Ток в электролитах

Если в электролит поместить два электрода и создать между ними разность потенциалов за счёт источника тока, то возникнет упорядоченное движение ионов. Положительно заряженные ионы будут двигаться к катоду,  отрицательные к аноду (рисунок 23.2). В жидкости возникает электрический ток, обусловленный встречным движением разноимённых ионов. Следует отметить, что скорость движения ионов невелика (например, при Е=10² В/м скорость ионов водорода ≈ 3,3·10^-5 м/с). Положительные ионы при соприкосновении с катодом получают недостающие электроны, а отрицательные ионы отдают лишние электроны аноду. Таким образом, ионы в электролитах как бы переносят электроны от катода к аноду.

Для электролитов справедлив закон Ома I=U/R. Сопротивление электролитов, так же как и сопротивление проводников, может быть вычислено по формуле

, (23.2)

где ℓ  расстояние между электродами, S – площадь электрода, ρ – удельное сопротивление электролита. С ростом температуры подвижность ионов и их концентрация возрастают, поэтому сопротивление жидкости (в отличие от сопротивления металлических проводников) уменьшается.

Ток в электролитах связан с переносом вещества и производит химическое действие, поэтому электролиты в отличие от металлов называют проводниками второго рода. Прохождение электрического тока через электролит всегда сопровождается выделением на электродах вещества. Подходя к электродам, ионы электролита нейтрализуются (превращаются в нейтральные атомы) и оседают на них или же выделяются около электродов в виде газа. Явление выделения на электродах веществ, входящих в состав электролита называется электролизом. В настоящее время электролиз широко применяют в промышленности для различных целей.

1. Электролитический метод получения чистых металлов. Хорошим примером является электролитическое очищение или рафинирование меди. Медные руды содержат сернистые соединения меди, ее окислы, а также и примеси металлов (Ni, Pb, Sb, As, Bi и др.). Полученная непосредственно из руды медь, содержащая примеси, отливается в виде пластин и помещается в качестве анода в раствор CuSO₄. Подбирая напряжение на электродах можно добиться, чтобы на катоде выделялась только металлическая медь. При этом посторонние примеси либо переходят в раствор (без выделения на катоде), либо выпадают на дно ванны в виде осадка («анодный шлак»). Электролитическое извлечение металлов может происходить не только из водных растворов, но также и из их расплавов. Электролиз расплавов лежит в основе процесса получения металлического алюминия из бокситов, содержащих окись алюминия (Аl₂О₃). Так как при этих процессах применяют очень большие токи, то выделяющаяся, согласно закону ДжоуляЛенца, теплота оказывается достаточной для поддержания вещества в расплавленном состоянии.

2. Гальваностегия. Посредством электролиза можно покрыть металлические предметы слоем другого металла. Этот процесс называется гальваностегией. Особое техническое значение имеют электролитические покрытия трудно окисляемыми металлами, в частности  никелирование и хромирование, а также серебрение и золочение, часто применяемые для предохранения металлов от разрушения на воздухе (от коррозии). Для получения нужных покрытий предмет тщательно очищают механически, обезжиривают и помещают как катод в электролитическую ванну, содержащую соль того металла, которым нужно покрыть предмет. Для более равномерного покрытия полезно применять две пластины, в качестве анода, помещая предмет между ними.

3. Гальванопластика. Посредством электролиза можно не только покрыть предметы слоем того или иного металла, но и изготовить их рельефные металлические копии (например, монет, медалей и т. п.). Этот процесс был изобретен русским физиком и электротехником Борисом Семеновичем Якоби (1801  1874) и называется гальванопластикой. Для изготовления рельефной копии с предмета сначала делают слепок из какого-либо пластичного материала, например из воска. Этот слепок делают электропроводным, покрывая его графитом, и погружают в электролитическую ванну в качестве катода, где на нём и осаждается слой металла нужно толщины. В полиграфической промышленности такие копии получают с матриц (оттиска набора на пластическом материале). Для этого осаждают на матрицах толстый слой железа или другого материала. Это позволяет воспроизвести набор в нужном количестве экземпляров. Если раньше тираж книги ограничивался числом оттисков, которые можно получить с одного набора (при печати набор стирается), то сейчас использование стереотипов позволяет значительно увеличить тираж.