Электрический ток в жидкостях. Законы электролиза. Применение электролиза.

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц в электрическом поле .

Как известно, химически чистая (дистиллированная) вода является плохим проводником, т. е. практически не проводит электрический ток. Это связано с тем, что концентрация носите­лей свободных зарядов в ней при обычных условиях мала. Однако при растворении в воде различных веществ (кислот, щелочей, солей и т. д.) раствор приобретает хорошую электро­проводность, т. е. становится проводником.

Энергия теплового движения частиц может оказаться достаточной для того, чтобы произошла диссо­циация, т. е. распад молекулы на ионы, имеющие способность к свободному перемещению в растворе.

Распад молекул веще­ства на ионы при растворении его в жидкости называется электролитической диссоциацией, а сам раствор при этом становится электролитом, способным проводить электрический ток.

Молекулы различных веществ диссоциируют по-разному и могут распадать­ся на два или больше ионов. В химии для характеристики свойств раствора вводится специальная величина — так называемый рН-фактор. В случае ней­трального раствора рН = 5,5.

Электролитами являются не только растворы, но и расплавы веществ (например, солей — NaCl, KC1, AgBr, NaN0₃), кри­сталлы которых построены из ионов.

Благодаря высокой концентрации относительно свободных заряженных частиц электролиты способны проводить электри­ческий ток. Носителями тока в них являются ионы, поэтому проводимость электролитов называют ионной.

Под действием сил элект­рического поля заряженные частицы начинают движение в электролите: при этом поло­жительные ионы (катионы) движутся к катоду, а отрица­тельные (анионы) — к аноду. На электродах ионы получают недостающий заряд и становятся нейтральными атомами, т. е. катионы получают электроны с катода (восстанавливаются), а анионы отдают избыток электронов аноду (окисляются). Таким образом, элект­рический ток в жидкости представляет собой направленное движение ионов под действием приложенного между электрода­ми электрического поля.

В отличие от металлов и газов прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электро­дах, что приводит к выделению на них химических элементов, входящих в состав электролита. Это явление получило назва­ние электролиза (от греческого лио — «разлагаю»).

При электролизе на катоде выделяются металлы или водо­род, а на аноде — остаток химического соединения вещества электролита.

В 1833—1834 гг. Фарадей экспериментально установил два закона электролиза.

Первый закон Фарадея:

масса вещества ш, выделяющегося на каком-либо из элект­родов, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит: m = Kq = KIΔt.

Здесь I — сила тока, a Δt — время протекания тока через рас­твор, K— электрохимический эквивалент вещества.

Он численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении заряда в 1 Кл.

Второй закон Фарадея:

электрохимический эквивалент пропорционален химическо­му эквиваленту данного вещества:

K = СМ/Z.

Здесь М — молярная масса вещества, Z — валентность, С — коэффициент пропорциональности, который имеет одно и то же значение для всех веществ. Отношение М/Z называется химическим эквивалентом.

Как следует из законов Фарадея, m = Mq/ZF, где F — постоянная Фарадея, численно равная заряду, кото­рый должен пройти через электролит, чтобы на электроде выде­лился 1 моль одновалентного вещества. Эта постоянная одина­кова для всех веществ и равна произведению заряда электрона на число Авогадро: F = eN_A = 96,5 • 10³ Кл/моль.

К числу наиболее важных технических применений элек­тролиза относится, например, получение чистых металлов (в особенности меди) путем электролиза их расплавлен­ных солей, нанесение металлических покрытий (гальвано­стегия), изготовление копий с матриц (гальванопластика) и т. п. Устройство химических источников тока (гальваниче­ских элементов и аккумуляторов) также основано на процес­сах взаимодействия металлов с электролитами.