Электрический ток в электролитах

Вещества, в которых при прохождении тока происходят химические превращения, называют проводниками второго рода, или электролитами. К их числу принадлежат растворы солей, щелочей или кислот в воде или некоторых других жидкостях, а также расплавы солей. Чистые жидкости ток не проводят, так как в них отсутствуют носители заряда. При растворении в них некоторых химических соединений такие носители заряда возникают. Процесс созда­ния носителей заряда носит название электролитической дис­социации. В процессе диссоциации молекулы растворенного вещества распадаются на ионы. При растворении они окружа­ются полярными молекулами растворителя. Причем отрица­тельные части этих полярных молекул располагаются вокруг положительной части растворенной молекулы, а положитель­ные части молекулы растворителя – вокруг отрицательной час­ти растворенной молекулы. В результате сила, удерживающая молекулу растворенного вещества, уменьшается. Формально этот процесс может быть описан иначе. Все растворители ха­рактеризуются большой диэлектрической проницаемостью (для воды ). В таком диэлектрике силы взаимодействия между зарядами уменьшаются в раз. Завершает дело тепловое дви­жение молекул. Ослабленные электростатическим взаимодей­ствием связи между ионами растворенного вещества тепловое движение разрывает. В итоге молекула распадается (диссоции­рует) на ионы. Эти ионы и являются носителями заряда в элек­тролитах.

Поскольку ионы обладают относительно большой массой, то перенос заряда в электролите сопровождается переносом вещества. Если опустить в электролит металлические электро­ды и создать между ними разность потенциалов, то положи­тельные ионы придут в направленное движение к отрицатель­ному электроду (катоду), а отрицательные – к положительному (аноду). Подойдя к электроду, ионы отдают свой заряд, нейтра­лизуются и откладываются на электроде в виде атомов и моле­кул. Этот процесс носит название электролиза. Законы электролиза были установлены экспериментально Фарадеем в 1836 г. Первый из них утверждает, что масса выделившегося на элек­троде вещества пропорциональна заряду, прошедшему через электролит.

m=kq.

k здесь коэффициент пропорциональности, зависящий от природы вещества и называемый его электрохимическим экви­валентом.

Второй закон Фарадея связывает электрохимический экви­валент вещества с его химическим эквивалентом (А – атом­ная масса, а n – валентность вещества, отлагающегося на элек­троде). Второй закон гласит, что электрохимические эквива­ленты веществ пропорциональны их химическим эквивален­там.

Здесь коэффициент пропорциональности F носит название «число Фарадея». Число Фарадея – универсальная постоянная, имеющая одно и то же значение для всех электролитов.

Выражение, объединяющее оба закона электролиза, назы­вают объединенным законом Фарадея.

Из этого выражения становится ясен физический смысл числа Фарадея. Оно равно заряду, который должен пройти че­рез электролит, чтобы на электроде выделилась масса вещества, равная его химическому эквиваленту. Поскольку число атомов в такой массе вещества равно числу Авогадро, то можно рас­считать электрический заряд, связанный с каждым ионом. Для одновалентного вещества он равен элементарному , определенному из опытов Милликена и Иоффе.

Электролиз находит разнообразные и широкие технические применения. Его используют для изготовления металлических слепков с рельефных моделей (гальванопластика), наносят на поверхность металлических изделий тонкие слои других метал­лов (гальваностегия), путем электролиза получают расплавы многих руд металлов (электрометаллургия), проводят полиров­ку поверхностей, изготовляют электролитические конденсато­ры большой емкости и др.