Закон ома в электролитах

Закон Ома для электролитов

Общая плотность тока в электролитах будет складываться из плотности тока, создаваемой «+» и «-» ионами

(19)

Плотность тока определяется через скорость движения

, (20)

где q0 – заряд переносимый одним ионом, n – число ионов

где n0 – концентрация.

(22)

Скорость ионов, отнесенная к напряженности электрического поля называется подвижностью ионов (U). Выразим из уравнения (22)

(23)

Правые части уравнений (21) и (23) подставим в уравнение (20), получим

, (24)

с учетом уравнения (24) уравнение (19) перепишется

(25) – закон Ома для электролитов.

Если выражение — удельная электропроводность, то уравнение (25) перепишется

Проводимость электролитов зависит пропорционально температуре, так как при повышении температуры возрастает подвижность ионов.

18.

Дата добавления: 2015-01-01 ; просмотров: 468 ; Нарушение авторских прав

lektsii.com

, (7.66)

где  – коэффициент пропорциональности.

Скорость изменения концентрации недиссоциированных молекул в результате ионизации ионов пропорциональна произведению концентраций положительных и отрицательных ионов:

, (7.67)

где  — коэффициент пропорциональности.

При равновесии , поэтому с учетом (7.66) и (7.67) можно получить формулу, связывающую коэффициент диссоциации с концентрацией растворенного вещества:

. (7.68)

Очевидно, что коэффициент диссоциации зависит от концентрации растворенного вещества. При очень слабой концентрации (no  0) равенство (7.68) дает

. (7.69)

Если  + + b — ) приблизительно постоянны. Следовательно, при малой концентрации раствора электропроводимость пропорциональна концентрации. При увеличении концентрации зависимость электропроводности от концентрации значительно усложняется.

Надо отметить, что величина тока через столб электролита в любом его сечении одна и та же, хотя на первый взгляд она должна быть разной.

Представим, что имеется три сечения столба электролита 1, 2, 3 (рис. 7.18).

Через сечение 1 проходят только отрицательные ионы, через сечение 3 – только положительные ионы, а через сечение 2 – и те и другие. Поэтому создается впечатление, что ток через сечение 2 больше, чем через сечения 1 и 3. Это неверно, ток через любое сечение должен быть одним и тем же, иначе между сечениями будет накапливаться заряд. Выполнение закона сохранения заряда в электролитах обусловлено тем, что скорость упорядоченного движения и концентрация ионов разных знаков непостоянны вдоль выбранной оси ОХ.

В центральной области столба электролита концентрации положительных и отрицательных ионов примерно равны, следовательно, объемная плотность заряда близка к нулю. У положительного электрода (анода) скапливаются отрицательные ионы. Объемная плотность заряда отрицательна. У отрицательного электрода (катода) имеется положительный объемный заряд.

На рисунке 7.19 показано изменение потенциала между электродами (при заданной разности потенциалов между ними), вызванное объемными зарядами. Сплошная линия соответствует изменению потенциала в вакууме, пунктирная – в том же пространстве, заполненном электролитом. На рисунке 7.20 для сравнения показано изменение потенциала в межэлектродном промежутке, в который введены две сетки. Левая сетка заряжена отрицательно по отношению к аноду и имитирует отрицательный объемный заряд. Правая сетка заряжена положительно по отношению к катоду и имитирует положительный объемный заряд. Сравнение кривых изменения потенциала в межэлектродном пространстве показывает, что изменение потенциала в первом и втором случаях почти одинаково.

Постоянство величины электрического тока в электролитах обусловлено тем, что напряженность электрического тока, а следовательно, и скорость упорядоченного движения ионов в разных точках объема диэлектрика разные. В центральной области они меньше, чем в других областях.

studfiles.net

Закон ома в электролитах

§ 75. Природа тока в электролитах

Жидкости, как и твердые тела, могут быть проводниками, диэлектриками (спирт, вода) и полупроводниками (расплавленный селен, теллур). Растворы веществ, которые проводят электрический ток, называются электролитами. Электролитами являются, например водные растворы солей, кислот и щелочей. Их (молекулы состоят из двух частей, обладающих противоположными и равными по величине зарядами, т. е. из двух ионов. Когда они попадают в воду, диэлектрическая проницаемость которой ε = 81, сила электрического взаимодействия между ними уменьшается в 81 раз. При таком уменьшении силы притяжения между ионами, составляющими молекулы растворяемого вещества, последние от столкновения с молекулами воды в процессе теплового движения распадаются на ионы, т. е. происходит электролитическая диссоциация. Ионы водорода и металлов положительные.

Некоторое количество противоположно заряженных ионов при своем движении может оказаться настолько близко друг к другу, что силы электрического притяжения объединяют их снова в нейтральную молекулу. Величина заряда иона (валентность) определяется числом потерянных или приобретенных атомом (или группой атомов, составляющих ион) электронов. Электролитическую диссоциацию записывают в виде уравнений,, как и любые другие химические реакции:

Итак, в электролите имеются свободные носители заряда, ими? являются положительные и отрицательные ионы. Они находятся в тепловом движении.

Опустим в электролит два электрода и присоединим их к полюсам источника постоянного тока. Под действием электрического поля, образованного источником тока в электролите, свободные ионы помимо теплового движения начинают двигаться в противоположные стороны: положительные — к отрицательному электроду, а отрицательные — к положительному электроду. Поток положительных и отрицательных ионов в электролите поп действием электрического поля источника тока есть ток в электролите. Чем больше ионов содержится в 1 см 3 электролита и чем больше скорость их движения, тем больше сила тока. Скорость непрерывного движения ионов, образующих ток в электролите, невелика. Даже самый быстрый ион водорода при напряженности электрического поля Е = 100 в /м имеет скорость примерно 12 см /ч, а ион натрия — 1,6 см /ч. Для электролитов справедлив закон Ома.

При прохождении тока через электролит ионы, достигая электродов, нейтрализуются и выделяются на них в виде нейтральных молекул вещества. Значит, прохождение тока через электролиты всегда сопровождается переносом вещества. Из этого следует, что в электролитах, в отличие от металлических проводников, носителями тока являются не свободные электроны, а ионы. В отличие от металлов электролиты имеют ионную проводимость. Через электролит электрический ток проходит до тех пор, пока растворенное вещество в растворителе полностью не выделится на электродах, после этого ток прекратится.


Рис. 107. Введение ионов в руку

Движение ионов в электрическом поле используется для введения их в организм с лечебной целью через неповрежденную кожу. Например, при введении в руку ионов кальция ее кисть помещают в ванну с водным раствором хлористого кальция, предплечье соединяют с отрицательным полюсом источника тока, а электрод, погруженный в электролит, с положительным полюсом (рис. 107). Под действием электрического поля положительные ионы кальция входят в тело и распространяются по всей руке.


Рис. 108. Уменьшение сопротивления электролита при его нагревании

Выясним, как зависит сопротивление электролита от температуры. Соберем электрическую цепь из источника тока, амперметра и пробирки с электролитом, в который погружены электроды (рис. 108). Нагревая электролит, мы замечаем увеличение силы тока в цепи. Значит, при нагревании электролитов их сопротивление уменьшается. Скорость молекул при этом становится большей, кинетическая энергия их увеличивается, что вызывает более частые и сильные соударения между молекулами электролита, в результате происходит больший распад молекул растворенного вещества на ионы. Рост числа ионов, образующих ток, увеличивает его силу. С возрастанием температуры повышается сопротивление электролита направленному движению свободных ионов, но рост их числа вызывает большее увеличение силы тока, чем уменьшение его за счет возрастания числа соударений ионов с молекулами электролита. В конечном итоге от нагревания сопротивление электролита уменьшается.

physiclib.ru

Электрический ток в электролитах

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах. Это явление получило название электролиза.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией. Например, хлорид меди CuCl2 диссоциирует в водном растворе на ионы меди и хлора:

При подключении электродов к источнику тока ионы под действием электрического поля начинают упорядоченное движение: положительные ионы меди движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора – к аноду (рис 1.15.1).

Достигнув катода, ионы меди нейтрализуются избыточными электронами катода и превращаются в нейтральные атомы, оседающие на катоде. Ионы хлора, достигнув анода, отдают по одному электрону. После этого нейтральные атомы хлора соединяются попарно и образуют молекулы хлора Cl2. Хлор выделяется на аноде в виде пузырьков.

Во многих случаях электролиз сопровождается вторичными реакциями продуктов разложения, выделяющихся на электродах, с материалом электродов или растворителей. Примером может служить электролиз водного раствора сульфата меди CuSO4 (медный купорос) в том случае, когда электроды, опущенные в электролит, изготовлены из меди.

Диссоциация молекул сульфата меди происходит по схеме

Нейтральные атомы меди отлагаются в виде твердого осадка на катоде. Таким путем можно получить химически чистую медь. Ион отдает аноду два электрона и превращается в нейтральный радикал SO4 вступает во вторичную реакцию с медным анодом:

Образовавшаяся молекула сульфата меди переходит в раствор.

Таким образом, при прохождении электрического тока через водный раствор сульфата меди происходит растворение медного анода и отложение меди на катоде. Концентрация раствора сульфата меди при этом не изменяется.

Электролиз водного раствора хлорида меди

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком Майклом Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе:

Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом.

Масса выделившегося на электроде вещества равна массе всех ионов, пришедших к электроду:

Здесь m0 и q0 – масса и заряд одного иона, – число ионов, пришедших к электроду при прохождении через электролит заряда Q. Таким образом, электрохимический эквивалент k равен отношению массы m0 иона данного вещества к его заряду q0.

Так как заряд иона равен произведению валентности вещества n на элементарный заряд e (q0 = ne), то выражение для электрохимического эквивалента k можно записать в виде

Постоянная Фарадея численно равна заряду, который необходимо пропустить через электролит для выделения на электроде одного моля одновалентного вещества.

Закон Фарадея для электролиза приобретает вид:

Явление электролиза широко применяется в современном промышленном производстве.

www.its-physics.org

Закон Ома для электролитов. Подвижность ионов в электролите

Сущ. в растворе электролита действ. пост. источник тока, он создает однородное эл. поле напряженностью E. Сущ. в ед. объема содержится n+ “+”и n “—” ионов. Сущ. заряд “+” иона = q+, а “—” = q.

При постоянном токе средние скорости движения ионов постоянны. Обозначим их соответственно υ+ и υ для “+” и “—” ионов.

Направленное движение ионов, окр. сольватными оболочками можно уподобить движению шарика радиусом r в вязкой среде. При перпенд. “+” иона возникает сила трения, которая согласно закону Стокса равна

F + тр = 6*π*η*r*υт. η – коэфф. вязкости жидкости, r – радиус иона с сольватной оболочкой. С другой стороны на “+” ион действует эл. сила

При установ. движении F + тр = F + эл

аналогично для “—” иона

Обознач. величины, стоящие перед E b+ и b.

Таким образом, подвижность ионов равна скорости упорядоч. движения под действием эл. поля единичной напряженности.

Из (**) →, что подвижность ионов возрастает с повышением t за счет уменьшения вязкости жидкости.

Плотность тока, созданного движением “+” ионов, равна

n – концентрация ионов.

υ – скорость упорядоченного движения.

Полная плотность тока равна

Для бинарных электролитов, т.е. для электролитов в результате диссоциации.

n0 – концентрация молекул растворенного вещества.

Используя опр. подвижности ионов электролита можно записать

Полная плотность тока в электролите

закон Ома в дифф. форме j = γ*E.

Т.к. с повышением t подвижность и концентрация ионов возр., то с повышением t сопротивление электролитов уменьшается в отличие от сопротивления металлов.

studopedia.ru

Смотрите так же:

  • Приказ 77 от 14101999 Федеральный закон от 18 июня 2001 г. N 77-ФЗ "О предупреждении распространения туберкулеза в Российской Федерации" (с изменениями и дополнениями) Федеральный закон от 18 июня 2001 г. N 77-ФЗ"О предупреждении распространения туберкулеза в […]
  • Приказ минздрава от 15122014 834н PRO kurort Dr. Manshina о курортах и курортном лечении Приказ Министерства здравоохранения РФ от 15 декабря 2014 г. № 834н «Об утверждении унифицированных форм медицинской документации, используемых в медицинских организациях, […]
  • Закон о биржах и биржевой деятельности 2018 Закон РФ от 20 февраля 1992 г. N 2383-I "О товарных биржах и биржевой торговле" (с изменениями и дополнениями) (утратил силу) Закон РФ от 20 февраля 1992 г. N 2383-I"О товарных биржах и биржевой торговле" С изменениями и дополнениями […]
  • Приказ при замене паспорта При замене паспорта гражданина России представлять свидетельство о рождении не требуется Верховный Суд Российской Федерации сделал вывод, что гражданин обязан представлять в территориальный орган МВД свидетельство о рождении только в […]
  • Продажа доли имущества несовершеннолетнего Ребенок-собственник: если опека не разрешает… По закону дети от 14 до 18 лет могут совершать сделки только с согласия своих законных представителей (родителей), а дети до 14 лет вообще не могут совершать сделки сами – за них действуют […]
  • Приказ 808 от 2011 Приказ Министерства здравоохранения и социального развития РФ от 25 июля 2011 г. № 808н "О порядке получения квалификационных категорий медицинскими и фармацевтическими работниками" В соответствии со статьей 63 Основ законодательства […]