Электрический ток в электролитах.

Основные термины:

• Электролиты
• Электрический ток в электролитах
• Электролитическая диссоциация
• Ионы
• Катод
• Анод
• Электролиз
• Окисление
• Восстановление
• Ионная проводимость
• Проводники второго рода

Электрический ток в электролитах основан на движении ионов. Электролиты — это вещества (соли, кислоты, щелочи), растворы или расплавы которых проводят электрический ток. Дистиллированная вода и раствор сахара в воде не проводят ток, в то время как раствор соли, например хлорида меди \(II\), является проводником, так как содержит свободные носители заряда. При растворении электролитов происходит электролитическая диссоциация — распад на ионы. Например, хлорид меди \(II\) диссоциирует на положительные ионы меди \(Cu^{2+}\) и отрицательные ионы хлора \(Cl^−\). Внешнее электрическое поле заставляет ионы двигаться направленно: \(Cu^{2+}\) к катоду, \(Cl^−\) к аноду. На аноде ионы хлора окисляются до атомов и выделяются в виде молекул хлора, на катоде ионы меди восстанавливаются до металлической меди. Этот процесс называется электролизом.

Электролиз — это выделение вещества на электроде при прохождении электрического тока через растворы или расплавы электролитов, сопровождающееся окислительно-восстановительными реакциями. Проводимость электролитов обусловлена движением ионов и поэтому называется ионной. Электролиты относят к проводникам второго рода.

Закон электролиза Фарадея - масса вещества \(m\), выделившегося на электроде, пропорциональна электрическому заряду \(q\), прошедшему через электролит: \(m = kq\)

Электрохимический эквивалент \(k\) - коэффициент пропорциональности в формуле закона Фарадея, равен массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит единичного электрического заряда, измеряется в \(кг/Кл\).

$$ q = It \quad \quad \quad \Rightarrow \quad \quad \quad m = kIt $$ $$ m = m_0 N \quad \quad \quad \Rightarrow \quad \quad \quad m_0 = \frac{M}{N_A} $$
\(где\ M\ -\ молярная\ масса\ вещества,\)
\( N_A\ -\ число\ Авогадро\ -\ количество\ частиц\ в\ одном\ моле, \)
\(m -\ масса\ вещества\ на\ электроде.\)

Число ионов \(N\) - ионы нейтрализовавшиеся на электроде равно отношению заряда к заряду иона: \( N = \frac{q}{q_0} \), \(\quad q_0 = en \),
\(где\ e\ -\ элементарный\ заряд,\ валентность\ иона.\) $$ \Downarrow $$ Масса вещества \(m\): $$ m = \frac{M}{e n N_A} \cdot q$$

Постоянная Фарадея \(F\) - произведение постоянной Авогадро на элементарный заряд: \( F = N_A \cdot e = 9,65 \cdot 10^4 \ Кл/моль \)

Формула для расчета электрохимического эквивалента: \( k = \frac{M}{F_n} \)

Модуль заряда электрона e можно определить, используя \(m, I, t\)

$$e = \frac{M}{N_A \ m \ n} \ I t$$

Пример задач.

1. Через электролитическую ванну, содержащую раствор серной кислоты, в течение промежутка времени \(t\ =\ 60,0\ мин\) проходил ток. Выделившийся на катоде газообразный водород собран в сосуде вместимостью \(V\ =\ 350\ {см}^3\). Определите температуру водорода, если его давление \(p = 150\ кПа\), а сила тока, проходившего через электролитическую ванну, \(I = 1,20\ А\).