Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединенными с полюсами источника электрической энергии. Анодом называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — ионы металлов и водородные ионы — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — ионы кислотных остатков и гидроксильной группы — движутся к аноду. Электрический ток в электролитах сопровождается явлением электролиза — выделением на электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах.
2°. Первый закон Фарадея (первый закон электролиза): масса M вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду Q, прошедшему через электролит,
M = kQ = kit,
если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I.
Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электро-
272 ГЛ. III.9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗ.
J-
лит единичного электрического заряда, и зависит от химич ской природы вещества. j
3°. Второй закон Фарадея (второй закон электролиза): электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквивалентны /гх, т. е.
^2 _ ^*2 ki K1'
Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы А иона к его валентности г: /гх =A/г. Поэтому электрохимический эквивалент
k = 4
F г
где F — постоянная Фарадея (IX).
4°. Объединенный закон Фарадея (объединенный закон электролиза):
1
м-р-е.
Если (М/А) = (І/z) моль, то Q=F. Следовательно, постоян- | ная Фарадея численно равна электрическому заряду, при прохо- i| ждении которого через электролит на электроде выделяется (1/z) j моль z-валентного вещества. Соответственно F = eNA, где е — : элементарный заряд (IX) и Na — постоянная Авогадро (IX).
І
5 . Диссоциация молекул электролита на ионы называется 1 электролитической диссоциацией. Этот процесс не связан с \ прохождением электрического тока через электролит и затра- 5 той энергии тока. Диссоциация полярной молекулы, состоя- | щей из взаимосвязанных ионов (например, молекулы соли, | кислоты или щелочи), происходит в растворе электролита при J ее столкновениях с другой молекулой растворенного вещества 5 или растворителя, имеющей достаточно большую кинетиче- ; скую энергию теплового движения. Интенсивная электроли- :] тическая диссоциация ионных молекул (VI.2.4.4°) в водных ' растворах объясняется тем, что молекулы воды имеют аномально большой дипольный электрический момент и своим
§ III.9.3. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ 273
электрическим полем сильно ослабляют связь между ионами в Молекулах растворенного вещества.
Коэффициентом диссоциации (степенью диссоциации) а
называется отношение концентрации п'0 молекул, диссоциировавших на ионы, к общей концентрации п0 всех молекул (диссоциировавших и недиссоциировавших) растворенного вещества: а = п'0/п0.
6°. Процессом, противоположным электролитической диссоциации (п. 5°), является молизация — воссоединение ионов противоположных знаков в нейтральные молекулы. Если между процессами диссоциации и молизации существует динамическое, подвижное равновесие, то а находится из уравнения
1-а
--2~ = COnst Tl0.
а
При Ti0 —*¦ 0 имеем а —* 1, т. е. в слабых растворах почти все молекулы диссоциированы. С ростом концентрации раствора а убывает. В сильно концентрированных растворах
const
§ III.9.2. Атомность электрических зарядов
1°. Из законов электролиза Фарадея следует, что электрические заряды всех ионов состоят из целого числа элементарных, далее неделимых зарядов.
2°. Величина Q заряда любого иона равна
zF
где г — валентность иона, F — постоянная Фарадея, Na — постоянная Авогадро и е = F/Na — элементарный заряд (IX).
§ III.9.3. Электролитическая проводимость жидкостей
1°. Плотность тока j (111.7.2.3°) в произвольном сечении SS, перпендикулярном к направлению движения ионов (рис.
274
ГЛ. III.9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ/
+
111.9.1), равна сумме плотностей токов положительных и отрицательных ионов J=J+ + j_,
причем j+ = q+nQ+(\+) и j_ = q_nQJy_), где q+ и <7_, п0+ и Ti0-, (v+) и <v_) — заряды, концентрации и средние скорости упорядоченного движения (т. е. дрейфа под действием электрического поля) положительных и отрицательных ионов.
2°. Средние скорости дрейфа ионов пропорциональны напряженности E электрического поля:
<v+> = ц+Е, <v_> = — ja_E,
где положительные величины ц+ и |0,_ называются подвижностями ионов. Подвижность иона равна отношению модулей векторов средней скорости дрейфа к напряженности поля и не зависит от напряженности E электрического поля. Поскольку в электролитах нет объемных зарядов, q+ n0+ + q_n0_ = 0.
Рис. III.9.1
Кроме того, q+ = ez+ = -гг- z+ (111.9.2.2°).
™ A
3°. Закон Ома для плотности тока в электролитах (ср. 111.7.3.4°):
