1.14. Электрический ток в жидкостях

1.14.1. Электрический ток в электролитах

Электролитами называются вещества, в которых электрический ток осуществляется за счет движения положительных и отрицательных ионов (ионная проводимость). Ионная проводимость - упорядоченное движение положительных и отрицательных ионов под действием внешнего электрического поля. Электролитами являются растворы кислот и щелочей, солей, а также солевых расплавов. Ионами называются атомы или молекулы, потерявшие или присоединившие к себе один или несколько электронов.

Положительные ионы называют катионами, отрицательные ионы -анионами.

Электрическое поле, вызывающее упорядоченное движение положительных и отрицательных ионов, создается в жидкостях электродами - проводниками (медь, алюминий и др.). Положительно заряженный электрод называют анодом, отрицательно заряженный электрод - катодом.

Положительно заряженными ионами (катионы) являются ионы металлов и водородные ионы. В электрическом поле они движутся к катоду. Отрицательно заряженными ионами (анионы) - кислотные остатки и гидроксильные группы ОН - движутся к аноду. Прохождение электрического тока через жидкость сопровождается электролизом - выделением на электродах веществ, входящих в состав электролита. Электролиты иногда называют проводниками II рода. В них ток связан с переносом вещества в отличие от металлических проводников (металлы и их сплавы) - проводников I рода, в которых носителями электрического тока являются коллективизированные электроны (отрицательно заряженные частицы).

Возникновение ионов в электролитах происходит за счет электролитической диссоциации - распада молекул растворенного вещества на положительные и отрицательные ионы в результате взаимодействия с растворителем. Молекулы растворенных веществ состоят из взаимосвязанных ионов противоположного знака (полярных молекул). Например, Na⁺Cl^, H⁺Cl^, Cu⁺⁺SO₄^ и т. д.

Силы кулоновского притяжения между этими ионами обеспечивают целостность таких молекул.

Взаимодействие молекул с полярными молекулами растворителя, например, воды (H₂O), приводит к ослаблению взаимного кулоновского притяжения противоположно заряженных ионов.

В результате теплового хаотического движения молекул (броуновское движение) растворенных веществ и растворителей происходит их столкновения, которые вызывают распад молекул (диссоциация) на положительно и отрицательно заряженные ионы.

Диссоциация молекул характеризуется степенью диссоциации  - отношением числа молекул N₀, диссоциаировавщих на ионы противоположного знака, к общему числу молекул N вещества:

(1.51)

Степень диссоциации зависит от температуры (Т), концентрации раствора (С) и диэлектрической проницаемости () растворителя.

Процесс броуновского теплового хаотического движения ионов в растворе приводит к воссоединению ионов противоположного знака с образованием нейтральных молекул. Этот процесс называют рекомбинацией (молизацией) ионов.

Между процессами электрической диссоциации и рекомбинацией ионов при неизменных условиях устанавливается динамическое равновесие, при котором число молекул, распадающихся на ионы в единицу времени, равно числу пар ионов, которое за это же время рекомбинирующих в нейтральные молекулы.

В состоянии динамического равновесия раствор электролита характеризуется определенной степенью диссоциации , определяет число носителей тока в жидкостях, т. е. ионов противоположного знака.

Ионы в электролитах движутся хаотически до тех пор, пока в жидкости отсутствует электрическое поле.

При создании внешнего электрического поля в электролитических ваннах на тепловое хаотическое движение положительно и отрицательно заряженные ионы накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам и в жидкости возникает электрический ток. Плотность электрического тока j в электролитах подчиняется закону Ома,

т. е.

j = Е = Е/.