23. Електричний струм в електролітах. Електрична дисоціація. Закон електролізу Фарадея. Практичне застосування електролізу.

Чисті рідини не пропускають електричний струм (дистильована вода, гліцерин, гас тощо). Це пояснюється тим, що в таких рідинах мало носіїв струму - іонів. Іони являють собою атоми або групи атомів, в яких не вистачає або є надлишок електронів порівняно з нейтральними частинками. Якщо в рідині, наприклад у воді, розчинити сіль, кислоту або луг, то вона стає електропровідною. Це пояснюється тим, що під впливом розчинника молекули розчиненої речовини розпадаються (дисоціюють) на різнойменні іони. Електролітична дисоціація - це процес розпаду молекул розчиненої речовини на іони під впливом молекул розчинника та теплового руху молекул. Електричне поле молекул розчинника послаблює електричне поле молекул розчиненої речовини. Так молекули води послаблюють іонні зв’язки молекул розчиненої речовини у 81 раз. Рекомбінація (молізація) - процес возз’єднання різнойменних іонів у нейтральні молекули. Якщо в посудину з електролітом занурити два електроди й приєднати до них джерело струму (рис. 24.1), то між електродами виникне електричне поле. Позитивні іони рухаються до катода - катіони, а негативні - до анода - аніони. Електроліти - це провідники, в яких проходження струму спричиняє електроліз. Електроліз - це окисно-відновлювальні реакції з виділенням на електродах речовини. На катоді при цьому виділяється чистий метал. З підвищенням температури електропровідність електролітів зростає, внаслідок збільшення швидкості теплового руху молекул та більш інтенсивної їх руйнації на іони. При цьому зростає концентрація іонів, їх рухливість, що веде до зменшення опору електроліту. Також до зменшення опору приводить механічне збільшення концентрації розчиненої речовини.

24. Електричний струм в газах. Іонізація газів. Самостійний і несамостійний розряди. Види розрядів у газах, їх практичне використання.

Гази за нормальних умов є добрими діелектриками, вони практично не проводять електричного струму, що зумовлено майже повною відсутністю в них вільних носіїв заряду. Проходження електричного струму в газі називається газовим розрядом.Йонізація газів. У розглянутому досліді вільні носії заряду в повітрі виникли під дією високої температури. Проте таке саме явище спостерігається під дією різних видів випромінювань: рентгенівського, радіоактивного тощо. Що ж відбувається з нейтральними молекулами газу під дією високої температури чи випромінювань? Коли енергія молекули чи атома зростає, то вони при зіткненні з іншими молекулами можуть втратити один чи кілька електронів, перетворившись у позитивно заряджені йони. Утворюється два вільні носії зарядів: електрон і позитивно заряджений йон.

У газах утворюються й негативні йони, коли електрони приєднуються до нейтральних молекул чи атомів.

Таким чином, під дією різних йонізаторів у газах утворюється три види вільних носіїв заряду: електрони та йони обох знаків. Але утворення йонів в газах принципово відрізняється від утворення їх в електролітах, де молекули розпадаються на йони внаслідок електролітичної дисоціації.

Якщо в газах перестає діяти йонізатор, то вони знову майже не проводять електричного струму: вільні носії заряду або досягають електродів і нейтралізуються, або рекомбінують, утворюючи нейтральні молекули чи атоми. Розрізняють два види газового розряду: несамостійний і самостійний. За звичайних умов гази є добрими ізоляторами, оскільки в них є лише незначна кількість вільних носіїв заряду, які утворюються під дією йонізаторів, що завжди є в природі. Щоб у такому колі за не надто високих напруг існував струм, необхідно мати який-небудь йонізатор (полум'я, радіоактивний препарат тощо), щоб унаслідок його дії утворилась певна кількість вільних носіїв заряду.

Якщо електропровідність газів створюється зовнішніми йонізаторами, то струм у газі називається несамостійним газовим розрядом. Розглянемо деякі види газових розрядів.

Тліючий розряд. Цей розряд відбувається при зниженому тиску. Такий розряд можна утворити в скляній трубці з впаяними електродами електродами, з якої насосом відкачують повітря. Спочатку відбувається невидимий тихий розряд. При тиску близько 5*10³ Па внаслідок ударної іонізації з’являються перехідні форми від несамостійного розряду до самостійного.

Тліючий газовий розряд має широке застосування. Його використовують у сигнальних неонових лампах, у лампах денного світла, для катодного розпилювання металів.

Китичний розряд. Такий розряд виникає в повітрі під впливом сильного електричного поля, коли відбувається ударна іонізація газу. Його можна спостерігати під час грози на вістрях громовідводів, антен, мачтах кораблів. Оскільки біля вістря електричне поле неоднорідне, то розряд має вигляд китиці.

Коронний розряд виникає між провідниками, які перебувають під високою напругою в атмосфері. При цьому біля провідника виникає світіння у вигляді оболонки або корони, яка оточує провідник. Коронний розряд можна спостерігати біля кондукторів електрофорної машини, якщо вони розведені на велику відстань.

Взагалі коронний розряд виникає і при позитивному потенціалі дротини, і при її негативному потенціалі, а також при змінній напрузі напрузі між провідниками. За межами негативної корони будуть іони тільки одного знака - негативні. Якщо корона позитивна, то за її межами будуть позитивні іони. На цьому принципі грунтується дія електрофільтрів для очищення промислових газів від домішок на заводах, що виробляють сірчану кислоту, на заводах кольорової металургії, а також фільтрів, які застосовують для очищення доменних газів.

Іскровий розряд виникає при високій напрузі в атмосферному повітрі між двома електродами такої форми, що електричне поле між ними мало відрізняється від однорідного. Блискавка в повітрі є прикладом іскрового розряду.

Якщо розрядний проміжок малий, то іскра спричинює місцеве руйнування металу. На цьому грунтується електроіскровий метод обробки металів (різання, свердління. . . )

Дуговий розряд відбувається при малій напрузі і великому

струмі. Якщо після появи електричної іскри поступово зменшувати відстань між електродами, то виникає світний стовп газу у вигляді дуги. При струм зростає, а напруга спадає до кількох десятків вольт.