Контрольные вопросы

1. Что такое осмотическое давление, за счет чего оно возникает?

2. В чем заключается принцип работы осмометра?

3. Какова биологическая роль осмотического давления?

4. Какими законами можно описать возникновения осмотического давления?

5. Можно ли сделать вывод, что растворимое вещество в растворе ведет себя подобно газу и что, осмотическое давление вызвало ударами растворимых частиц о стенки сосуда?

6. Можно ли законы осмотического давления получить исходя из капетической теории?

7. Почему на основе измерений осмотического давления была открыта теория электролитической диссоциации?

8. Почему методом термодинамики было найдено общее и точное соотношение между осмотическим давлением раствора и положением давление пара растворителя под ним?

9. Что такое полунепроницаемые перегородки?

10. Что такое тургор?

Глава 3. Физические основы электродных процессов при очистке сточных вод от примеси

3.1. Явления электролиза, поляризации и перенапряжения

3.1.1 Электролиз

Пропускание тока через раствор электролита сопровождается химическими процессами на электродах, называемыми электролизом. Явления электролиза обратны процессам, происходящим в замкнутом элементе, где, наоборот, электрический ток возникает за счет химических реакций. В электролитической ячейке будем называть катодом электрод, соединенный с отрицательным электродом источника тока, а анодом тот электрод, который соединен с положительным электродом источника.

Соединим гальванический элемент, например элемент Даниеля, с внешним источником тока так, чтобы его отрицательный цинковый электрод был соединен с отрицательным электродом источника тока, т.е. был бы катодом, а положительный медный - с положительным электродом источника так, чтобы он был анодом. Тогда, если приложенная электродвижущая сила достаточна, через элемент будет проходить ток в направлении, обратном направлению его собственного тока, и на электродах будут происходить процессы, обратные процессам, идущим в замкнутом элементе. На цинковом катоде будет идти осаждение цинка, а на медном аноде - растворение меди

Zn⁺⁺+2ē→Zn и Cu→Cu⁺⁺+2ē.

Обобщая это, можно установить, что при электролизе на катоде идут процессы восстановления, а на аноде идут процессы окисления.

Для того чтобы через элемент Даниеля проходил обратный ток, достаточно, чтобы приложенная внешняя электродвижущая сила E была немного больше собственной электродвижущей силы E_p самого элемента. Тогда между электродами установится разность потенциалов E – E_p,позволяющая преодолеть омическое сопротивление w элемента, и возникает ток, сила i которого определяется законом Ома:

E – E_p = i w. (1)

Сила тока растет с увеличением приложенной электродвижущей силы E. В тех случаях, когда оба электрода элемента имеют одинаковый потенциал, имеем E_p=0, и электролиз начинается при как угодно малой приложенной электродвижущей силе. Так будет идти, например, электролиз раствора CuSO₄ между двумя медными электродами с выделением меди на катоде

Cu²⁺ +2ē→Cu (восстановление).

и растворением ее на аноде

Cu→Cu²⁺+2ē (окисление).

Далеко не всегда явления электролиза точно повторяют в обратном направлении процессы, происходящие в работающем гальваническом элементе. Это возможно лишь тогда, когда обе электродные реакции и все остальные процессы, происходящие в элементе, термодинамически обратимы. В противном случае процессы при электролизе могут быть иными, чем в замкнутом элементе, и тогда величина E_p не равна электродвижущей силе элемента. Разные случаи и причины необратимости будут рассмотрены ниже. Необратимость увеличивается с повышением скорости электролиза, т.е. силы тока, проходящего через ячейку. Она поэтому особенно существенна в технических электрохимических процессах, где применяют токи большой силы и где, в частности, она вызывает увеличение расхода необходимой для электролиза энергии.