§ III.9.2. Атомность электрических зарядов

1°. Из законов электролиза Фарадея следует, что все электрические заряды состоят из целого числа элементарных, далее не делимых зарядов.

2°. ЗарядQлюбого иона равен

,

где z– валентность иона,F– число Фарадея (III.9.1.4°),N_А– число Авогадро (IX). Заряд одновалентного иона равен зарядуеэлектрона или протона:

Q₁=е= 1,602 · 10^-19Кл = 4,803 · 10^-10ед. СГСЭ.

Любой электрический заряд состоит из целого числа элементарных зарядов е(III.1.1.2º).

§ III.9.3. Электролитическая проводимость жидкостей

1°. Плотность токаj(III.7.2.3°) в произвольном сеченииSS, перпендикулярном к направлению движения ионов (рис. III.9.1), равна сумме плотностей токов положительных и отрицательных ионов:

,

причем и, гдеq₊иq_-,n₀₊иn_0-,и– заряды, концентрации и средние скорости упорядоченного движения (т. е.дрейфапод действием электрического поля) положительных и отрицательных ионов.

2°. Средние скорости дрейфа ионов пропорциональны напряженности Е электрического поля:

,,

где положительные величины u₊иu_-называютсяподвижностями ионов. Подвижность иона равна отношению модулей векторов средней скорости дрейфа и напряженности поля и не зависит от напряженностиЕэлектрического поля. Поскольку в электролитах нет объемных зарядов, тоq₊n₀₊+q_-n_0-=0.

Кроме того, (III.9.2.2º).

3°.Закон Ома для плотности тока в электролитах(ср. III.7.3.4°):

.

Удельное сопротивление ρ электролита (III.7.3.4°):

.

Если при диссоциации молекулы растворенного вещества образуется k₊ положительных и k_- отрицательных ионов, то:

;и,

где α – степень диссоциации, n₀ – концентрация растворенного вещества (III.9.1.5°) и

.

Отношение N_A/z₊ есть число положительных ионов в одном грамм-эквиваленте (III.9.1.4°). Если ввести величину

,

называемую эквивалентной концентрацией раствора и представляющую собой число грамм-эквивалентов ионов одного знака, содержащихся в единице объема электролита (в свободном состоянии и связанных в молекулах), то

.

§ III.9.4. Электропроводность газов

1°. Газы, состоящие из нейтральных атомов и молекул, являются изоляторами и не проводят электрический ток. Для возникновения электропроводности газов они должны быть ионизованы.

Ионизацией молекулы (атома)называется отщепление одного или нескольких электронов и превращение молекулы (атома) в положительный ион. Если молекула (атом) газа присоединит к себе электроны, возникнут отрицательные ионы.

Обратный ионизации процесс, при котором электроны, присоединяясь к положительному иону, образуют нейтральную молекулу (атом), называется рекомбинацией.

2°. Для ионизации молекулы (атома) необходимо совершить работу ионизации A_i против притяжения между вырываемым электроном и атомным остатком – остальными частицами молекулы (атома). Величина A_i зависит от энергетического состояния вырываемого электрона (IV.2.1.9º) в атоме или молекуле данного газа. Энергия ионизации возрастает с увеличением кратности ионизации, т. е. числа электронов, вырванных из атома.

3°. Потенциалом ионизации φ_i называется разность потенциалов в ускоряющем электрическом поле, которую должна пройти заряженная частица, чтобы накопить энергию, равную энергии ионизации: φ_i = A_i/e, где е – абсолютная величина заряда частицы.

4°. Ионизация газа вызывается внешними воздействиями: достаточным повышением температуры, различными излучениями, космическими лучами, бомбардировкой молекул (атомов) газа быстрыми электронами или ионами. Интенсивность ионизации измеряется числом пар частиц противоположного знака, образовавшихся за единицу времени в единице объема газа.

5°. Ударной ионизацией называется ионизация газа под действием движущихся электронов или ионов. Наименьшая кинетическая энергия (I.3.2.1°), которую должна иметь ионизирующая частица, оценивается из законов сохранения импульса и энергии и равна:

,

где A_i – работа ионизации, m – масса электрона, М – масса атома.

Эта энергия тем ближе к A_i, чем меньше отношение . Электрон и однозарядный ион, пройдя одинаковую разность потенциалов Δφ, накапливают одинаковую энергию W = e · Δφ.

Из предыдущей формулы следует, что для ударной ионизации электронами и ионами, масса которых в 10⁴ раз превышает массу электрона, ионы должны пройти в ускоряющем поле большую разность потенциалов, чем электроны.