Электрический ток в жидкостях (электролитах). Электролиз. Законы Фарадея. Элементарный электрический заряд
Электрический ток как упорядоченное движение заряженных частиц. Процесс распада электролита на ионы (электролитическая диссоциация), температурная зависимость его сопротивления. Сущность закона Фарадея. Моль и количество молекул в нем. Число Авогадро.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.03.2017 |
| Размер файла | 68,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
10
Размещено на http://www.allbest.ru/
Доклад на тему:
Электрический ток в жидкостях (электролитах). Электролиз. Законы Фарадея. Элементарный электрический заряд
Ученицы 8го класса "Б" Школа № 91
Логиновой Марии Андреевны
Москва 2003
Содержание
- Введение
- Электроток в растворе. Электролиты
- Электролитическая диссоциация
- Процесс распада электролита на ионы как электролитическая диссоциация
- Температурная зависимость сопротивления электролита
- Первый закон Фарадея
- Моль и количество молекул в нем. Число Авогадро
- Список использованной литературы
Введение
С электропроводностью растворов солей в воде (электролитов) связано очень многое в нашей жизни. С первого удара сердца ("живое" электричество в теле человека, на 80% состоящем из воды) до автомобилей на улице, плееров и мобильных телефонов (неотъемлимой частью этих устройств являются "батарейки" - электрохимические элменты питания и различные аккумуляторы - от свинцово-кислотных в автомобилях до литий-полимерных в самых дорогих мобильных телефонах). В огромных, дымящихся ядовитыми парами чанах из расплавленного при огромной температуре боксита электролизом получают алюминий - "крылатый" металл для самолётов и банок для "Фанты". Все вокруг - от хромированной решетки радиатора иномарки до посеребрённой серёжки в ухе когда-либо сталкивалось с раствором или расплавом солей, а следовательно и с электротоком в жидкостях. Не зря это явление изучает целая наука - электрохимия. Но нас сейчас больше интересуют физические основы этого явления.
Электроток в растворе. Электролиты
Из уроков физики в 8 классе нам известно, что заряд в проводниках (металлах) переносят отрицательно заряженные электроны.
Упорядоченное движение заряженных частиц называется электрическим током.
Но если мы соберем прибор (с электродами из графита):
то убедимся, что стрелка амперметра отклоняется - через раствор идет ток! Какие же заряженные частицы есть в растворе?
Ещё в 1877 году шведский ученый Сванте Аррениус, изучая электропроводность растворов различных веществ, пришел к выводу, что её причиной являются ионы, которые образуются при растворении соли в воде. При растворении в воде молекула CuSO4 распадается (диссоциирует) на два разнозаряженных иона - Cu2+ и SO42-. Упрощенно происходящие процессы можно отразить следующей формулой:
CuSO4Cu2++SO42-
Проводят электрический ток растворы солей, щелочей, кислот.
Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами.
Растворы сахара, спирта, глюкозы и некоторых других веществ не проводят электрический ток.
Вещества, растворы которых не проводят электрический ток, называются неэлектролитами.
электролит ион закон фарадей
Электролитическая диссоциация
Процесс распада электролита на ионы как электролитическая диссоциация
С. Аррениус, который придерживался физической теории растворов, не учитывал взаимодействия электролита с водой и считал, что в растворах находятся свободные ионы. В отличие от него русские химики И.А. Каблуков и В.А. Кистяковский применили к объяснению электролитической диссоциации химическую теорию Д.И. Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит химическое взаимодействие растворённого вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы. Они считали, что в растворах находятся не свободные, не "голые" ионы, а гидратированные, то есть "одетые в шубку" из молекул воды. Следовательно, диссоциация молекул электролитов происходит в следующей последовательности:
а) ориентация молекул воды вокруг полюсов молекулы электролита
б) гидратация молекулы электролита
в) её ионизация
г) распад её на гидратированные ионы
По отношению к степени электролитической диссоциации электролиты делятся на сильные и слабые.
Сильные электролиты - такие, которые при растворении практически полностью диссоциируют.
У них значение степени диссоциации стремится к единице.
Слабые электролиты - такие, которые при растворении почти не диссоциируют. Их степень диссоциации стремится к нулю.
Из этого делаем вывод, что переносчиками электрического заряда (носителями электрического тока) в растворах электролитов являются не электроны, а положительно и отрицательно заряженные гидратированные ионы.
Температурная зависимость сопротивления электролита
При повышении температуры облегчается процесс диссоциации, повышается подвижность ионов и сопротивление электролита падает.
Катод и анод. Катионы и анионы
А что же происходит с ионами под воздействием электрического тока?
Вернёмся к нашему прибору:
В растворе CuSO4 диссоциировал на ионы - Cu2+ и SO42-. Положительно заряженный ион Cu2+ (катион) притягивается к отрицательно заряженному электроду - катоду, где получает недостающие электроны и восстанавливается до металлической меди - простого вещества. Если извлечь катод из прибора после прохождения через раствор тока, то нетрудно заметить красно-рыжий налет - это металлическая медь.
Первый закон Фарадея
А можем ли мы узнать сколько меди выделилось? Взвешивая катод до и после опыта, можно точно определить массу осадившегося металла. Измерения показывают, что масса вещества, выделевшегося на электродах, зависит от силы тока и времени электролиза:
m=KIt
где K - коэффициент пропорциональности, называемый также электрохимическим эквивалентом.
Следовательно, масса выделившегося вещества прямо пропорциональна силе тока и времени электролиза. Но ток за время (согласно формуле):
q=It
есть заряд.
Итак, масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду, или количеству электричества, прошедшему через электролит.
M=Kq
Этот закон был экспериментально открыт в 1843 году английским ученым Майклом Фарадеем и называется первый закон Фарадея.
Второй закон Фарадея
А что такое и от чего зависит электрохимический эквивалент? На этот вопрос тоже дал ответ Майкл Фарадей.
На основании многочисленных опытов он пришёл к выводу, что эта величина является характерной для каждого вещества. Так, например при электролизе раствора ляписа (азотнокислого серебра AgNO3) 1 кулон выделяет 1,1180 мг серебра; точно такое же количество серебра выделяется при электролизе зарядом в 1 кулон любой серебряной соли. При электролизе соли другого металла 1 кулон выделяет другое количество данного металла. Таким образом, электрохимическим эквивалентом какого-либо вещества называется масса этого вещества, выделяемая при электролизе 1 кулоном протекшего через раствор электричества. Приведем его значения для некоторых веществ:
|
Вещество |
K в мг/к |
|
|
Ag (серебро) |
1,118 |
|
|
H (водород) |
0,01045 |
|
|
Cu (медь) |
0,3294 |
|
|
Zn (цинк) |
0,3388 |
Из таблицы мы видим, что электрохимические эквиваленты различных веществ существенно отличны один от другого. От каких же свойств вещества зависит величина его электрохимического эквивалента? Ответ на этот вопрос даёт второй закон Фарадея:
Электрохимические эквиваленты различных веществ пропорциональны их атомным весам и обратно пропорциональны числам, выражающим их химическую валентность.
Где:
n - валентность
A - атомный вес
- называют химическим эквивалентом данного вещества
- коэффициент пропорциональности, который является уже универсальной постоянной, то есть имеет одинаковое значение для всех веществ. Если измерить электрохимический эквивалент в г/к то найдем, что он равен 1,03710-5 г/к.
Обьединяя первый и второй законы Фарадея получаем:
Эта формула имеет простой физический смысл: F численно равно заряду, котоый надо пропустить через любой электролит, чтобы выделить на электродах вещество в количестве, равном одному химическому эквиваленту. F называют числом Фарадея и оно равно 96400 к/г.
Моль и количество молекул в нем. Число Авогадро
Из курса химии за 8й класс мы знаем, что для измерения количеств веществ, участвующих в химических реакциях, была выбрана особая еденица - моль. Чтобы отмерять один моль вещества, нужно взять столько граммов его, какова относительная молекулярная масса его.
Например, 1моль воды (H2O) равен 18 граммам (1+1+16=18), моль кислорода (O2) - 32 грамма, а моль железа (Fe) - 56 грамм. Но что особенно для нас важно, установлено, что 1 моль любого вещества всегда содержит одинаковое число молекул.
Моль - это такое количество вещества, в котором содержится 61023 молекул этого вещества.
В честь итальянского ученого А. Авогадро это число (N) называется постоянной Авогадро или числом Авогадро.
Из формулы следует, что если q=F, то . Это значит что при прхождении через электролит заряда равного 96400 кулонам, выделится граммов любого вещества. Иначе говоря, для выделения одного моля одновалентного вещества через электролит должен протечь заряд q=F кулонов. Но мы знаем, что в любом моле вещества содержится одно и то же число его молекул - N=6x1023. Это позволяет нам вычислить заряд одного иона одновалентного вещества - элементарный электрический заряд - заряд одного (!) электрона:
Применение электролиза
Электролитический метод получения чистых металлов (рафинирование, аффинаж). Электролиз, сопровождающийся растворением анода
Хорошим примером является электролитическое очищение (рафинирование) меди. Полученная непосредственно из руды медь отливается в виде пластин и помещается в качестве анода в раствор CuSO4. Подбирая напряжение на электродах ванны (0, 20-0,25в), 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 шлам"). Катионы вещества анода соединяются с анионом SO42-, а на катоде при этом напряжении выделяется только металлическая медь. Анод как бы "растворяется". Такая очистка позволяет добится чистоты 99,99% ("четыре девятки"). Аналогично (аффинаж) очищают и драгоценные металлы (золото Au, серебро Ag).
В настоящее время весь алюминий (Al) добывается электролитически (из расплава бокситов).
Гальванотехника
Гальванотехника - область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника пожразделяется на гальваностегию и гальванопластику.
Посредством электролиза можно покрыть металлические предметы слоем другого металла. Этот процесс называется гальваностегией. Особое техническое значение имеют покрытия трудноокисляемыми металлами, в частности никелирование и хромирование, а также серебрение и золочение, часто применяемые для защиты металлов от коррозии. Для получения нужных покрытий предмет тщательно очищяют, хорошо обезжиривают и помещают как катод в электролитическую ванну, содержащую соль того металла, которым желают покрыть предмет. Для более равномерного покрытия полезно применять две пластины в качестве анода, помещая предмет между ними.
Также посредством электролиза можно не только покрыть предметы слоем того или иного металла, но и изготовить их рельефные металлические копии (например, монет, медалей). Этот процесс был изобретен русским физиком и электротехником, членом Российской Академии наук Борисом Семеновичем Якоби (1801-1874) в сороковых годах XIX века и называется гальванопластикой. Для изготовления рельефной копии предмета сначала делают слепок из какого-либо пластичного материала, например из воска. Этот слепок натирают графитом и погружают в электролитическую ванну в качестве катода, где на нём и осаждается слой металла. Это применяется в полиграфии при изготовлении печатных форм.
Кроме указанных выше, электролиз нашел применение и в других областях:
получение оксидных защитных пленок на металлах (анодирование);
электрохимическая обработка поверхности металлического изделия (полировка);
электрохимическое окрашивание металлов (например, меди, латуни, цинка, хрома и др.);
очистка воды - удаление из нее растворимых примесей. В результате получается так называемая мягкая вода (по своим свойствам приближающаяся к дистиллированной);
электрохимическая заточка режущих инструментов (например, хирургических ножей, бритв и т.д.).
Список использованной литературы
Гуревич А.Е. "Физика. Электромагнитные явления.8 класс" Москва, Издательский дом "Дрофа". 1999 год.
Габриэлян О.С. "Химия.8 класс" Москва, Издательский дом "Дрофа". 1997 год.
"Элементарный учебник физики под редакцией академика Г.С. Ландсберга - Том II - электричество и магнетизм". Москва, "Наука" 1972 год.
Eric M. Rogers. "Physics for the Inquiring Mind (the methods, nature and phylosophy of physical science)". "Prinseton University press" 1966. Том III - электричество и магнетизм. Перевод Москва, "Мир" 1971 год.
А.Н. Ремизов "Курс физики, электроники и кибернетики для медицинских институтов". Москва, "Высшая школа" 1982 год.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Механизм возникновения свободных носителей электрических зарядов. Электролитическая диссоциация - распад молекул на ионы под действием растворителя. Понятие электролита - жидкого проводника, в котором подвижными носителями зарядов являются только ионы.
презентация [2,1 M], добавлен 02.02.2011Электроток в растворе, упорядоченное движение заряженных частиц, электролитическая диссоциация. Направленное движение электронов источника электрической энергии. Электролитическое промышленное получение алюминия, гальваностегия и активность металлов.
презентация [412,8 K], добавлен 26.03.2012Образование электрического тока в металлическом проводнике. Классификация жидкостей по степени электропроводности: диэлектрики, проводники (электролиты) и полупроводники. Определение понятия электролитической диссоциации и описание закона Фарадея.
презентация [413,8 K], добавлен 16.05.2012Электрический ток в полупроводниках. Образование электронно-дырочной пары. Законы электролиза Фарадея. Прохождение электрического тока через газ. Электрическая дуга (дуговой разряд). Молния - искровой разряд в атмосфере. Виды самостоятельного разряда.
презентация [154,2 K], добавлен 15.10.2010Электрический ток в металлах, полупроводниках и электролитах. Зонная модель электронной проводимости металлов. Квантово-механическое объяснение сверхпроводимости в полупроводниках. Электрический ток в электролитах. Применение электролиза на производстве.
презентация [3,8 M], добавлен 13.02.2016Развитие электродинамики до Фарадея. Работы Фарадея по постоянному току и его идеи о существовании электрического и магнитного полей. Вклад Фарадея в развитие электродинамики и электромагнетизма. Современный взгляд на электродинамику Фарадея-Максвелла.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 21.10.2010Понятие электрического тока и условия его возникновения. Сверхпроводимость металлов при низких температурах. Понятия электролиза и электролитической диссоциации. Электрический ток в жидкостях. Закон Фарадея. Свойства электрического тока в газах, вакууме.
презентация [2,9 M], добавлен 27.01.2014Труды Фарадея по постоянному току. Исследование положений Фарадея о существовании и взаимном превращении электрического и магнитного полей. Модельное представление об электромагнитных процессах. Современный взгляд на электродинамику Фарадея и Максвелла.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 28.10.2010Детство и юность Майкла Фарадея. Начало работы в Королевском институте. Первые самостоятельные исследования М. Фарадея. Закон электромагнитной индукции, электролиз. Болезнь Фарадея, последние экспериментальные работы. Значение открытий М. Фарадея.
реферат [20,8 K], добавлен 07.06.2012Получение направленного движения зарядов. Признаки электрического тока. Движение заряженных частиц в проводнике. Электрический ток в металлах. Действие, сила, плотность тока. Постоянный и переменный ток. Определение природы носителей тока в металлах.
презентация [1,1 M], добавлен 22.08.2015Среды, в которых может протекать электрический ток: металлы, вакуум, полупроводники, жидкости, газы. Упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты Толмена и Стюарта. Термоэлектронная эмиссия. Включение двухэлектродной лампы.
презентация [197,7 K], добавлен 23.02.2014Анализ направленного движения свободных заряженных частиц под действием электрического поля. Обзор основных величин, описывающих процесс прохождения тока по проводнику. Исследование источников и теплового действия тока, способов соединения сопротивлений.
презентация [430,0 K], добавлен 05.02.2012Электрический заряд и поле. Биофизические основы потенциала покоя. Распространение потенциала действия. Мембранная теория биопотенциалов. Биоэлектрические потенциалы у растений. Круговые токи и законы проведения возбуждения по нервному волокну.
реферат [905,6 K], добавлен 18.03.2012Краткий очерк жизни, личностного и творческого становления великого английского физика Майкла Фарадея. Исследования Фарадея в области электромагнетизма и открытие им явления электромагнитной индукции, формулировка закона. Эксперименты с электричеством.
реферат [151,9 K], добавлен 23.04.2009Электрический расчет аккумулирующего водоэлектронагревателя и определение мощности электроэнергии, потребляемой из сети и необходимой для нагрева определенного количества воды. Электрический расчет тепловентилятора. Электрический расчет жарочного шкафа.
контрольная работа [74,7 K], добавлен 02.12.2009Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике. Цепь постоянного тока. Зависимость силы тока от напряжения. Перемещение единичного положительного заряда по цепи постоянного тока. Применение закона Ома для неоднородного участка цепи.
реферат [168,3 K], добавлен 02.12.2010Описание опытов Стюарта, Толмена и Рикке по изучению носителей заряда в металлах. Определение направления, сопротивления и силы электрического тока в металлах. Возможности применения сверхпроводимости в проводнике в ускорителях элементарных частиц.
презентация [1,2 M], добавлен 20.10.2012Физические законы для систем электрического и теплового зарядов. Параметр электрического сопротивления. Механический эквивалент тепла. Термо-электрический потенциал. Закон сохранения и преобразования энергий. Интегральный и дифференциальный процессы.
контрольная работа [398,8 K], добавлен 10.05.2015Электрический заряд и закон его сохранения в физике, определение напряженности электрического поля. Поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле. Свойства магнитного поля, движение заряда в нем. Ядерная модель атома и реакции с его участием.
контрольная работа [5,6 M], добавлен 14.12.2009Электрический заряд. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда. Електрическое поле. Напряженность электрического поля. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Электромагнитная индукция. Магнитный поток.
учебное пособие [72,5 K], добавлен 06.02.2009
