Електроліз

Електричний струм в електролітах

Мал 1. Електроліз водного розчину хлориду міді.

• Електролітами називають провідні середовища, в яких протікання електричного струму супроводжується перенесенням речовини.

• Носіями вільних зарядів в електролітах є додатньо і від’ємно заряджені іони.

• До електролітів відносяться водні розчини кислот, солей і лугів а також розплави деяких твердих речовин.

• Проходження струму крізь електроліт супроводжується виділенням речовини на електродах. Це явище називають електролізом.

• Електричний струм в електролітах представляє собою переміщення іонів обох знаків в протилежних напрямах. Додатні іони рухаються до від’ємного електрода (катода), від’ємні іони – до додатного електрода (анода). Іони обох знаків з’являються  в водних розчинах солей, кислот і лугів в результаті розчеплення частини нейтральних молекул. Це явище називають електролітичною дисоціацією. 

Наприклад, хлорид міді CuCl₂ дисоціює в водному розчині на іони міді та хлору: 

CuCl₂ ↔  Cu⁺⁺ + 2Cl^-.

• При підключенні електродів до джерела струму іони під дією електричного поля починають впорядкований рух: додатні іони міді рухаються до катода, а від’ємні йони хлору – до анода (мал.1).

• Досягнувши катода, іони міді нейтралізуються надлишковими електронами катода і перетворюються в нейтральні атоми, які виділяються (осідають) на катоді. Йони хлору, досягнувши анод, віддають по одному електрону. Після цього нейтральні атоми хлору з’єднуються попарно і утворюють молекули хлору Cl₂. Хлор виділяється на аноді в виді бульбашок газу.

Отже, при проходженні електричного струму крізь електроліт на електродах виділяється речовина (в нашому прикладі мідь і хлор).

• Закон електролізу був експериментально встановлений англійським фізиком М. Фарадеєм в 1833 році. Закон Фарадея визначає масу речовини, яка виділяється на електродах під час електролізу:

Маса m речовини, яка виділяється на електроді, прямо пропорційна заряду Q, який пройшов крізь електроліт: 

m = kQ = kIt.

Величину k називають електрохімічним еквівалентом.

• Маса речовини, яка виділиться на електроді дорівнює  масі всіх іонів, які прийшли на електрод:  

m = m₀N = m₀∙Q/q₀ = m₀∙It/q₀.

Тут m₀ і q₀ – маса і заряд одного іона, а N = Q/q₀ – число iонів, які прийшли на  електрод при проходженні через електроліт заряду Q. 

• Отже, електрохімічний еквівалент k дорівнює відношенню маси іона m₀ до його заряду q₀.

• Оскільки заряд іона дорівнює добуткові валентності речовини z на елементарний заряд e (q₀ = z∙e), то вираз для електрохімічного еквівалента k можна записати так:

Тут N_A –стала Авогадро, M = m₀N_A – молярна маса, F = eN_A –стала Фарадея.

F = eNA = 96485 Кл / моль.

• Закон Фарадея для електролізу можна записати так:

Доцільно прочитати:

• 1. Електричний струм. Конспекти.
• 2. Струм в металах. Конспект №7.
• 3. Струм у вакуумі. Конспект №8.
• 4. Струм в електролітах. Конспект №9.
• 5. Закон Ома для електролітів. 
• 6. Закон Ома.