ained. Anoodil annavad negatiivselt laetud ioonid oma lisaelektronid ära (keemias nimetatakse seda oksüdatsioonireaktsiooniks) ja katoodil võtavad positiivsed ioonid vastu puuduvad elektronid ( taastumisreaktsioon). Aine vabanemise protsessi elektroodil, mis on seotud redoksreaktsioonidega, nimetatakse elektrolüüs.
Elektrolüüsi rakendamine. Elektrolüüsi kasutatakse tehnoloogias laialdaselt erinevatel eesmärkidel. Katke elektrolüütiliselt ühe metalli pind õhukese kihiga teise metalliga ( nikeldamine, kroomimine, vaskplaat ja nii edasi.). See vastupidav kate kaitseb pinda korrosiooni eest.
Kui tagada elektrolüütilise katte hea koorumine pinnalt, millele metall on ladestunud (see saavutatakse näiteks grafiidi pinnale kandmisega), siis saate reljeefpinnalt koopia.
Trükitööstuses saadakse selliseid koopiaid (stereotüüpe) maatriksitest (tüüpi jäljend plastmaterjalile), mille jaoks ladestatakse maatriksitele paks kiht rauda või muud ainet. See võimaldab teil reprodutseerida komplekti vajalikus arvus koopiates. Kui varem piiras raamatu tiraaži ühest komplektist saadav trükiste arv (trüki käigus kustutatakse komplekt järk-järgult), siis nüüd võimaldab stereotüüpide kasutamine tiraaži oluliselt suurendada. Tõsi, praegu saadakse elektrolüüsi kasutades stereotüüpe vaid kvaliteetsete trükitud raamatute kohta.
Kooritavate katete saamise protsess - elektrotüüp- töötas välja vene teadlane B. S. Jacobi (1801-1874), kes 1836. aastal kasutas seda meetodit õõnsate kujundite valmistamiseks. Iisaku katedraal Peterburis.
Elektrolüüsi abil puhastatakse metallid lisanditest. Nii valatakse maagist saadud toorvask paksude lehtedena, mis seejärel asetatakse anoodidena vanni. Elektrolüüsi käigus anoodi vask lahustub, väärtuslikke ja haruldasi metalle sisaldavad lisandid langevad põhja ning puhas vask settib katoodile.
Elektrolüüsi abil saadakse sulaboksiidist alumiinium. Just selline alumiiniumi tootmismeetod muutis selle odavaks ja koos rauaga tehnikas ja igapäevaelus kõige levinumaks.
Elektrolüüsi abil saadakse elektroonilised trükkplaadid, mis on kõigi elektroonikatoodete aluseks. Dielektrikule liimitakse õhuke vaskplaat, millele värvitakse spetsiaalse värviga keeruline ühendusjuhtmete muster. Seejärel asetatakse plaat elektrolüüti, kuhu söövitatakse värviga katmata vasekihi kohad. Pärast seda pestakse värv maha ja tahvlile ilmuvad mikroskeemi detailid.
Elektrolüütide lahustes ja sulamites tekivad vabad elektrilaengud neutraalsete molekulide ioonideks lagunemise tõttu. Ioonide liikumine väljal tähendab aine ülekandumist. Seda protsessi kasutatakse praktikas laialdaselt (elektrolüüs).

???
1. Mida nimetatakse elektrolüütiliseks dissotsiatsiooniks?
2. Miks toimub aine ülekanne, kui vool läbib elektrolüüdi lahust, kuid ei kanna ainet läbi metalljuhi?
3. Millised on pooljuhtide ja elektrolüütide lahuste sisejuhtivuse sarnasused ja erinevused?

G.Ja.Mjakišev, B.B.Buhhovtsev, N.N.Sotski, füüsika 10. klass

Laadige alla kalender-temaatiline planeerimine füüsikas, kontrolltööde vastused, ülesanded ja vastused koolilastele, raamatud ja õpikud, füüsika õpetajakursused 10. klassile

Tunni sisu tunnimärkmed toetavad raamtunni esitluskiirendusmeetodid interaktiivseid tehnoloogiaid Harjuta ülesanded ja harjutused enesetesti töötoad, koolitused, juhtumid, ülesanded kodutöö arutelu küsimused retoorilised küsimused õpilastelt Illustratsioonid heli, videoklipid ja multimeedium fotod, pildid, graafika, tabelid, diagrammid, huumor, anekdoodid, naljad, koomiksid, tähendamissõnad, ütlused, ristsõnad, tsitaadid Lisandmoodulid kokkuvõtteid artiklid nipid uudishimulikele hällid õpikud põhi- ja lisaterminite sõnastik muu Õpikute ja tundide täiustaminevigade parandamine õpikusõpiku fragmendi uuendamine, innovatsioonielemendid tunnis, vananenud teadmiste asendamine uutega Ainult õpetajatele täiuslikud õppetunnid kalenderplaan aastaks juhised aruteluprogrammid Integreeritud õppetunnid

Kui teil on selle õppetüki jaoks parandusi või ettepanekuid,

Vedelikud jagunevad elektrijuhtivuse astme järgi:
dielektrikud (destilleeritud vesi),
juhid (elektrolüüdid),
pooljuhid (sula seleen).

Elektrolüüt

See on juhtiv vedelik (hapete, leeliste, soolade ja sulasoolade lahused).

Elektrolüütiline dissotsiatsioon
(ühenduse katkestamine)

Lahustumisel tekivad termilise liikumise tulemusena kokkupõrked lahusti molekulide ja neutraalsete elektrolüüdi molekulide vahel.
Molekulid lagunevad positiivseteks ja negatiivseteks ioonideks.

Elektrolüüsi nähtus

- kaasneb elektrivoolu läbimisega läbi vedeliku;
- see on elektrolüütide koostises sisalduvate ainete vabanemine elektroodidel;
Positiivselt laetud anioonid kalduvad elektrivälja mõjul negatiivsele katoodile ja negatiivselt laetud katioonid - positiivsele anoodile.
Anoodil annavad negatiivsed ioonid ära lisaelektrone ( oksüdatsioonireaktsioon)
Katoodil võtavad positiivsed ioonid vastu puuduvad elektronid (redutseerimisreaktsioon).

Elektrolüüsi seadus

1833 - Faraday

Elektrolüüsiseadus määrab elektrolüüsi käigus elektrivoolu läbimise ajal elektroodile vabaneva aine massi.

k on aine elektrokeemiline ekvivalent arvuliselt võrdne massiga aine, mis vabaneb elektroodil, kui laeng 1 C läbib elektrolüüdi.
Teades vabaneva aine massi, saate määrata elektroni laengu.

Näiteks vasksulfaadi lahustamine vees.

Elektrolüütide elektrijuhtivus, elektrolüütide võime juhtida elektrivoolu, kui rakendatakse elektrilist pinget. Voolukandjad on positiivse ja negatiivse laenguga ioonid – katioonid ja anioonid, mis eksisteerivad lahuses elektrolüütilise dissotsiatsiooni tõttu. Elektrolüütide ioonse elektrijuhtivusega, erinevalt metallidele iseloomulikust elektroonilisest juhtivusest, kaasneb aine ülekandumine elektroodidele koos uute moodustumisega nende läheduses. keemilised ühendid. Summaarne (kogu)juhtivus koosneb katioonide ja anioonide juhtivusest, mis liiguvad välise elektrivälja mõjul vastassuundades. Üksikute ioonide poolt ülekantava elektri koguhulga murdosa nimetatakse ülekandearvudeks, mille summa kõigi ülekandes osalevate ioonitüüpide puhul on võrdne ühega.

Pooljuht

Monokristalne räni on tänapäeval tööstuses kõige laialdasemalt kasutatav pooljuhtmaterjal.

Pooljuht- materjal, mis oma erijuhtivuse poolest asub juhtide ja dielektrikute vahel ning erineb juhtidest erijuhtivuse tugeva sõltuvuse poolest lisandite kontsentratsioonist, temperatuurist ja kokkupuutest erinevat tüüpi kiirgust. Pooljuhi peamine omadus on elektrijuhtivuse suurenemine temperatuuri tõustes.

Pooljuhid on ained, mille ribavahemik on mitme elektronvoldi (eV) suurusjärgus. Näiteks võib teemanti klassifitseerida laia ribalaiusega pooljuhid, ja indiumarseniid - kuni kitsas vahe. Pooljuhtide hulgas on palju keemilised elemendid(germaanium, räni, seleen, telluur, arseen ja teised), suur hulk sulameid ja keemilisi ühendeid (galliumarseniid jne). Peaaegu kõik anorgaanilised ained meid ümbritsev maailm – pooljuhid. Looduses levinuim pooljuht on räni, mis moodustab ligi 30% maakoorest.

Sõltuvalt sellest, kas lisandi aatom annab elektroni ära või haarab selle kinni, nimetatakse lisandiaatomeid doonor- või aktseptor-aatomiteks. Lisandi olemus võib olenevalt aatomist erineda kristallvõre see asendab selle kristallograafilise tasapinna, millesse see on põimitud.

Pooljuhtide juhtivus sõltub suuresti temperatuurist. Temperatuuri lähedal absoluutne null pooljuhtidel on dielektrikute omadused.

Elektrijuhtivuse mehhanism[redigeeri | muuda wiki teksti]

Pooljuhte iseloomustavad nii juhtide kui ka dielektrikute omadused. Pooljuhtkristallides loovad aatomid kovalentseid sidemeid (see tähendab, et üks elektron ränikristallis, nagu teemant, on ühendatud kahe aatomiga, vajab aatomist vabanemiseks siseenergia taset (1,76 10 -19 J versus 11,2); 10 −19 J, mis iseloomustab pooljuhtide ja dielektrikute erinevust). See energia ilmneb neis temperatuuri tõustes (näiteks toatemperatuuril on aatomite soojusliikumise energiatase 0,4·10−19 J) ja üksikud elektronid saavad energiat tuumast eraldamiseks. Temperatuuri tõustes suureneb vabade elektronide ja aukude arv, mistõttu pooljuhis, mis ei sisalda lisandeid, elektritakistus väheneb. Tavaliselt loetakse pooljuhtideks elemente, mille elektronide sidumisenergia on alla 1,5-2 eV. Elektron-augu juhtivuse mehhanism avaldub natiivsetes (st ilma lisanditeta) pooljuhtides. Seda nimetatakse pooljuhtide sisemiseks elektrijuhtivuseks.

Auk[redigeeri | muuda wiki teksti]

Peamine artikkel:Auk

Kui side elektroni ja tuuma vahel katkeb, tekib sellesse vaba ruum elektronkiht aatom. See põhjustab elektroni ülemineku teiselt aatomilt vaba kohaga aatomile. Aatom, millest elektron väljus, saab teise elektroni teiselt aatomilt jne. Selle protsessi määravad aatomite kovalentsed sidemed. Seega liigub positiivne laeng ilma aatomit ennast liigutamata. Seda tingimuslikku positiivset laengut nimetatakse auguks.

Magnetväli

Magnetväli- liikuvatele elektrilaengutele ja magnetmomendiga kehadele mõjuv jõuväli, sõltumata nende liikumisolekust; elektromagnetvälja magnetkomponent.

Magnetvälja võib tekitada laetud osakeste vool ja/või aatomites olevate elektronide magnetmomendid (ja teiste osakeste magnetmomendid, mis avalduvad tavaliselt palju vähemal määral) (püsimagnetid).

Lisaks tekib see elektrivälja muutumise tagajärjel ajas.

Magnetvälja peamine tugevusomadus on magnetinduktsiooni vektor (magnetvälja induktsiooni vektor). Matemaatilisest vaatenurgast - vektorväli, mis määratleb ja täpsustab magnetvälja füüsikalise mõiste. Tihti nimetatakse magnetilise induktsiooni vektorit lühiduse mõttes lihtsalt magnetväljaks (kuigi see pole ilmselt kõige rangem termin).

Teine magnetvälja põhiomadus (alternatiivne magnetinduktsioon ja sellega tihedalt seotud, sellega peaaegu võrdne füüsiline tähendus) on vektori potentsiaal .

Magnetvälja allikad[redigeeri | muuda wiki teksti]

Magnetvälja loob (tekitab) laetud osakeste vool või ajas muutuv elektriväli või osakeste enda magnetmomendid (viimased saab pildi ühtsuse huvides formaalselt taandada elektrivooludeks

Elektrivoolu päritolu (liikumine elektrilaengud) läbi lahenduse erineb oluliselt elektrilaengute liikumisest mööda metalljuhti.

Erinevus seisneb ennekõike selles, et lahustes pole laengukandjateks elektronid, vaid ioonid, s.t. aatomid või molekulid ise, mis on kaotanud või saanud juurde ühe või mitu elektroni.

Loomulikult kaasneb selle liikumisega ühel või teisel viisil aine enda omaduste muutumine.

Vaatleme elektriahelat, mille elemendiks on lauasoola lahusega anum, millesse on plaadilt sisestatud mis tahes kujuga elektroodid. Toiteallikaga ühendamisel tekib vooluringi vool, mis kujutab raskete laetud osakeste – ioonide – liikumist lahuses. Ioonide ilmumine tähendab juba võimalust lahuse keemiliseks lagunemiseks kaheks põhielemendiks - Na ja Cl. Naatrium, olles kaotanud elektroni, on positiivselt laetud ioon, mis liigub elektroodi poole, mis on ühendatud toiteallika negatiivse klemmiga, elektriahel. Kloor, mis on elektroni "annatanud", on negatiivne ioon.

Negatiivsed klooriioonid liiguvad elektroodile, mis on ühendatud elektriallika positiivse poolusega. ketid.

Positiivsete ja negatiivsete ioonide moodustumine toimub lauasoola molekuli spontaanse lagunemise tõttu vesilahuses ( elektrolüütiline dissotsiatsioon). Ioonide liikumist põhjustab lahusesse sukeldatud elektroodidele rakendatav pinge. Elektroodideni jõudnud ioonid võtavad või loobuvad elektronidest, moodustades vastavalt Cl ja Na molekulid. Sarnaseid nähtusi täheldatakse ka paljude teiste ainete lahustes. Nende ainete molekulid, nagu ka lauasoola molekulid, koosnevad vastupidiselt laetud ioonidest, milleks need lahustes lagunevad. Lagunenud molekulide arv, täpsemalt ioonide arv, iseloomustab lahuse elektritakistust.

Rõhutame veel kord, et elektrivoolu tekkimine piki ahelat, mille elemendiks on lahendus, põhjustab selle elektriahela elemendi aine liikumise ja sellest tulenevalt ka selle elemendi muutumise. keemilised omadused, samas kui elektrivool läbib metalljuhti, ei toimu juhis muutusi.

Mis määrab elektrolüüsi käigus vabaneva aine koguse elektroodidel? Faraday vastas sellele küsimusele esimest korda. Faraday näitas eksperimentaalselt, et eralduva aine mass on suhtega seotud voolu tugevusega ja selle voolamise ajaga t (Faraday seadus):

Aine elektrolüüsi käigus vabaneva aine mass on otseselt võrdeline elektrolüüti läbiva elektrienergia hulgaga ega sõltu muudest põhjustest peale aine tüübi.

Seda mustrit saab kontrollida järgmiste katsetega. Valame sama elektrolüüdi mitmesse vanni, kuid erineva kontsentratsiooniga. Laskem langetada elektroodid, millel on erinev piirkond ja asetage need vannitubadesse erinevatel vahemaadel. Ühendame kõik vannid järjestikku ja juhime voolu läbi. Ilmselgelt läbib iga vanni sama palju elektrit. Olles enne ja pärast katset katoode kaalunud, leiame, et kõigil katoodidel vabanes sama kogus ainet. Ühendades kõik vannid paralleelselt ja juhtides nende kaudu voolu, saate kontrollida, et katoodidel eralduva aine kogus on võrdeline igat neist läbiva elektrienergia kogusega. Lõpuks on erinevate elektrolüütidega vannid järjestikku ühendades lihtne kindlaks teha, et vabaneva aine kogus sõltub selle aine tüübist.

Kogust, mis iseloomustab elektrolüüsi käigus vabaneva aine koguse sõltuvust selle tüübist, nimetatakse elektrokeemiliseks ekvivalendiks ja seda tähistatakse tähega k.

Elektrolüüsi käigus vabaneva aine mass on kõigi elektroodil tühjenevate ioonide kogumass. Alutades erinevaid sooli elektrolüüsile, on võimalik katseliselt kindlaks teha elektrienergia hulk, mis peab läbima elektrolüüdi, et vabaneda üks kilogramm – antud aine ekvivalent. Faraday oli esimene, kes selliseid katseid tegi. Ta leidis, et ühe kilogrammi – mis tahes aine ekvivalenti elektrolüüsi ajal – vabanemiseks on vaja sama palju elektrit, mis võrdub 9,65 107 k.

Elektrolüüsi ajal aine kilogrammi ekvivalendi vabastamiseks vajalikku elektrienergiat nimetatakse Faraday numbriks ja seda tähistatakse tähega F:

F = 9,65·107 k.

Elektrolüüdis on ioon ümbritsetud lahusti (vee) molekulidega, millel on olulised dipoolmomendid. Iooniga suhtlemisel pöörduvad dipoolmolekulid oma otstega selle poole, mille laeng on iooni laengule vastupidine, mistõttu iooni korrapärane liikumine elektriväljas on raskendatud ja ioonide liikuvus. on oluliselt madalam kui juhtivuselektronide liikuvus metallis. Kuna ioonide kontsentratsioon ei ole tavaliselt kõrge võrreldes elektronide kontsentratsiooniga metallis, on elektrolüütide elektrijuhtivus alati oluliselt väiksem kui metallide elektrijuhtivus.

Tugeva vooluga kuumutamise tõttu on elektrolüütides saavutatavad vaid ebaolulised voolutihedused, s.t. madalad elektrivälja tugevused. Elektrolüüdi temperatuuri tõustes halveneb molekulide suurenenud juhusliku liikumise mõjul lahusti dipoolide järjestatud orientatsioon, mistõttu dipooli kest osaliselt hävib, ioonide liikuvus ja lahuse juhtivus suureneb. Erielektrijuhtivuse sõltuvus kontsentratsioonist konstantsel temperatuuril on keeruline. Kui lahustumine on võimalik mis tahes proportsioonides, siis teatud kontsentratsioonil on elektrijuhtivus maksimum. Selle põhjuseks on järgmine: tõenäosus, et molekulid lagunevad ioonideks, on võrdeline lahusti molekulide arvuga ja lahustuva aine molekulide arvuga ruumalaühikus. Kuid võimalik on ka pöördprotsess: (ioonide rekombinatsioon molekulideks), mille tõenäosus on võrdeline ioonipaaride arvu ruuduga. Lõpuks on elektrijuhtivus võrdeline ioonipaaride arvuga ruumalaühiku kohta. Seetõttu on madalatel kontsentratsioonidel dissotsiatsioon täielik, kuid koguarv ioone on vähe. Väga kõrgel kontsentratsioonil on dissotsiatsioon nõrk ja ioonide arv samuti väike. Kui aine lahustuvus on piiratud, siis tavaliselt maksimaalset elektrijuhtivust ei täheldata. Külmumisel suureneb vesilahuse viskoossus järsult, ioonide liikuvus väheneb järsult ja elektrijuhtivus langeb tuhat korda. Kui vedelad metallid tahkuvad, jäävad elektronide liikuvus ja elektrijuhtivus peaaegu muutumatuks.

Elektrolüüsi kasutatakse laialdaselt erinevates elektrokeemiatööstuses. Neist olulisemad: metallide elektrolüütiline tootmine vesilahused nende soolad ja nende sulasoolad; kloriidsoolade elektrolüüs; elektrolüütiline oksüdatsioon ja redutseerimine; vesiniku tootmine elektrolüüsi teel; galvanosteetika; elektrotüüp; elektropoleerimine. Rafineerimismeetodil saadakse puhas metall, mis ei sisalda lisandeid. Galvaneerimine on metallesemete katmine teise metallikihiga. Galvaneerimine on metallist koopiate valmistamine mis tahes pindade reljeefpiltidest. Elektropoleerimine - metallpindade tasandamine.

Juhtideks olevad vedelikud hõlmavad elektrolüütide sulameid ja lahuseid, st. soolad, happed ja leelised.

Kui elektrolüüdid lahustatakse vees, lagunevad nende molekulid ioonideks – elektrolüütiline dissotsiatsioon. Dissotsiatsiooniaste, s.o. Ioonideks lagunenud molekulide osakaal lahustunud aines sõltub temperatuurist, lahuse kontsentratsioonist ja lahusti elektrilistest omadustest. Temperatuuri tõustes suureneb dissotsiatsiooniaste ja sellest tulenevalt suureneb positiivselt ja negatiivselt laetud ioonide kontsentratsioon. Kui erineva märgiga ioonid kohtuvad, saavad nad uuesti ühineda neutraalseteks molekulideks. Seda protsessi nimetatakse rekombinatsiooniks. Konstantsetes tingimustes tekib lahuses dünaamiline tasakaal, kus ioonideks lagunevate molekulide arv sekundis on võrdne ioonipaaride arvuga, mis samal ajal rekombineeruvad neutraalseteks molekulideks.

Seega on juhtivates vedelikes vabad laengukandjad positiivsed ja negatiivsed ioonid. Kui vooluallikaga ühendatud elektroodid asetatakse vedelikku, hakkavad need ioonid liikuma. Üks elektroodidest on ühendatud vooluallika negatiivse poolusega - seda nimetatakse katoodiks - teine ​​on ühendatud positiivse poolusega - anoodiga. Vooluallikaga ühendamisel hakkavad elektrolüüdi lahuses olevad ioonid liigutama negatiivseid ioone positiivse elektroodi (anoodi) suunas ja positiivseid ioone vastavalt negatiivse elektroodi (katoodi) suunas. See tähendab, et luuakse elektrivool. Sellist juhtivust vedelikes nimetatakse ioonseks, kuna laengukandjad on ioonid.

Kui vool läbib elektrolüüdi lahust, vabaneb redoksreaktsioonidega seotud elektroodidel aine. Anoodil loovutavad negatiivselt laetud ioonid oma lisaelektronid (oksüdatsioonireaktsioon) ja katoodil võtavad positiivsed ioonid endasse puuduvad elektronid (redutseerimisreaktsioon). Seda protsessi nimetatakse elektrolüüsiks.

Elektrolüüsi käigus vabaneb elektroodidel aine. Vabanenud aine m massi sõltuvuse voolutugevusest, voolu läbimise ajast ja ainest endast tegi kindlaks M. Faraday. Seda seadust saab teoreetiliselt saada. Seega on vabanenud aine mass võrdne ühe iooni m i massi korrutisega ioonide arvuga N i, mis jõudsid elektroodile aja jooksul Dt. Iooni mass vastavalt aine koguse valemile on võrdne m i =M/N a, kus M on molaarmass ained, N a – Avogadro konstant. Elektroodi jõudvate ioonide arv võrdub N i =Dq/qi, kus Dq on laeng, mis läbis elektrolüüdi aja jooksul Dt (Dq=I*Dt), qi on iooni laeng, mis määratakse aatomi valentsi järgi (q i = n*e, kus n – aatomi valents, e – elementaarlaeng). Nende valemite asendamisel saame, et m=M/(neN a)*IDt. Kui tähistame k (proportsionaalsuskoefitsient) =M/(neN a), siis saame m=kIDt. See on Faraday esimese seaduse – ühe elektrolüüsi seaduse – matemaatiline esitus. Elektroodile eralduva aine mass aja jooksul Dt elektrivoolu läbimise ajal on võrdeline voolu tugevusega ja selle ajavahemikuga. Väärtust k nimetatakse antud aine elektrokeemiliseks ekvivalendiks, mis on arvuliselt võrdne aine massiga, mis vabaneb elektroodidele 1 C laenguga ioonide ülekandmisel. [k] = 1 kg/Cl. k = M/(neN a) = 1/F*M/n, kus F on Faraday konstant. F=eNa=9,65*104 C/mol. Tuletatud valem k=(1/F)*(M/n) on Faraday teine ​​seadus.

Elektrolüüsi kasutatakse tehnoloogias laialdaselt erinevatel eesmärkidel, näiteks ühe metalli pinna katmiseks teise metalli õhukese kihiga (nikeldamine, kroomimine, vasendamine jne). Kui tagate elektrolüütilise katte hea koorumise pinnalt, võite hankida pinna topograafia koopia. Seda protsessi nimetatakse galvaniseerimiseks. Elektrolüüsi kasutatakse ka metallide puhastamiseks lisanditest, näiteks asetatakse anoodiks vanni maagist saadud paksud toorvase lehed. Elektrolüüsi käigus vask lahustub, lisandid langevad põhja ja puhas vask settib katoodile. Elektroonikaplaate toodetakse ka elektrolüüsi abil. Dielektrikule liimitakse õhuke kompleksne ühendusjuhtmete muster, seejärel asetatakse plaat elektrolüüti, kuhu söövitatakse värviga katmata vasekihi kohad. Pärast seda pestakse värv maha ja tahvlile ilmuvad mikroskeemi detailid.