34. Электрический ток в газах и водных растворах.

Ответ. Происхождение электрического тока (движение электрических зарядов) через раствор существенно отличается от движения электрических зарядов по металлическому проводнику. Различие, прежде всего в том, что зарядоносителями в растворах являются не электроны, а ионы, т.е. сами атомы или молекулы, потерявшие или захватившие один или несколько электронов. Естественно, это движение, так или иначе, сопровождается изменением свойств самого вещества.Жидкости по степени электропроводности делятся на: диэлектрики (например, дистиллированная вода); проводники (электролиты); полупроводники (расплавы некоторых солей). Носители тока в жидкостях – положительные и отрицательные ионы. Электролиты – вещества, водные растворы которых проводят электрический ток. К ним относятся водные растворы солей, кислот, щелочей. Они являются проводниками второго рода. Молекулы воды и электролитов представляют собой электрические диполи. В результате кулоновского взаимодействия молекулы электролитов распадаются на ионы (катионы и анионы), такой процесс распада молекул называют электролитической диссоциацией. Обратный процесс, процесс образования нейтральной молекулы при столкновении положительного и отрицательного ионов называется рекомбинацией (молизацией). После разрыва молекулы на ионы диполи растворителя обволакивают их, образуя сольватную оболочку, сильно затрудняющую движение ионов. При создании в растворе электрического поля внешним источником тока, катионы начинают направленно двигаться вдоль Е⃗ , а анионы – против Е⃗ . Таким образом в растворе возникает электрический ток, обусловленный встречным направленным движением разноимённых ионов. Закон Ома для электролитов: 𝑗 = 𝑞+𝑛+𝑣+ + 𝑞−𝑛−𝑣−, где 𝑛+, 𝑛−, 𝑣+, 𝑣− ‒ концентрации и направленные скорости катионов и анионов, соответственно. Когда через раствор проходит электрический ток, между электродами, соединенными с источником тока, создается разность потенциалов, иначе говоря, один из них оказывается заряженным положительно, а другой отрицательно. Под действием этой разности потенциалов положительные ионы перемещаются по направлению к отрицательному электроду — катоду, а отрицательные ионы — к аноду. Этот процесс переноса зарядов и составляет течение электрического тока через электролит и происходит до тех пор, пока имеется разность потенциалов на электродах. С исчезновением разности потенциалов прекращается ток через электролит, нарушается упорядоченное движение ионов, и вновь наступает хаотическое движение. Электрический ток в электролитах сопровождается явлением электролиза. Электролиз – выделение на электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах. Первый закон Фарадея: Масса вещества, которая выделяется на электроде, прямо пропорциональна заряду, протекшему через электролит: 𝑚 = 𝑘𝑞 = 𝑘𝐼∆𝑡, где k ‒ электрохимический эквивалент вещества, равный количеству вещества, выделяющемуся на электродах при прохождении через раствор заряда q =1Кл. Второй закон Фарадея: электрохимический эквивалент вещества k пропорционален отношению молярной массы A ионов этого вещества к их валентности z 𝑘 =1/𝐹 𝐴/𝑧, где F = 96486,7 Кл / моль – число Фарадея. Газы при нормальных условиях не проводят электрический ток, т. е. являются диэлектриками. Это обусловлено тем, что газы состоят из нейтральных атомов (молекул). Однако при определённых условиях газы, в том числе и воздух, становятся проводниками. Нагревание газа приводит к образованию свободных электронов и положительно заряженных ионов, т. е. к ионизации газа. Для отрыва электрона от атома (молекулы) необходима энергия, минимальное значение которой называют энергией ионизации атома (молекулы). Наряду с ионизацией может происходить присоединение образовавшихся при отрыве электронов к нейтральным атомам (молекулам) газа. Это приводит к образованию отрицательно заряженных ионов. Под действием электрического поля в газе возникает направленное движение положительно заряженных ионов к отрицательному электроду (катоду) и направленное движение электронов и отрицательно заряженных ионов к положительному электроду (аноду). В ионизированном газе возникает электрический ток, который называют газовым разрядом. Таким образом, носители электрического заряда в ионизированных газах — положительно и отрицательно заряженные ионы и свободные электроны, а проводимость газов является ионно-электронной. Таким образом, чтобы в газе появились свободные носители электрического заряда, его атомы (молекулы) необходимо ионизировать. Это можно осуществить нагреванием газа до высокой температуры, воздействием на газ ультрафиолетовым, рентгеновским, радиоактивным излучениями и др. Внешние воздействия, в результате которых происходит ионизация, называют ионизаторами. Разряд, возникающий в результате ионизации газа под действием ионизатора, называют несамостоятельным.