Електропровідність електролітів

Електролітами прийнято називати провідні середовища, в яких перебіг електричного струму супроводжується перенесенням речовини. Носіями вільних зарядів в електролітах є позитивно та негативно заряджені іони. До електролітів належать багато сполук металів у розплавленому стані, а також деякі тверді речовини. Однак основними представниками електролітів, що широко використовуються в техніці, є водні розчини неорганічних кислот, солей і основ.

Проходження електричного струму через електроліт супроводжується виділенням речовин на електродах. Це явище отримало назвуелектролізу.

Електричний струм в електролітах є переміщення іонів обох знаків у протилежних напрямках (рис.14.13). Позитивні іони рухаються до негативного електрода (катода), негативні іони – до позитивного електрода (анода). Іони обох знаків у водних розчинах солей, кислот і лугів внаслідок розщеплення частини нейтральних молекул. Це називається електролітичної дисоціацією. Наприклад, хлорид міді CuCl2 дисоціює у водному розчині на іони міді та хлору:

При підключенні електродів до джерела струму іони під дією електричного поля починають упорядкований рух: позитивні іони міді рухаються до катода, а негативно заряджені іони хлору – до анода (рис. 14.13).

Досягши катода, іони міді нейтралізуються надлишковими електронами катода і перетворюються на нейтральні атоми, що осідають на катоді. Іони хлору, досягнувши анода, віддають по одному електрону. Після цього нейтральні атоми хлору з'єднуються попарно та утворюють молекули хлору Cl2. Хлор виділяється на аноді у вигляді бульбашок.

УУ багатьох випадках електроліз супроводжується вторинними реакціями продуктів розкладання, що виділяються на електродах, з матеріалом електродів або розчинників. Прикладом може бути електроліз водного розчину сульфату міді CuSO4 (мідний купорос) у тому випадку, коли електроди, опущені в електроліт, виготовлені з міді.

Дисоціація молекул сульфату міді відбувається за схемою

Нейтральні атоми міді відкладаються як твердого осаду на катоді. Таким шляхом можна одержати хімічно чисту мідь. Іон SO4 2 віддає аноду два електрони і перетворюється на нейтральний радикал SO4 вступає у вторинну реакцію з мідним анодом:

Утворена молекула сульфату міді перетворюється на розчин.

Таким чином, при проходженні електричного струму через водний розчин міді сульфату відбувається розчинення мідного анода і відкладення міді на катоді. Концентрація розчину сульфату міді у своїй не змінюється. Закон електролізу експериментально встановлено англійським фізиком М. Фарадеєм в 1833 року.Закон Фарадея визначає кількості первинних продуктів, що виділяються на електродах при електролізі:маса m речовини, що виділилася на електроді, прямо пропорційна заряду Q, що пройшов через електроліт:

Величину k називають електрохімічним еквівалентом.

Маса речовини, що виділилася на електроді, дорівнює масі всіх іонів, що прийшли до електрода:

(14.22)

Тут m0 і q0 – маса і заряд одного іона, – число іонів, що прийшли до електрода при проходженні через електроліт заряду Q. Таким чином, електрохімічний еквівалент k дорівнює відношенню маси m0 іона даної речовини до його заряду q0.

Оскільки заряд іона дорівнює добутку валентності речовини на елементарний заряд e (q0 = ne), то вираз для електрохімічногоеквівалента k можна записати у вигляді

(14.23)

Тут NA – стала Авогадро, M = m0NA – молярна маса речовини, F = eNA – стала Фарадея.

Постійна Фарадея чисельно дорівнює заряду, який необхідно пропустити через електроліт виділення на електроді одного моля одновалентного речовини.

Закон Фарадея для електролізу набуває вигляду:

(14.24)

Явище електролізу широко застосовується у сучасному промисловому виробництві.

---