Электропроводность жидкостей (электролитов)

Электролитами называются вещества, молекулы которых состоят из ионов противоположных знаков, удерживаемых кулоновскими силами. К электролитам относятся кислоты, щелочи и соли. При растворении в воде значительная часть молекул электролитов распадается на ионы. Это явление называется электролитической диссоциацией.

При прохождении тока через электролиты плотность тока определяется плотностью тока положительных и отрицательных ионов

j = j₊ + j_- = q₊n₊v₊ + q_-n_-v_-

если предположить, что каждая молекула диссоциирует на два иона, то n₊ = n_- = αn, где α – коэффициент диссоциации, n – концентрация молекул электролита,

q₊ = q_- = q = Zе, Z – валентность ионов, е – элементарный заряд. Скорость ионов пропорциональна напряженности электрического поля v = bЕ, b – коэффициент пропорциональности, называется подвижностью иона (при Е = 1, v = b)

j = Zeαnb₊E + Zeαnb_-E = Zeαn(b₊ + b_-) E = σE,

σ = Zeαn(b₊ + b_-) – электропроводность электролита, зависит от концентрации свободных ионов, их заряда и подвижности.

При повышении температуры электропроводность электролитов увеличивается (сопротивление соответственно уменьшается). Это связано с двумя причинами:

1. при увеличении температуры увеличивается коэффициент диссоциации

2. при нагревании вязкость жидкостей уменьшается и поэтому подвижность ионов возрастает.

Законы электролиза

Подходя к электродам, опущенным в раствор электролита, ионы разряжаются и превращаются в нейтральные атомы или радикалы. Нейтрализовавшиеся атомы оседают на электродах. Если они химически активны, то у электродов протекают вторичные реакции. Например, при нейтрализации иона натрия атом натрия реагирует с водой и на катоде выделяется газообразный водород.

Выделение на электродах составных частей электролита при прохождении через него электрического тока называется электролизом.

Количественные законы электролиза были установлены Фарадеем в 1833-34 гг.

1 закон: количество вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорционально заряду, прошедшему через электролит

m = kq= kIt

k – электрохимический эквивалент вещества.

2 закон: электрохимический эквивалент прямо пропорционален химическому эквиваленту

А – атомный вес элемента, z– валентность, А/z – химический эквивалент, с – коэффициент пропорциональности, 1/с = F – число Фарадея. F = еN_А, N_А – число Авогадро.

Объединенный закон: . Отсюда следует физический смысл числа Фарадея: F = q при m = A/z –число Фарадея равно количеству электричества, которое должно пройти через раствор, для выделения одного грамм-эквивалента (килограмм-эквивалента) данного вещества.

F = 96494 Кл/г·экв ≈ 9,65·10⁷ Кл/кг·экв.

Электролиз используется для получения и очистки цветных металлов, для создания антикоррозийных покрытий и т.д.

Токи в газах. Аэроионы.

Молекулы газов нейтральны, поэтому газы являются хорошими изоляторами. Но если газ ионизовать, то он становится электропроводным. Ионизатором может быть пламя, свет, рентгеновское и радиоактивное излучение и т.д.

При ионизации газовых молекул под действием внешних источников из молекулы обычно вырывается один электрон и остается положительный ион. Вырванный электрон может присоединиться к другой молекуле и образовать отрицательный ион. Под действием внешнего электрического поля эти ионы и электроны начинают двигаться и возникает электрический ток.

Одновременно с ионизацией наблюдается и обратный процесс: при столкновении положительного иона и электрона они могут соединяться в нейтральные молекулы. Этот процесс называется рекомбинацией. При рекомбинации выделяется энергия, равная энергии, затраченной на ионизацию. Частично она излучается в виде света, поэтому излучение света при рекомбинации является одной из причин свечения многих форм газового разряда. Если ионизатор прекратит свое действие, то газ, вследствие рекомбинации, быстро становится изолятором.

В земных условиях воздух практически всегда содержит некоторое количество ионов благодаря природным ионизаторам: радиоактивным элементам в почве, космическому излучению.

При дроблении в воздухе вода распадается на заряженные капельки. Крупные капли имеют положительный заряд и быстро оседают и в воздухе остаются мельчайшие отрицательные капельки. Такое явление наблюдается у фонтанов, у водопадов.

Ионы и электроны, находящиеся в воздухе, могут присоединяться к нейтральным молекулам и взвешенным частицам и образовывать более сложные ионы. Эти ионы в атмосфере называются аэроионами. Они различаются не только знаком, но и массой, их условно делят на легкие (газовые) и тяжелые (пылинки, частицы дыма, влаги). Тяжелые ионы вредно действуют на организм. Легкие ,в основном отрицательные, оказывают благотворное влияние. Их используют для лечения - аэроионотерапия.

Различают естественную аэроионотерапию – пребывание больных в местах с повышенной ионизацией воздуха (горы, водопады и т.д.), и искусственную, проводимую с помощью ионизаторов.

Лекция 9