2. Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Закон Фарадея. Техническое применение электролиза.

Электрический Ток в Растворах и Расплавах Электролитов

Растворы солей, кислот и оснований называются электролитами. Химически чистая вода почти не проводит электрического тока, но если растворить в воде какую-нибудь соль, например медный купорос, то ток через нее пойдет. При протекании электрического тока через раствор электролитов вместе с зарядом всегда переносится вещество (это явление называется электролизом). Отсюда следует, что носителями тока в этих проводниках являются ионы.

Электрической диссоциацией называется расщепление в воде солей, кислот и щелочей на положительные и отрицательные ионы. Растворы электролитов всегда содержат некоторое число ионов: катионов (положительных ионов) и анионов (отрицательных ионов). Пока электрическое поле отсутствует, ионы совершают только беспорядочное тепловое движение. Но в электрическом поле ионы, подобно электронам в металлах, начинают дрейфовать в направлении действующей на них силы: катионы - к катоду, анионы - к аноду.

Электрический ток в растворах (или расплавах) электролитов представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Опыт показывает, что сила тока при постоянном сопротивлении электролитов линейно зависит от напряжения, т. е. для растворов электролитов справедлив закон Ома.

Электронная теория позволяет рассчитать массу вещества, выделившегося на электродах при электролизе. Она равна массе одного иона m0, умноженной на число ионов N, которые осели на электродах. Масса одного

Величины NA и е являются универсальными постоянными, а М и z постоянны для данного вещества. Поэтому выражение

- величина, постоянная для данного вещества.

Масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду, прошедшему через раствор (или пропорциональна силе тока и времени). Эта зависимость носит название закона Фарадея.

Коэффициент k называется электрохимическим эквивалентом данного вещества. Он выражается в килограммах на кулон (кг/Кл).

Закон Фарадея позволяет определить заряд одновалентного иона:

Электролиз получил широкое применение в технике:

• получение щелочных и щелочноземельных металлов (алюминия, магния, бериллия и др.);

• покрытие трудно окисляемыми металлами деталей для предохранения их от коррозии;

• гальванопластика - изготовление рельефных металлических копий предметов и др.

Законы электролиза Фарадея

С количественной стороны процесс электролиза впервые был изучен в 30-х годах XIX века выдающимся английским физиком Фарадеем, который в результате своих исследований установил следующие законы электролиза:

1. Масса образующегося при электролизе вещества пропорциональна количеству прошедшего через раствор электричества.

Этот закон вытекает из сущности электролиза. Как уже говорилось, в месте соприкосновения металла с раствором происходит электрохимический процесс — взаимодействие ионов или молекул электролита с электронами металла, так что электролитическое образование вещества является результатом этого процесса. Ясно, что количество вещества, получающегося у электрода .всегда будет пропорционально числу прошедших по цепи электронов, т.е. количеству электричества.

2. При электролизе различных химических соединений равные количества электричества приводят к электрохимическому превращению эквивалентных количеств вещества.

21. ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА

Электролиз нашел широкое применение в технике, например в металлургии, химической промышленности и т. д.

1. Покрытие металлов слоем другого металла при помощи элек¬тролиза (гальваностегия).

Для предохранения металлов от окисления, а также для прида¬ния изделиям прочности и лучшего внешнего вида их покрывают тонким слоем благородных металлов

(золото, серебро) или малоокисляющимися металлами (хром, никель).

Предмет, подлежащий гальваниче¬скому покрытию, тщательно очищают, полируют и обезжиривают, после чего погружают в качестве катода в гальва¬ническую ванну. Электролитом является раствор соли металла, которым осуще¬ствляется покрытие. Анодом служит пла¬стина из того же металла. На рис. 45 изображена ванна для никелирования. Электролитом служит водный раствор вещества, содержащего никель (напри¬мер, сернокислый никель NiS04), катодом является предмет, подвергающийся покрытию. Величина

тока, пропускаемого через ванну, должна соответствовать величине t покрываемой поверхности. Для равномерного покрытия предмета его поме¬щают между двумя анодными пласти¬нами. После покрытия предмет выни¬мают из ванны, сушат и полируют.