Электролиз

Электрический ток как упорядоченное движение заряженных частиц. Понятие и закономерности реализации электролитической диссоциации. Температурная зависимость сопротивления электролита. Первый и второй закон Фарадея. Практическое применение электролиза.

Рубрика Химия
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 31.03.2012
Размер файла 152,4 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

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:

CuSO4ЮCu2++SO42-

ь Проводят электрический ток растворы солей, щелочей, кислот.

ь Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами.

ь Растворы сахара, спирта, глюкозы и некоторых других веществ не проводят электрический ток.

ь Вещества, растворы которых не проводят электрический ток, называются неэлектролитами.

Электролитическая диссоциация

Процесс распада электролита на ионы называется электролитической диссоциацией.

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.

ь Сильные электролиты - такие, которые при растворении практически полностью диссоциируют.

У них значение степени диссоциации стремится к единице.

ь 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=KґIґt

где K - коэффиент пропорциональности, называемый также электрохимическим эквивалентом.

Следовательно, масса выделевшегося вещества прямо пропорциональна силе тока и времени электролиза. Но ток за время (согласно формуле):

q=Iґt

есть заряд.

Итак, масса вещества, выделевшегося на электроде, пропорциональна заряду, или количеству электричества, прошедшему через электролит.

M=Kґq

Этот закон был эксперементально 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.

Объединяя первый и второй законы Фарадея получаем:

Эта формула имеет простой физический смысл: F численно равно заряду, который 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 единица - моль. Чтобы отмерять один моль вещества, нужно взять столько граммов его, какова относительная молекулярная масса его.

Например, 1 моль 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 6ґ1023 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.

электролиз заряженный диссоциация фарадей

Кроме указанных выше, электролиз нашел применение и в других областях:

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.).

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Сущность электролитической диссоциации. Основные законы электролиза как процессов, протекающих в растворе или расплаве электролита, при пропускании через него электрического тока. Проводимость электролитов и закон Ома для них. Химические источники тока.

    курсовая работа [911,2 K], добавлен 14.03.2012

  • Понятие электролиза, его практическое применение. Электролизные и гальванические ванны, их электроснабжение для получения алюминия. Применение электрохимических процессов в различных областях современной техники, в аналитической химии и биохимии веществ.

    презентация [772,0 K], добавлен 25.07.2015

  • Предпосылки к созданию теории электролитической диссоциации, этапы данного процесса. Понятие и основные факторы, влияющие на степень электролитической диссоциации, способы определения. Закон разбавления Оствальда. Определение ионного произведения воды.

    презентация [280,8 K], добавлен 22.04.2013

  • Характеристика и сущность основных положений теории электролитической диссоциации. Ориентация, гидратация, диссоциация - веществ с ионной связью. История открытия теории электролитической диссоциации. Разложение хлорида меди электрическим током.

    презентация [218,7 K], добавлен 26.12.2011

  • Определение массы вещества, выделившегося при реакции электролиза. Примеры решения задач на расчет массовой доли веществ, участвующих в реакции электролиза. Примеры решения задач на расчеты по законам электролиза М. Фарадея, расчет времени электролиза.

    методичка [125,5 K], добавлен 18.08.2009

  • Отличительные черты взаимодействия концентрированной и разбавленной серной кислоты с металлами. Свойства сухой извести и ее раствора. Понятие электролитической диссоциации и методика измерения ее степени для различных веществ. Обмен между электролитами.

    лабораторная работа [14,9 K], добавлен 02.11.2009

  • Обзор физико-химического процесса, состоящего в выделении на электродах составных частей растворённых веществ. История изучения электролиза и его применение в современной промышленности и технике. Переработка руд, очистка металлов с помощью электролиза.

    презентация [1,5 M], добавлен 01.03.2013

  • Электролитическая диссоциация как обратимый процесс распада электролита на ионы под действием молекул воды или в расплаве. Основные особенности модельной схемы диссоциации соли. Анализ механизм электролитической диссоциации веществ с ионной связью.

    презентация [3,1 M], добавлен 05.03.2013

  • Предел допустимых содержаний примесей в нейтральном растворе. Классификация примесей, содержащихся в цинковом электролите. Влияние органических соединений на протекание электролиза. Плотность тока и ее критический показатель, циркуляция электролита.

    реферат [12,0 K], добавлен 07.04.2011

  • Определение концентрации кобальта в растворе, температуры раствора и плотности токов. Приготовление электролита, проведение электролиза в ячейках, с использованием нерастворимых анодов (свинец) и медных катодов. Математическое планирование эксперимента.

    научная работа [490,2 K], добавлен 29.03.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.