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).
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 (
) разделяется (диссоциирует) на катион натрия (
) и анион хлора (
). 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).
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:
(1)
- где
— масса вещества, выделившаяся на электроде,- — заряд, прошедший через электролит,
- — электрохимический эквивалент вещества (табличное значение),
- — сила тока,
- — время прохождения тока.
Выражение (1) является первым законом Фарадея. Определяет массу вещества, выделившегося на электроде.
(2)
- где
- Кл/моль — постоянная Фарадея,
- — молярная масса вещества,
- — валентность вещества.
Выражения (2) является вторым законом Фарадея. Определяет значение электрохимического эквивалента для каждого вещества.