Электрический ток в различных средах

Мы определили электрический ток как направленное движение зарядов. До сих пор движущимися зарядами являлись электроны. Однако такими зарядами могут быть и другие заряженные частицы, например, ионы.

Ион — это атом, который потерял или приобрёл электрон (или парочку). Разберёмся с этим определением, атомы состоят из положительно заряженного ядра (состоит из протонов и нейтронов) и вращающихся вокруг него электронов. В стандартном состоянии, количество протонов (положительных частиц) равно количеству электронов (отрицательных частиц), т.е. атом является электронейтральным (рис. 1).

Атом ион катион анион

Рис. 1. Атом, ион, катион, анион

Однако, в результате различного рода физических процессов, атом может приобрести или потерять электрон и стать ионом. В случае потери электрона, количество положительных зарядов остаётся тем же, а отрицательных — на один меньше. Т.е. атом становится положительным ионом. Такой ион называется катионом. В случае приобретения электрона, количество положительных зарядов атома остаётся тем же, а отрицательных — на один больше. Т.е. атом становится отрицательным ионом. Такой ион называется анионом (рис. 1).

Звучит достаточно пугающе и сложно, однако получение раствора ионов — дело достаточно обыденное, так обычная поваренная соль (\displaystyle NaCl) разделяется (диссоциирует) на катион натрия (\displaystyle N{{a}^{+}}) и анион хлора (\displaystyle C{{l}^{-}}). Такие вещества называются электролитами. Электролиты – вещества, в которых электрический ток осуществляется ионной проводимостью. Ионная проводимость – упорядоченное движение ионов под действием внешнего электрического поля.

Итак, представим себе электролитическую ванночку, т.е. ёмкость, заполненную электролитом. Опустим в неё два электрода (пластинки), присоединённые к источнику тока, тогда данные электроды заряжены положительно (катод) и отрицательно (анод). В таком случае, внутри ванночки организуется электрическое поле, которое позволяет ионам двигаться каждый к своему электроду, т.е. возникает электрический ток (рис. 2).

Электролитическая ванночка

Рис. 2. Электролитическая ванночка

В описанном процессе происходит выделение ионов на электродах (электролиз). Для описания этого процесса Фарадеем были выведены два закона, имеющие названия законы Фарадея или законы электролиза.

Итак:

\displaystyle m=kq=kIt (1)

  • где
    • \displaystyle m — масса вещества, выделившаяся на электроде,
    • \displaystyle q — заряд, прошедший через электролит,
    • \displaystyle k — электрохимический эквивалент вещества (табличное значение),
    • \displaystyle I — сила тока,
    • \displaystyle t — время прохождения тока.

Выражение (1) является первым законом Фарадея. Определяет массу вещества, выделившегося на электроде.

\displaystyle k=\frac{1}{F}\frac{M}{n} (2)

  • где
    • \displaystyle F=9,65*{{10}^{4}} Кл/моль — постоянная Фарадея,
    • \displaystyle M — молярная масса вещества,
    • \displaystyle n — валентность вещества.

Выражения (2) является вторым законом Фарадея. Определяет значение электрохимического эквивалента для каждого вещества.

Электрический ток в различных средах обновлено: Сентябрь 9, 2017 автором: Иван Иванович

Добавить комментарий